第一章 运动生物力学学科概述

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第一章运动生物力学概论

第一章运动生物力学概论
第一章 运动生物力学概论
运动人体科学学院 曲峰
教学内容 : 一、 运动生物力学的概念。 二、 内容和研究任务。 三、 运动生物力学的国内外发展概况。 四、运动生物力学在体育运动中的应用 。 基本要求 : 了解运动生物力学的概念、研究任务,以
及运动生物力学国内外的发展概况。
体脱落。力学原因是初学者重心不稳,旋 转时的力量很大,作用在手上的扭曲的力 量大,从而造成姘胝体脱落。
(2)初学投掷标枪者易造成肱骨骨折。
二、运动生物力学的任务
5、设计和改进运动器械 如(1)标枪不仅有重心还有形心,美籍华人宋
载镇对投掷标枪动作做了动力学研究。他用五 个非线性动力学微分方程描述了标枪的分行过 程,提出了数值解。并以1972年奥运会纪录为 例,说明只要改变一下标枪的投掷角和在当时 规则允许的范围内,使标枪的压力中心(形心) 从25.7 CM前移到距重心0.8 CM,就可把1972年 的纪录提高16.61米。
运动生物力学的概念。 运动生物力学的任务。 几个基本概念:动作技术原理、最佳动
作技术。
参考书
1、李良标等,运动生物力学,北京体育大学 出版社。
2、詹姆斯.海著 孙成敏译,运动技术生物力 学分析。
3、苏品等,体育运动与力学,人民体育出版 社出版。
4、卢德明等,运动生物力学测量方法,北京体育大 学出版社。
分析:助跑技术,起跳技术,空中技术, 着地技术
例如:跳高
朱 建 华:助跑速度 8.73 m/s,2.39 m; 索托马约尔:助跑速度 8.93 m/s,2.45 m;
分析:助跑技术,起跳技术,空中技术, 着地技术
二、运动生物力学的任务
4、探索预防运动创伤和康复手段的力学依据 如:(1)单杠大回环初学者易造成姘胝

运动生物力学

运动生物力学

运动生物力学选择判断共45分简答55分第一章.运动生物力学学科概述1·运动生物力学中的生物通常是指有生命活动的人体2·运动生物力学研究应以体育动作为核心第二章.人体生物力学参数3·人体惯性参数是指人体整体及环节的质量、质心(重心)位置、转动惯量及转动半径。

4·质心是物质的质量中心,重心是物体各组成部分所受重力的合力作用点。

5·人体环节质心(重心)在各环节中几乎都有一个固定的位置。

6·运动学参数包括位移、角位移、速度、角速度、加速度、角加速度等7·内力与外力的概念是相对的。

如何确定某个力是内力或者是内力,取决于人们选取的研究对象。

8·从力的独立性原理可以推出物体在空间运动时,在各个方向上也同时独立保持自己运动的性质。

第三章.骨、关节、肌肉的生物力学9.骨对外力作用的反应类型并举例:(1)拉伸(单杠悬垂)(2)压缩(举重举起后上肢和下肢骨的受力)(3)弯曲(负重弯举)(4)剪切(小腿制动)10·从生物力学的观点来看,一个合理的力学环境将有利于骨折的愈合和重建,有利于生理功能的恢复。

因此,在骨折的治疗的每一个阶段,都应该充分考虑其所处的力学环境及其对骨重建的影响。

11.疲劳骨折的产生不仅与载荷的大小和循环次数有关,而且还与载荷的频率有关。

12·关节的润滑机制主要与关节软骨和关节液有关。

13·测量结果表明,当外力作用的时间在0·01s左右时,关节液是同时具有流动性和弹性的粘弹性体,像橡皮垫一样,缓冲关节面之间的碰撞。

当作用时间大于0·01s时,关节液像润滑液一样,使关节灵活活动。

如果外力的作用时间很短,关节液不再表现为液体或弹性体,而是呈现出“固体”的特点,对碰撞时的冲力不再起缓冲的作用。

如打球时的手指挫伤。

第四章.运动生物力学原理14.惯性力的方向与非惯性系的加速度方向相反15·(判断)惯性力和相互作用力的区别是:(1)惯性力不是物体间的相互作用,不存在惯性力的反作用力。

