运动生物力学应用人体平衡2

当人体处于平衡，支点在人体重心的下方。
例如，站立、平衡木上的平衡动作及田径、 游泳、举重等各类平衡动作。 （3）混合支撑平衡： 是一种多支撑点的平衡状态，有的支撑点
在人体重心上方，有的支撑点在人体重心
的下方。 例如，肋木侧身平衡。
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根据平衡的稳定程度把人体平衡分为4种： （1）稳定平衡：其特点是当偏离平衡位置时，重心升高，产生的重力 矩使物体向平衡位置运动，回到平衡位置后，合力为零，合力矩为零。 （2）不稳定平衡：其特点是偏离平衡位置时，重心降低，产生的重力 矩使物体继续倾倒。仅在下支撑平衡动作出现。 （3）有限度的稳定平衡：其特点是在一定限度内的偏离平衡位置时， 人体重心升高，产生的重力矩使人体向平衡位置移动，最终恢复平衡， 但超出某一定限度的偏离平衡位置时，人体重心降低，产生的重力矩 使人体更加偏离平衡位置。 （4）随遇平衡：其特点是偏离原来位置时，重心高度不变，不产生使 物体位置移动的重力矩。

人体平衡的稳定性是人体处于有限稳定平衡状态时，抵抗各种破 坏的作用而保持平衡的能力。
1．支撑面：支撑面是由各支撑部位的表面及它们所包围的面积。支撑面越大， 物体平衡的稳定性就越好。 2．重心高度：重心越低，稳定性越好。
稳定角是重力作用线和重心至支撑面相应边界的连线之间的夹角。稳定角越大
稳定性越好，反之则越差。 3．体重：在摔跤、拳击、柔道等项目中运动员按体重分级的原因之一是体重 对人体的稳定性也有影响。
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二、人体平衡的力学原理
5. 力的可传性原理
力可沿其作用线任意移动，而不改变其对物体的效应。
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6. 力的平移定理
（1） 力矩、力偶矩 力矩为力与力臂的乘积。如力对于O点的力矩为M
M Fr sin Fd
如图所示。力矩的方向按右手螺旋法则，即
四指沿矢径r的方向转向力方向，大拇指的
方向即为力矩方向。该力矩方向为垂直于平 面向外。通常规定：力有使物体逆时针方向

评定一个体育动作完成的质量，分析其技术特征以及纠正错
误动作等，都需要根据运动时人体重心的变化规律。

特别是分析静力性动作，判定平衡的稳定性及分析动作的合 理性时，必须从人体重心相对于支撑面的位置来确定。
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一般物体的重心比较恒定，而人体重心是变化的。 人体重心变化不仅在一段时间内，要受肌肉和脂肪的增长 或消退等因素的影响，即使在每一瞬间，也要受到呼吸、
消化和血液循环等因素的影响，特别是在运动中，要受到
人体姿势变化的影响，随着姿势的改变而改变，有时甚至 能够移出体外。
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（二）人体平衡的分类
1. 根据支点相对于人体重心的位置
不同，将人体平衡分为以下3种：
（1）上支撑平衡：
当人体处于平衡，且支点在人体重 心的上方。 如体操中的各种悬垂动作。
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（2）下支撑平衡：
作用于人体的力系可以简化为一个 合外力和一个合外力矩，当力系平
衡时满足下列条件时，人体即处于
平衡状态，即： Σ F=0
Σ M=0
当Σ F=0 时，人体没有平动的加速 度；
当Σ M=0时，人体没有转动的角加
速度，两个条件同时满足人体即达 到平衡。
燕 式 平 衡
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三、影响人体平衡的因素
（一）影响人体平衡的力学因素
第五章 运动生物力学应用
第一节 人体平衡的生物力学分析
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内容提要
1 2
一、人体平衡概述 二、人体平衡的力学原理 三、影响人体平衡的因素
3
4
四、人体平衡的生物力学分析举例
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一、人体平衡概述
（一） 人体重心的概念

物体的重心是物体所受重力的合力作用点，人体的重心也 就是人体所受重力的合力作用点。

意义：
（2）若该运动员将重力作用线移到离左脚B点5cm处，试求运动员在左右两个方向上的稳度系数
（3）若运动员将两脚间距增大至1m时，试求重力作用线在正中央时的稳度系数。
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（二）影响人体平衡的生物学因素
稳定角、稳度系数等指标仅适用于刚体。对于人体这个具
有高级神经活动的生物力学系统，评定其动作的稳定程度 还需要考虑有关的生物学特点。 1．人体不能绝对静止 由于呼吸活动和血液循环必然造成人体总重心位置在一定
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例1
简化田径运动员跑步后蹬动作的身体受力图，并分析这些力对
运动的影响。 解：如图5-10所示后蹬动作中身体受到4个力的作用。（1） 重力G （2）地面支撑力N（3）地面摩擦力f（4）空气阻力F。把N、f、F三 力平移至重心O点，并加上相应的力偶矩，如图5-11所示。
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5-10
5-11
（二）力学条件
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稳度系数为稳定力矩与翻倒力矩之比值。稳度系数K>1时，平衡没有被破坏；
K=1时，处于临界状态；当K<1时，平衡被破坏。 这里的稳定力矩一般是指重力矩，是人体的体重和重力臂二者的乘积。
例2 :运动员体重70kg，两脚间距为0.5m，对手将一个196N的力从侧面水平地作用于他，作用点
距地面的高度为1.0m。若该运动员受推力过程中姿势不改变，试求： （1）重力作用线在支撑面正中央的稳度系数；
范围内波动，肌肉的张力在任何时候都不可能恒定，因此
身体的姿势不可能绝对静止。
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2．人体有效支撑面小于支撑面 由于人体软组织和力量不太足的肌肉无力平衡负荷，所以
翻倒线永远位于支撑面边界线之内，重力作用线未超过支
撑面边线时，人体就要提前翻倒。 3．人体具有一定的自身平衡调节能力 4．人体平衡受心理因素的影响 5．人体平衡动作消耗肌肉的生理能
转动的趋势，则该力所产生的力矩为正，反
之为负。
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力偶是指一对大小相等、方向相反的平行力。
• 如汽车司机两手作用于方向盘的力就是一个力偶。
• 力偶中二力之和为0，即力偶无合力。 • 力偶可以产生力偶矩。
M=Fd
M=Fd，式中d为力偶臂，是力偶两力作用线之间的垂距，如果力偶使
物体作逆时针方向转动的趋势，则力矩为正，反之为负。
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（2）力的平移定理
力可平行于自身移动到任意一点，但需增加一个力偶，其力偶矩等于
原力对新作用点的力矩。 如图，作用于点A的力可用作用于点B的力和力偶矩M来代替。
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5-9
7. 研究对象的受力分析
为了清晰地表示物体的受力情况，需要把研究的物体（受
力体）从周围的物体（施力体）中分离出来，单独画出简 图，叫做取研究对象。然后把施力物体对研究对象的作用 力全部画出来（受力图）。