生物力学研究生复试题

1、什么是运动中的内力和外力？体育运动中的主要外力有哪些？请

举例说明！

内力：若将人体整体看做一个力学系统，则人体内部各部分的相互作用，称为内力。（骨骼肌张力、关节约束力、韧带张力等，其中骨骼肌的张力是人体内力中的主动力。）

外力：外界作用于人体的力称为外力。（重力、摩擦力、机械的惯性力、弹力等）

2、简述测量人体总重心的力矩合成法原理和步骤

①原理

重力是地球对物体的引力，人体整体所受的合重力的作用点就是人体重心的位置。在运动生物力学研究中，人体重心的轨迹、位移、速度以及加速度等指标是评价人体运动状况的重要指标，所以，掌握人体重心的测量方法是非常必要的。

依据静力学中的力矩平衡原理进行人体重心位置的测定。图1为人体一维重心测量板，空板时秤的读数为M0，人体重为W，人躺在板上后（两足紧贴抵足板，足背屈）体重秤读数为M，设人体总重心至A点的距离为AC，板重W B，板长为AD，板的重心至A点的距离为AB，则根据力矩平衡原理有

图1 一维重心测量板示意图

空板称量时 AD M AB 0⋅=⋅B W （1） 人躺在板上时 AD M AC AB ⋅=⋅+⋅W W B （2） 整理得 AD M M AC 0⋅-=W

（3） 上式中的AC 为被试标准站立姿势时的总重心的绝对高度。

为了便于比较，可计算人体总重心的相对高度，即重心绝对高度与身高的比值，该指标可消去身高的影响，其公式为

%100h AC %100⨯=⨯=身高重心绝对高度重心相对高度 （4）

式中h 为身高。

一般来说，人体重心的位置受人体体型、性别、年龄等因素的影响。长期从事运动训练也可引起人体重心位置的改变。

②实验仪器与材料

一维重心测量板、体重秤、身高计等。

③实验方法与步骤

1. 学生两人为一组。

2. 用体重秤、身高计分别测量每人赤足的体重W 、身高h 。

3. 安装好一维重心测量板，并记录空板时体重秤的读数M 0以及板长AD 。

被试者以标准解剖姿势平躺在测量板上，另一学生读出体重秤

数并记录在登记表内。然后被试分别做两臂平举和两臂上举，并记录体重秤读数。

4. 依据上述原理和测量结果，分别算出不同姿势的人体重心高度

和标准解剖位的相对重心高度。

5. 根据测量结果写出实验报告。

3、试述三维测力台测力原理

①组成

•测力平台

•信号调节放大器

•计算机采集与处理

作用于测力台上的力：F x、F y、F z

测量信号力矩信号：M x、M y、M z

作用点的坐标

②依据传感器的不同分类：

•以压电晶体为传感器的测力平台

•以电阻应变片为传感器的测力平台

（1）以压电晶体为传感器的测力平台

A、基本原理

以某些晶体受力后，在其表面产生电荷的压电效应为基本原理。

B组成

•平台：长方形

•踏板

•底座

其中：踏板和底座由4个圆柱形传感器，即三片环状的石英压电晶体叠在一起，分别对对X，Y，Z轴方向的力敏感。

C工作原理：由于石英的切割方向不同，分别对x，y，z三个不同方向产生压电效应。

（2）以电阻应变片为传感器的测力平台工作原理

在外力作用下，被测对象产生微小机械变形，应变片随着发生相同的变化，同时应变片电阻值也发生相应变化。当测得应变片电阻值变化量为ΔR时，便可得到被测对象的应变值，根据应力与应变的关系，得到应力值σ为

σ=E·ε

4、篮球气不足，或在松软的地面上，篮球的反弹情况如何？为什么？情况：反弹的高度会低于在气足或硬地板上反弹的高度。

原因：因为气不足或在松软的地面上会导致篮球落地到反弹离开地面的时间增加，在动量定理F·△t= M(V0-)中，地面平均力F是定值，△t增大，M不变，V0不变，所以V1必定减小，所以反弹的高度就会变低！

5、何为肌肉力量训练的超负荷原则？

肌肉力量训练的超负荷原始：是指肌力训练时的阻力负荷强度要超过平时的强度，通过“超量恢复”使肌肉力量增强。增加肌肉

力量主要是通过增加肌纤维的数量和面积以产生较强的收缩

力和每次收缩能募集较高比例的运动单位。

肌肉力量训练应用超负荷原则时应注意以下5各要素：

（1）、增加阻力

（2）、增加反次数

（3）、增加每次反复的速度

（4）、如要提高肌肉耐力则要缩短中间休息时间，如要提高绝对肌力则要延长中间休息时间

（5）、增加训练量（阻力乘以反复次数之和）

6、影响跑速的运动生物力学要素有哪些？

跑速=步长×步频。步长是由着地距离（人体着地时刻重心与人体支撑离地时刻重心位置的距离），着地距离受扒蹬技术和脚底摩擦力的影响，腾空距离由离地速度和角度决定。

7、论述“超越器械”的生物力学原理。

要获得较大的机械能，根据功能原理（E=FS），可通过增大力值和加大力的工作距离获得。在投掷过程运动员的最大力量要靠力量训练来得到，在投掷过程中对技术的考虑主要是如何增加力的工作距离上。如投掷标枪的“超越机械”动作（书P200）就是典型的增加力的工作距离的动作。当工作距离加到最大时，应以最短的时间通过该距离以增大投掷器械的初速度。

8、简述测试肌电图原理。

肌电图测量并记录人体远动时的肌电，通过对不同肌肉在运动过程中所表现出来的时域、频域上的不同特征的分析，可以了解人体在完成运动动作时不同部位的肌肉参与活动强度，参与工作的时间顺序及相互协作关系，为运动技术分析提供依据。

9、举体育运动实例说明马格努斯效应。

马格努斯效应：当一个旋转物体的旋转角速度矢量与物体飞行速度矢量不重合时，在与旋转角速度矢量和平动速度矢量组成的平面相垂直的方向上将产生一个横向力。在这个横向力的作用下物体飞行轨迹发生偏转的现象称作马格努斯效应。（书P117：香蕉球）