绪论、运动生物力学学科概述

绪论、运动生物力学学科概述
运动生物力学
运动人体科学系
阴其谱
绪论
教学目标:
1、明确运动生物力学的基本概念、课程要求和学习方法,
2、掌握运动生物力学的基本知识、基本原理和基本方法。
一、运动生物力学的基本概念
1、运动: 分为广义和狭义两种。 2、生物学: 3、力学: 4、生物力学:
Байду номын сангаас
它的基础:能量守恒、动量守恒、质量守恒
能量守恒:能量既不会凭空产生,也不会凭空消失,它只能
二、运动生物力学的课程内容:
(一)、绪论 (二)、运动生物力学学科概述:
(三)、运动生物力学参数:
(四)、骨、关节、肌肉的生物力学: (五)、运动生物力学原理: (六)、运动生物力学应用:
三、运动生物力学的学习要求:
第一章 运动生物力学学科概述
教学目标: 1、让学生了解该学科的发展的历史 2、让学生了解该学科的特性 3、让学生了解该学科的主要研究任务、研究领域和研究趋向
它不是体育学、生物学和力学的简单总和,而是融合。
定义:运动生物力学是研究体育运动中人体运动力学行为规律 的科学。 运动生物力学研究人体运动器系的生物力学特征和人体运动 动作规律,并根据人体运动的内部和外部条件寻求人体运动技术 的合理性和最佳化,进而为提出有效的训练手段和发展人体运动 能力提供理论根据。
四、研究内容的实践性:
第三节 运动生物力学学科任务
一、研究人体结构与运动功能的关系:
二、研究人体运动技术的规律:
三、研究人体运动技术的最佳化:
四、设计与改进运动器械:
五、研究运动损伤的力学原因:
第四节 运动生物力学学科展望
一、基础研究: 二、应用研究: 三:方法与技术研究:
第一节 运动生物力学学科演变

《运动生物力学概论》课件

《运动生物力学概论》课件
球类运动中的传球、射门、控球等技术需要 运用运动生物力学原理,以提高球的准确性 和力量。
详细描述
在足球、篮球、网球等球类运动中,传球、 射门、控球等技术的准确性和力量对比赛结 果有着重要影响。通过运用运动生物力学原 理,运动员可以优化技术动作,提高球的准 确性和力量,从而提升比赛表现。
04
运动生物力学的研究方 法与技术
运动生物力学的未来发展方向
高精度测量技术的发展
随着科技的发展,未来将有更精确的测量设备和方法,以更深入地 探索运动中的生物力学机制。
多学科交叉融合
运动生物力学将与生理学、心理学、材料科学等多学科进一步交叉 融合,为运动训练和损伤预防提供更全面的理论支持。
个性化训练的重视
随着对个体差异认识的加深,运动生物力学将在个性化训练方案制 定中发挥更大的作用,提高训练效果和预防运动损伤。
人体运动的动力学与静力学
01
人体运动的动力学与静力学是 运动生物力学的重要组成部分 ,它们涉及到人体运动的力学 特性和机制。
02
动力学研究人体运动中的力、 力矩和加速度等物理量之间的 关系,以及这些关系对人体运 动的影响。
03
静力学研究人体在静止状态下 的受力情况和平衡状态,以及 这些状态对人体姿势和稳定性 的影响。
02
运动生物力学的核心概 念
运动生物力学的基本原理
运动生物力学是一门研究生物体运动规律和运 动机制的科学,它涉及到生物学、物理学、化 学等多个学科领域。
运动生物力学的基本原理包括牛顿第三定律、 动量守恒定律、能量守恒定律等物理学原理, 以及骨骼、肌肉、关节等生物学原理。
这些原理在运动生物力学中发挥着重要的作用 ,为研究人体运动提供了理论基础。
详细描述

