运动生物力学

运动生物力学

运动生物力学：是生物力学的一个重要分支，是研究体育运动中人体机械规律的科学。

运动生物力学的主要任务：提高运动能力，预防运动损伤

运动生物力学的研究方法分为测量方法和分析方法，其中测量方法可以分为运动学测量、动力学测量、人体测量、肌电图测量

运动学测量的参数：（角）位移、（角）速度、（角）加速度

动力学测量的参数：主要界定在力的测量方面。

人体测量是用来测量人体环节的长度、围度及,（质量、转动惯量等）

肌电图测量是用来测量肌肉收缩时的神经支配特性。

动作结构：运动时所组成的各动作间相互联系、相互作用的方法或顺序

动作结构的特征主要表现在运动学和动力学，运动学特征指完成动作时的时间、空间和时空方面表现出来的形式或外貌上的特征；动力学的特征指决定动作形式的各种力（力矩）相互作用的形式和特点，包括力、惯性和能量特征。

运动学特征：时间特征、空间特征和时空特征

时间特征反映的是人体运动动作和时间的关系：半蹲起立和深蹲起立

空间特征是指人体完成运动动作时人体各环节随时间变化所产生的空间位置

改变状况：下肢和躯干等空间移动轨迹

时空特征指人体完成运动动作时人体位置变化的快慢情况。

动力学特征包括，力的特征、能量特征和惯性特征

能量特征：人体运动时完成的功、能和功率方面的表现形式。

惯性特征：人体运动中人的整体、环节以及运动器械的质量、转动惯量对运动

动作所具有的影响。

动作系统：大量单一动作按一定规律组成为成套的动作技术，这些成套的动作技术叫做动作系统。

人体基本运动动作形式可主要归纳为推与拉动作、鞭打动作、缓冲和蹬伸动作及扭转、摆动和相向运动等动作形式

上肢基本运动动作形式——推（铅球）、拉（单双杠）、鞭打（标枪）★人体基本运动下肢基本运动动作形式——缓冲、蹬伸、鞭打

动作形式全身基本运动动作形式——摆动、躯干扭转、相向运动

人体的运动是由运动器系的机能特征所决定的，即以关节为支点，以骨为杠杆，在肌肉力的牵拉下绕支点转动，各肢体环节运动的不同组合使人完成千变万化的动作。

生物运动链根据其结构特点可以分为开放链和闭合链。见书P28-图2-15

生物运动链中的杠杆同机械杠杆一样也分为平衡杠杆、省力杠杆和速度杠杆

人体中的三类骨杠杆：见书P30-图2-16

★人体惯性参数是指人体整体及环节质量、质心位置、转动惯量和转动半径

人体简化模型：质点模型、刚体和多刚体模型

划分人体环节的方法：①以人体的结构功能为依据，分割环节的切面通过关节转动中心，并以关节中心间的连线作为环节的长度②以人体体表骨性标志点作为划分环节的参考标志，并以此确定环节长度

