运动生物力学教案

运动生物力学教案

教学内容：

●教学常规：师生问好、登记考勤等

●导入部分：①复习：人体惯性参数、运动学参数。提问问题：影响人体转动惯量的因素有

哪些？举例说明这些因素在体育动作中的作用。

②宣布本节课内容，提出问题：冬天下雪的时候，自行车轮胎里面的气体是要

冲饱满些，还是应该少冲一些？组织学生进行讨论，引发学生兴趣。冬天自行

车轮胎里面的气体要少冲些，增大摩擦力，防止摔倒。引出摩擦力，从而引出

本节课内容：动力学参数

●主要部分：

第三节动力学参特数征

一、动力学参数

（一）力

力是物体间的相互作用。主要是人体与地面或流体或器械的相互作用，

❖力的外效应：这种相互作用的结果使物体改变运动状态

❖力的内效应：这种相互作用的结果使物体发生形变

影响力作用效应的因素有力的方向、大小和作用点，称为力的三要素。

1. 人体内力与外力

内力：若将人体看作一个生物力学系统，则人体内部各部分相互作用的力称为人体内力，如肌肉力、组织粘滞力、韧带张力、关节约束反作用力等。

外力：若将人体看作一个生物力学系统，来自于外界作用于人体的力称为人体外力。体育运动中人体所受的主要外力：重力、弹性力、摩擦力、支撑反作用力、介质作用力等。

2．人体受力特点

人体受力按作用面可分：集中力和分布力

❖集中力作用于人体的一点（面积为零）

❖分布力作用于人体的一定面积上。

人体受力基本上都是分布力，如重力、浮力、地面支撑反作用力和器械反作用力等。为了方便研究问题，我们把分布力折合成集中力，如重力、浮力把力分别集中于重心、浮心来处理。

✧人体受力按力的作用线与人体质心的位置关系，人体受力又分为正心力和偏心力。

力的作用线通过人体质心的力叫做正心力，如重力；

力的作用线不通过人体质心的力叫做偏心力，如摩擦力。人体所受的力绝大多数是偏心力，只有重力永远是正心力。

3．体育运动中常见的人体外力

重力：人体重力即地球对人体的引力，非接触力，是人体各部分所受地球引力的矢量合成。作用点是人体重心，其方向向下，指向地心。公式：W=mg。

当我们进行训练时在斜坡上奔跑，向上跑时感到很累，是重力的分力使人体做下滑运动，成为人体上坡的阻力，通过蹬地不断地克服此阻力，以达到训练腿蹬地的肌肉力量。向下跑时借助重力的分力来增加频率。

弹力：产生在直接接触的物体之间，以物体间的相互接触使物体发生形变为先决条件。只要物体相互接触，弹力就一定存在。

公式：N=k△x （k 弹性系数，△x形变量）

篮球，它的硬度比排球硬，也就是说不同物体有一定的弹性限度。

❖摩擦力：是两相互接触的物体作相对运动或有相对运动趋势时产生的力。也是一种接触力。摩擦力分静摩擦力，滑动摩擦力和滚动摩擦力

1．静摩擦力

❖相互接触的两物体有相对滑动趋势，在尚未产生相对滑动时，在接触面上产生阻止其出现相

对滑动的力称静摩擦力。

❖两物体即将滑动时的静摩擦力称为最大静摩擦力。

2．滑动摩擦力：当物体沿接触面滑动时，所产生的阻碍滑动的力称作滑动摩擦力。

公式：f=μN。

对同一物体来讲静摩擦系数大于动摩擦系数

3．滚动摩擦力：当物体沿接触面滚动时，所产生的阻碍滚动的力称为滚动摩擦力。

产生滚动摩擦力的原因是滚动的物体在和接触面相互作用时总有一些形变。

公式：F=W.K/R

(k是摩擦系数，R是圆柱体的半径，W是圆柱体的重量。)

骑自行车时在不同的气候,自行车轮胎充气就应不同，在雪天时轮胎应放气，这样自行车与地面的摩擦系数大从而增大与地面的摩擦力，减少滑倒的危险。

支撑反作用力:人体处于支撑状态时，力作用于支点（支撑面）上，支点（支撑面）又反作用于人体，这种反作用力称支撑反作用力。

静力性支撑反作用力：由于受到重力对支点（支撑面）产生的压力，支点（支撑面）则对人体产生一个反作用力，它是一种约束反力，称静力性支撑反作用力。

动力性支撑反作用力：人体处于支撑作用，而人体局部环节作变速运动，其结果给支点（支撑面）以作用力，支点（支撑面）则给人体一个大于或小于重力的反作用力，称动力性支撑反作用力。

✧动力性支撑反作用力

❖（1）加速垂直离开支点。

例如，我们站在磅秤上竖直上跳，此时加速度向上，即N- mg=ma N>mg。经常出现在人体垂直向上摆臂、蹬离地面时。如跳高时两臂的向上摆动。

（2）加速垂直朝向支点

我们站在磅秤上竖直下蹲，此时加速度向下mg-N=ma

N=mg-ma 也就是N

（3）加速斜向离开支点

加速斜向离开支点，支撑反作用力也会增大，并与水平面成一定角度。例如短跑的后蹬阶段，就是这种情况。

（二） 力矩

力矩是使物体（人体）转动状态发生改变的原因。力矩不仅跟力的大小有关，还跟力作用线和转动轴的垂直距离有关。

力矩=力臂×力

（三）动量

❖动量是用以描述物体在一定运动状态下具有的运动量。动量是力在时间积累下的效果 。 ❖动量=质量×速度 动量是矢量，方向为速度的方向。

❖在碰撞问题中，物体动量的变化反映了物体对其它物体产生的机械效果，在由相互作用而引起的机械运动传递中，传递或交换的力学量是动量。

（4）动量矩

❖动量矩描述物体转动状态的量。动量矩表现的是力矩在时间下的累积效果

❖动量矩是转动惯量I 和角速度ω的乘积，用L 表示。动量矩是矢量，其方向与角速度方向一致。 （五）冲量

物体（人体）运动状态的改变是力作用的结果，力在时间上的积累可用冲量（s ）表示。 冲量是矢量，其方向沿力的方向。

（六 ）冲量矩

在研究转动问题时，把力矩在时间上的积累称为冲量矩。冲量矩是力矩和时间的乘积，当外力矩为恒值时，冲量矩J 为：

mV P =ω

I L =)

(01t t M J -=