第一章`运动生物力学之简介及发展趋势生物力学(biomechanics)之定义

第一章`运动生物力学之简介及发展趋势生物力学(biomechanics)之定义

第一章、運動生物力學之簡介及發展趨勢一、生物力學(biomechanics)之定義廣義:生物力學是將數學及力學原理應用在對生物系統之研究的一門科學。

狹義:生物力學是研究作用於人體(或人所操作之物體)之內力或外力以及由這些力所產生之運動的一門科學。

它是探討人體運動因果關係的一門科學,力量作用之後會使人體產生加速度,而造成人體運動速度的改變。

亦即力量的作用是造成人體運動速度改變的原因,而人體運動速度的改變是力量作用之後所產生的結果。

二、生物力學研究的領域(一)復健(使用攝影機、測力板、Cybex等)(二)步態(走路、跑步,正常、異常,醫生診斷之用)(三)人體和工作環境的關係(搬運重物、工廠操作機器)(四)關節(運動學、動因學)(五)肌肉功能(肌肉收縮、電刺激)(六)骨科(骨骼受力、骨釘、人工關節)(七)切肢和裝入人工肢體(運動學、動因學)(八)脊椎(脊椎負荷變形、椎間受力)(九)組織(肌肉、骨骼、韌帶)(十)肌電圖(十一)電腦模擬和數學模式(十二)運動(一般運動、競技運動)(運動生物力學)三、運動生物力學(sport biomechanics)之定義運動生物力學是將數學及力學原理應用在對運動技術之研究的一門科學。

它是生物力學之中相當重要的一個研究領域。

四、運動生物力學之主要用途:技術指導。

五、運動生物力學對體育教師、教練、選手之重要性:(一)對體育教師而言:因為體育教師的對象都是初學者,若是體育教師不懂運動生物力學而灌輸了錯誤的觀念,這對學生將來影響很大,所以體育教師一定要瞭解運動生物力學的原理。

(二)對教練而言:教練的對象是選手,在技術上皆有所心得,毛病也不少。

故一位好的教練更要對運動生物力學有深一層的研究,並加以融會貫通,才能挑出選手的毛病所在,進一步指導,使選手在技術上有所精進。

(三)對選手而言:一般而言,選手不須懂得那麼多,但若選手能對運動生物力學有所瞭解,不但可提高興趣以改進技術,並可做為將來擔任教練時所用。

运动生物力学多媒体教学(第一章)

运动生物力学多媒体教学(第一章)
第一章 运动生物力学学科概述
第一节 运动生物力学学科演变
一、运动生物力学学科的萌芽时期 二、运动生物力学学科的形成时期 三、运动生物力学学科的发展时期
第二节 运动生物力学学科特点
一、研究对象的复杂性
运动生物力学探究的是人体运动的力学规律,复 杂人体运动的探究通常从两个方面着手:
一是研究人体的内部和外部运动行为。 二是研究人体内部运动行为与外部运动行为之间 的因果 关系。
雅典奥运会举重冠军陈艳青成功与失败动作比较
3. 研究人体运动技术的最佳化。
掷铁饼动作技术的计算机模拟(仿真)
4. 设计和改进运动器械。
撑 杆 的 演 变 历 史
标 枪 的 改 进
男子游泳衣的研制
5. 研究运动损伤的力学原因。
第四节 运动生物力学学科展望
一、基础研究 二、应用研究 三、方法与技术研究
析和评价工作的工具,是一种硬设备。
四、 研究内容的实践性
运动生物力学是一门理论与实践紧密结合的应用性学科 ,在服务竞技体育、服务大众健康和服务特殊群体等领域, 具有极强的实践指导性。 第一,在运动技术诊断、分析和评价领域的作用十分突出。
第二,在健康促进和特殊人群健身指导领域的作用十分重要。
第三,在设计和改进运动装备领域的作用日显重要。 第四,在预防损伤和功能康复领域的作用日显突出。
二、研究方法的综合性
运动生物力学是机能解剖学、运动生理学和力学的交叉 融合,这就决定了研究方法的综合性。 对人体运动力学行为的研究,力学研究方法结合生物学研 究方法就成为运动生物力学必然的研究方法。
三、测量技术的先进性
任何一门发展相对完善的学科,必须具备两个条件,
第一是要有自身比较完整的学科理论体系,第二是要有自身 系统的研究方法,自然科学的学科尤其如此。 研究方法只是总体的指导思想,测试技术则是在研究 方法指导下的具体操作,是完成研究方法所确定的测量、分