★人体各环节的质量为各环节的绝对质量，各环节绝对质量与人体质量之比叫做各环节相对质量。

★人体环节质心相对位置是指该环节质心近端尺寸占本环节全长的百分比

★转动惯量：是量度转动物体惯性大小的物理量，用以描述物体保持原有转动状态的能力。转动惯性越大，转动状态越不容易改变。

转动惯量等于这个质点的质量与其至转动轴距离平方的乘积。I=mr2

参照系：描述人体运动所选定的作为参考标准的物体或物体群。

在体育运动中为了描述人体或物体的运动状态，必须选定一个参照物作为标准。

通常将地球、相对于地球静止或做匀速直线运动的参照物，称为惯性参照系。

成为非惯性参照系。

质点运动

人体运动表现形式

刚体运动

时间特征：时刻、时间。

时刻，是物体在空间某一位置的时间度量，时刻指某一瞬时。

时间，持续时间是运动的时间度量，指两时刻间的间隔。

空间特征：位移、轨迹和路程；角位移

位移是用来描述物体位置变化的，是从物体初始点指向终点的矢量

轨迹是质点运动的路径路程是物体运动轨迹的长度，路程为标量

角位移指描述物体转动的角度

速度是描述物体运动快慢的时空特理量

加速度是描述物体速度变化快慢的物理量

角速度是描述物体转动快慢的度量

人体运动的描述方法（例子）：表格法、图示法、公式法

力系平衡的充分必要条件：合力为零，合力矩为零

作用力的三要素：力的方向、力的大小、力的作用点

★公式法是直接描述人体运动时空特征参数之间数量关系的方法。

人体平衡状态就是指相对于惯性参照系静止或做匀速直线运动的状态，是人体运动的一种特殊状态。

稳定性：是指人体或物体抵抗各种干扰作用保持平衡的能力

影响人体稳定性的因素（举例）：支持面大小（单脚跳，双脚跳）;重心的高度[重心位置低，稳定度就大]；稳定角[稳定角越大，物体稳定度越大]；稳定系数

稳定系数大于1时，物体能抵抗外来倾倒力矩，平衡不被破坏

稳定系数小于1时，物体不能抵抗外来倾倒力矩，平衡被破坏，物体会翻到

★稳定系数是指稳定力矩与倾倒力矩之比值。K= 人体平衡的特点：人体不能绝对静止、人体形状可变、人体内力起重要作用、心理因素的影响

人体运动中的力主要是人体肢体与外界物体的相互作用，或器械与人体的相互作用。前者是力的外在效应（跑步蹬地可使静止人体发生空间位移），后者接触部位发生形状改变是力的内在效应（头顶球）

人体力学系统中的内力和外力

人体内力：人体内部各个部分相互作用的力

人体外力：外界其他物体对人体的作用（走跑跳）

体育运动中的主要外力：重力、支撑反作用力、弹性力、摩擦力、流体作用力、向心力 惯性：任何物体在不受外力作用时，保持其原有运动状态（包括静止状态或匀速直线运动状态）不变的性质

动量是用以描述一定质量的物体在一定运动状态下“运动量”的物理量。

动量守恒定律：如果系统不受外力或受外力的矢量和为零，系统的总动量（包括大小和方向）保持不变，这一结论称为动量守恒定律。

动量矩（或角动量）：与平动物体一样，转动惯量为I 的物体以一定角速度（ω）转动时，也具有一定的“运动量”，其大小为I ω

动量守恒定律：当刚体所受的合外力矩为零时，其动量矩保持不变。

★运动中的冲量与动量的关系及其在运动实践中的应用

1）运动中增加冲量可增加人体或物体的运动速度（铅球、后蹬），通常需增大冲量作用力并延长力的作用时间（一般是以加大施力工作距离来实现的），即增加对人体或物体的冲量来实现

2）运动中增加冲量可以减小人体或物体的运动速度（体操中的海绵垫，跳高用的海绵包），各种落地缓冲动作，通过前脚掌着地，并迅速过渡到全脚掌

冲量矩：外力矩对物体转动的累积效应，即力矩和时间的乘积。

伯努利定律：流动速度大的地方压强小，流动速度小的地方压强大，这个结论对于气体也成立，称为伯努利定律。

马格努斯效应：即指空气动力使旋转物体改变运动轨迹的效应。马格努斯效应的大小，取决于运动物体的速度及转速、流体密度、球体质量、形状及表面粗糙程度等。

水对人体的阻力：摩擦阻力、形状阻力、兴波阻力和碎波阻力

★形状阻力：与运动员的体形、姿势及游进速度有关，实验研究表明，身体的形状对压差阻力的影响最大。

转动惯量：是量度转动物体惯性大小的物理量，用以描述物体保持原有转动状态的能力。 稳定力矩

倾倒力矩