运动生物力学(第三版)精品PPT课件

运动生物力学(第三版)精品PPT课件
波法
第三节 动力学(kinetics)参数
一、动力学参数 (一)力 * 力的三要素:大小、方向、作用点
α
1. 人体内力与外力 内力:人体内部各部分相互作用的力 例如:肌肉力,关节约束反作用力 外力:来自外界作用于人体的力
内力和外力是相对的(可以相互转化) 2. 人体受力特点
集中力(集中在一点上) 正心力(穿过质心) 分布力(分布在一个面上) 偏心力(离质心有一段距离)
1396408574086186762xhshanjnyahoocomcnxhshansdnueducn绪论一运动生物力学概念运动广义自然界各种物质存在的形式固有属性狭义物质的机械运动运动生物力学中的运动运动动作或体育动作第一章第一节生物学研究物体生命现象规律的科学1生物体形态结构功能及其统一2生物体内部之间的相互作用局部和整体的统一3生物体与外界环境之间的相互作用本课程中的生物一般指活的人体也有动物第一章第一节力学物体机械运动规律的科学时空生物力学力学与生物学交叉渗透融合而形成的一门边缘学科运动生物力学研究人体运动力学规律的科学它是体育科学的重要组成部分第一章第一节特点1应用性力学原理应用于生物体2交叉性人体解剖生理学等交叉3新兴性历史短但快速发展分类1人类工程学人枪
1)惯性参照系:相对于地球静止或匀速直线运 动
2)非惯性参照系:相对于地球做变速运动
2 坐标系:设置在参照系上的数轴
1)一维——百米;50米游泳
2)二维——跳远
0
3)三维——跳高;铁饼等
y
P(x,y)
z
P(x) x
P(x,y,z)
0
0
x
y
x
(三)运动学参数的瞬时性特征
1. 瞬时速度与平均速度 (1) 平均速度 V=s/ t,例如100米跑12秒 (2)瞬时速度 V=lim (s/ t)

运动生物力学学概述

运动生物力学学概述

运动生物力学学概述————————————————————————————————作者:————————————————————————————————日期:第一章运动生物力学学科概述(李建设裘琴儿)内容提要:本章介绍了运动生物力学学科的演变历程;阐述了运动生物力学的学科特性;从当前运动生物力学亟待解决与发展的问题的角度对运动生物力学学科的未来进行展望。

教学目标:使学生了解运动生物力学学科的发展历程,明确运动生物力学的学科特性、了解运动生物力学学科任务,了解运动生物力学学科中目前亟待解决的问题以及未来走向,使学生全面了解运动生物力学的学科概貌。

关键词:演变;特性;任务;展望第一节运动生物力学学科演变运动生物力学学科的形成时间并不长,但是人类注意、观察、分析、研究运动的历史却非常悠久。

从整个学科的演变历程来看,大致可分为如下几个时期:一、运动生物力学学科的萌芽时期(二次大战前)运动生物力学作为正式的一门学科还是近代的事情。

人们在很早以前就想知道活的有机体的运动。

古希腊被称为“运动学之父”的亚里士多德(Aristotles公元前384—322)早已关注人和动物运动的材料,第一次分析了走的全过程,并开始认识了重心的作用和杠杆原理等。

文艺复兴前,代表人物克·加仑(C.Galenus公元前131-200)是一名医生,他通过实验证实了由脑发出冲动,肌肉紧张收缩产生关节运动,区别了原动肌和对抗肌,使用了动关节与不动关节的术语。

文艺复兴时期自然科学得到较快的发展,意大利科学家达·芬奇(L.D.Vinci 1452-1519)是有名的画家,数学家和力学家,又是一名医生,他极大地注意到解剖学和力学基础上的人体姿势分析,对人体步行的研究和近代身体运动学的研究相仿。

他叙述了站立,上坡和下坡,坐姿起立和跳跃是身体的力学原理,并说“有运动能力的活体都按力学规律起作用”,在当时这是一个大胆的见解。

进一步研究人和动物运动是意大利数学家和天文学家阿·鲍里利(A.Borelli 1608-1679),他是伟大的力学家伽利略的学生。

运动生物力学学科概述教学内容

运动生物力学学科概述教学内容

为运动选材提供生物力学参数
肌纤维类型、关节运动幅度、小 腿肌腱和韧带长度以及人体结构 比例,是判断运动员所适合项目 的依据。
第四节 运动生物力学的发展趋势
基础研究 应用研究 方法学及测试手段的研究
基础研究
研究走、跑、跳、投等基本体育动作的生 物力学原理
研究人体运动器系的生物力学机理 研究肌电与肌力关系及肌电对肌力的评价
运动技术规律是共性的东西,而 最佳运动技术是个性特征。 它是高水平运动员提高运动成绩 的重要辅助手段。
研究、设计和改进运动器械
为提高运动成绩提供条件 如:刘翔征战雅典奥运会时的跑鞋
撑杆跳项目的撑杆 泳衣 水立方
研究运动损伤的原因和预防措施
确立合理的技术动作防止运动器 系损伤 损伤后,选择合理的生物力学康 复手段 如:教材所述(掷标枪)
三、测量技术的先进性
高速影像系统获取运动学参数,应用三 维测力系统获取动力学参数,采用肌电 图法记录肌肉产生的电信号等。
李建设,王立平.足底压力测量技术在生物力学研究中的 应用与进展[J]北京体育大学学报,2005,28(2): 191-193 试论运动技术诊断方法学的发展特征,体育科学研究 ,2005年第1期 肌电测量技术的应用,中国临床康复,2006年第41期
四、研究内容的实践性
对动作技术作出生物力学诊断 对特殊人群进行健康促进和健身 指导 设计和改进运动装备 预防损伤和功能康复方面
第三节 运动生物力学学科任务
➢ 研究人体结构与运动功能之间的相互关系 ➢ 研究人体技术动作的规律 ➢ 研究运动技术的最佳化 ➢ 研究、设计和改进运动器械 ➢ 研究运动损伤的原因和预防措施 ➢ 为运动选材提供生物力学参数
我国第一次参加是在1981年日 本名古屋召开的第八届讨论会上 。

运动生物力学知识点

运动生物力学知识点

运动生物力学知识点第一章概述知识点1: 生物力学——生物力学的定义;生物力学的分类。

知识点2: 运动生物力学——运动生物力学是研究体育运动中人体、器械机械运动规律的科学。

其主要内容有:运动生物力学的定义;运动生物力学任务;运动生物力学与生物力学的关系;运动生物力学的发展史知识点3: 运动生物力学主要测试手段——技术动作拍摄;运动图像解析;三维测力等。

第二章人体结构的力学特性知识点1: 骨的材料力学特性——骨的形态与结构;骨的伸展性和弹性;骨的成分特点知识点2: 骨的受力形式——骨的受力形式与力的大小对运动效果直接相关,对骨的形变与损伤也至关重要。

因此骨的压缩负荷、拉伸负荷、弯曲负荷、扭转负荷以及不同运动状态下骨的形变特点是本知识点的主要内容。

知识点3: 骨的结构与形态特点——骨的结构、形态特点与肌肉的配布以及运动中肌肉的发力直接相关,骨在外力作用下其应力、应变的概念、人体长骨的形态、骨中空的成因等本知识点的主要内容。

知识点4: 骨的功能适应性理论——是指骨对所担负工作的适应性。

本知识点中Wolff定律、Raach的见解以及机械应力与骨组织之间的生理平衡是其主要内容。

知识点5: 软骨的力学特性——软骨的渗透性、软骨的形变与速度关系以及椎间盘的蠕动性质。

知识点6: 关节结构的力学特性——身体不同部位的关节因其自身的结构不同而灵活性与稳固性存在差异。

而以灵活性为主的结构主要有:关节面软骨、滑液、滑膜皱襞、粘液囊、关节腔、关节内软骨等。

以稳固性为主的结构主要有:关节囊、韧带、关节腔内的负压等。

知识点7: 关节的运动幅度——是指在关节运动的方向上骨环节运动极限之范围。

因此影响关节运动幅度的因素是:第一,与相连两骨关节面的弧度差有关;第二,与关节周围软组织的特性有关;第三,与年龄、性别、运动项目和训练水平有关。

知识点8: 肌肉结构的力学模型——三元模型,该模型由收缩元、并联弹性元和串联弹性元三部分组成。

模型中收缩元产生的张力成为主动张力,并联弹性元产生的张力称为被动张力。

运动生物力学学科概述

运动生物力学学科概述
运动技术规律是共性的东西,而 最佳运动技术是个性特征。 它是高水平运动员提高运动成绩 的重要辅助手段。
研究、设计和改进运动器械
为提高运动成绩提供条件 如:刘翔征战雅典奥运会时的跑鞋
撑杆跳项目的撑杆 泳衣 水立方
研究运动损伤的原因和预防措施
确立合理的技术动作防止运动器 系损伤 损伤后,选择合理的生物力学康 复手段 如:教材所述(掷标枪)
梅布里奇杰出贡献奖的设立
用24只固定照相机拍摄一匹马奔 跑状态并测量马的步长和四足腾 空现象,其后又拍摄人的走和跑 等基本动作连续照片。 1901年,发表《运动中的人体 的图像集》。奠定了运动生物力 学参数摄影分析测量的方法基础
人体惯性参数的测量
• 20世纪初德国解剖学家菲舍尔 (Fischer)采用尸体解剖测量了人 体环节惯性参数,基于此建立了人 体质量分布模型, 奠定了人体运 动定量分析的基础。
测量技术
总的趋势
发展方向:系统综合和微型微观 永恒主题:方法和技术的研究创新
三、测量技术的先进性
高速影像系统获取运动学参数,应用三 维测力系统获取动力学参数,采用肌电 图法记录肌肉产生的电信号等。
李建设,王立平.足底压力测量技术在生物力学研究中的 应用与进展[J]北京体育大学学报,2005,28(2): 191-193 试论运动技术诊断方法学的发展特征,体育科学研究 ,2005年第1期 肌电测量技术的应用,中国临床康复,2006年第41期
苏联现代生物力学的奠基人谢切 诺夫在著作《人体功能运动概论 》中提出“人体运动装置的结构 是骨杠杆,产生杠杆运动的是肌 肉张力及其神经支配”。
❖20世纪30年代英国生理学家希 尔(Hill)测量了肌肉收缩张力与速 度的关系, 建立了希尔方程。希 尔关于肌肉收缩的经典性工作,奠 定了肌肉力学的理论基础。

2013 运动生物力学 教案 (精选范文)

2013 运动生物力学 教案 (精选范文)

运动生物力学教案(1)授课内容第一章运动生物力学概念一、运动生物力学的概念1、生物力学是研究活体系统机械运动规律的科学。

生物力学分为两大类:(1)普通生物力学(或称理论生物力学)(2)局部生物力学(或称应用生物力学),例如:人类工程生物力学、劳动生物力学、整形生物力学等等。

2、运动生物力学是研究体育运动中人体机械运动规律的科学。

人体复杂的运动技术建立在生物学和力学的规律之上,运动生物力学用数学、力学等对运动动作加以定量描述。

运动生物力学从力学角度和生物学角度进行研究,以力学、解剖学、生理学和各专项技术理论为基础,研究人体的动作技术原理,以及最佳运动技术。

人体机械运动表现为两种形式:(1)人体自身发生的形变,即人体各环节之间相对的位移运动。

(2)相对于其周围环境而发生的位移运动。

牛顿定律适用条件:刚体运动,而生物体会发生明显的形变。

因此在人体运动中具体应用时要进行适当变通,研究活体时须注意各种力对生物体所做的功。

二、运动生物力学的任务和内容(一)运动生物力学的任务1、研究运动员身体结构和机能的生物力学特征2、研究各项动作技术,确立动作技术原理,建立动作技术模式来指导教学和训练3、结合运动员个人的身体形态,机能和运动素质等特点研究适合个人的最佳动作技术方案和进行运动技术诊断。

4、探索预防运动创伤和康复手段的力学依据5、设计和改进运动器械,运动器械应符合运动生物力学原理。

(二)运动生物力学的内容1、运动生物力学概论:概念、任务内容、发展史。

2、人体运动实用力学基础:运动生物力学以力学理论研究人体机械运动规律,因此人体运动的运动学、动力学、静力学、转动力学、流体力学等等是运动生物力学的基础知识。

3、骨、肌肉及人体基本活动的生物力学。

如:骨、骨械杆原理、肌肉结构的力学模型,肌肉收缩的力学特性和功能关系;人体各环节运动的基本形式和力学原理等。

4、人体运动数据采集和处理。

5、动作技术的生物力学分析,如:投掷、跳远、跑步、球类、游泳等动作的力学分析。

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第一章运动生物力学学科概述(李建设裘琴儿)内容提要:本章介绍了运动生物力学学科的演变历程;阐述了运动生物力学的学科特性;从当前运动生物力学亟待解决与发展的问题的角度对运动生物力学学科的未来进行展望。

教学目标:使学生了解运动生物力学学科的发展历程,明确运动生物力学的学科特性、了解运动生物力学学科任务,了解运动生物力学学科中目前亟待解决的问题以及未来走向,使学生全面了解运动生物力学的学科概貌。

关键词:演变;特性;任务;展望第一节运动生物力学学科演变运动生物力学学科的形成时间并不长,但是人类注意、观察、分析、研究运动的历史却非常悠久。

从整个学科的演变历程来看,大致可分为如下几个时期:一、运动生物力学学科的萌芽时期(二次大战前)运动生物力学作为正式的一门学科还是近代的事情。

人们在很早以前就想知道活的有机体的运动。

古希腊被称为“运动学之父”的亚里士多德(Aristotles公元前384—322)早已关注人和动物运动的材料,第一次分析了走的全过程,并开始认识了重心的作用和杠杆原理等。

文艺复兴前,代表人物克·加仑(C.Galenus公元前131-200)是一名医生,他通过实验证实了由脑发出冲动,肌肉紧张收缩产生关节运动,区别了原动肌和对抗肌,使用了动关节与不动关节的术语。

文艺复兴时期自然科学得到较快的发展,意大利科学家达·芬奇(L.D.Vinci 1452-1519)是有名的画家,数学家和力学家,又是一名医生,他极大地注意到解剖学和力学基础上的人体姿势分析,对人体步行的研究和近代身体运动学的研究相仿。

他叙述了站立,上坡和下坡,坐姿起立和跳跃是身体的力学原理,并说“有运动能力的活体都按力学规律起作用”,在当时这是一个大胆的见解。

进一步研究人和动物运动是意大利数学家和天文学家阿·鲍里利(A.Borelli 1608-1679),他是伟大的力学家伽利略的学生。

他曾著《论动物的运动》一书,他曾探索各种肌肉发力的数值,利用杠杆原理测量人体重心的实验方案,指出了人体中心的位置,提出肌肉的作用符合数学、力学原理的论点,并将人体在空间的主动位移动作分为3种主要运动方式,即蹬离支点(走、跑、跳)、推离他体(划行,如游泳)、拉引(如攀登)。

后来,美国生物力学家斯坦特勒(A.Steindler 1879-1959)称他是“现代运动解剖学和生物力学之父”。

18世纪人们发现了电现象,不久“生物电”的概念便被用来解释人体运动的调节功能。

伽伐尼(Galvani)发现电刺激会引起肌肉收缩,完成了著名的论文《论肌肉运动中的电力》,并得出了动物电与机器电完全一致的重要结论。

1841年莱芒德(Du Bois Reymond)在前人研究的基础上确立了肌电测量的方法。

生物电的研究导致肌电图仪的发明。

肌电图目前已经广泛用来研究运动员运动时的肌肉工作。

19世纪初法国生理学家维伯尔兄弟用1/60s的发条时钟计时法,在研究走的实验中测定了躯干的倾斜以及垂直运动,得出提高走速必须减少双支撑时间的结论。

缪勒是法国的生理学家,他利用空气压缩记录法研究了腿运动的支撑期和摆动期的时间关系,测定走时支撑时间和跑时双支撑时间的数据。

1871年美国摄影师伊·梅布里奇用24只固定照相机和2只轻便蓄电池,拍摄了一匹马的奔跑状态并测量出马的步长,四足腾空的现象,其后又拍摄了人的走,跑等动作的连续照片。

1901年,梅布里奇发表了《运动中的人体的图像集》,从而奠定了运动生物力学参数摄影分析测量的方法基础。

为了纪念他对生物力学的贡献,从1987年第11届生物力学大会开始设立了“梅布里奇杰出贡献奖”以表彰在生物力学基础理论,研究方法和应用研究领域做出突出贡献的学者。

20世纪初,德国学者威·布拉温和奥·菲舍尔用实验方法测定了人体各环节相对重量和人体重心等惯性参数,这些材料时至今日仍被生物力学理论和实践广泛采用。

1916年法国人阿玛尔(Amar)研制了第一台可以测定垂直、水平方向两维测力台,为动力学分析提供了测试手段。

俄国学者谢切诺夫除了对生理学方面出贡献外,在他所著《人体功能运动概论》一书中详尽阐述了“人体运动装置的结构是骨杠杆,产生杠杆运动的是肌肉张力及其神经支配”等问题。

同时代的俄国学者佛·列斯加夫特是一位机能解剖专家,他把人体形态结构功能与体育动作结合起来,开创了《身体运动的理论》,并于1877年讲授了他自己写的这部著作,而后更名为《体育练习生物力学教程》。

由于谢切诺夫和列斯加夫特的突出贡献,他们被称为原苏联现代生物力学的奠基人。

前苏联运动生物力学创始人伯恩斯坦从20世纪30年代开始注意用神经控制论的观点来研究人体运动,在所著的《论动作的结构》一书中就反映了系统论、控制论和信息论的观点。

伯恩斯坦关于人体动作系和运动行为结构的思想原则,以及运动感觉反馈修正的理论对运动生物力学的学科发展具有重要的意义。

20世纪30年代,英国生理学家希尔(A.V.Hill)取青蛙的缝匠肌为试样,通过测量肌肉在缩短过程中的肌张力,肌缩短速度,肌肉产生的热量及肌肉维持挛缩状态所需的热量,并按热力学第一定律建立了与实验结果相当一致的希尔方程。

他因为多肌肉力学的经典性工作成就获得了诺贝尔生理学奖。

运动生物力学在萌芽时期基本上没有和人体解剖学分开,多是应用尸体解剖材料分析人体运动,阐述运动动作的原理。

运动生物力学在萌芽时期的研究基本是零散的,缺乏系统性。

但这漫长的萌芽时期却为运动生物力学学科的形成奠定了基础。

二、运动生物力学学科的形成时期(二次大战到二十世纪八十年代)第二次世界大战以后,随着体育运动的蓬勃发展,先进技术和军事科学的发展,运动解剖学和运动生物力学逐渐形成独立的学科。

特别是20世纪40年代开始的以信息技术为标志的现代科学技术革命是运动生物力学学科形成的加速剂。

20世纪60年代微型计算机的诞生为运动生物力学带来了革命性的变化,带来了运动生物力学测试仪器本质上的进步,促进了这一学科理论与实践的不断融合与发展。

这一时期的特征是较为先进技术的引进和应用,极大促进了运动生物力学的发展。

例如采用高速摄影(像)机来记录动作的运动学参数;利用三位测力台和动态应变仪等来记录动作的动力学参数;利用肌电图研究肌肉活动;利用伽玛射线扫描技术和CT技术测定活体环节质量和质心位置等等。

新技术层出不穷,研究的领域也越来越深入,越来越广泛。

运动生物力学成为一门独立的学科。

一般认为,运动生物力学学科的形成是在二十世纪的中后期。

1967年由国际体育和教育理事会(ICSPE)在瑞士苏黎士召开了第一届国际生物力学讨论会,以后每二年召开一次这样的讨论会。

1973年在美国的宾夕法尼亚州立大学召开的第四次国际生物力学讨论会期间成立了国际生物力学学会(International Society of Biomechanics,简称ISB),以后就脱离了ICSPE开展了独立的学术活动。

1981年在日本名古屋召开的第八届生物力学讨论会,我国第一次派代表参加了大会。

从七十年代开始,讨论各项运动技术的运动生物力学专业会议活跃起来。

如:1970年召开了第一届游泳运动生物力学讨论会,1973年召开了第一届田径运动生物力学讨论会,七十年代末还召开了体操、举重、滑雪、滑冰和冰球等运动生物力学讨论会,国际运动生物力学学会(International Society ofBiomechanics in Sports,简称ISBS)应运而生。

ISBS的第一次全体会是1982年6月在美国加州的圣地亚哥召开的,123人参加,于1983年5月7日ISBS有了它的章程。

在我国,运动生物力学比较年轻,中华人民共和国成立之前体育教育工作者引用西方国家教材开设了《人体机动学》,讲授《运动学》,在学科建设上没有太大进展。

中华人民共和国成立之后,体育事业迅速发展,1956年曾邀请前苏联尼·米·贝柯夫在北京体育学院讲授《运动解剖学》和《动力解剖学》,其中包括计算人体重心和体育技术动作分析等内容。

1959年引进前苏联顿斯柯依的《运动生物力学》一书,同年暑假在北京体育学院举办了第一期运动生物力学教师进修班,此后我国大多数体育院系都相继开设了运动生物力学课程。

十年动乱我国运动生物力学的发展同其它学科一样,落后于国际发展,直到1976年才重新焕发生机,我国先后邀请了美、日、德等国运动生物力学专家来华讲座,我国根据需要派遣专业人员去国外学习、考察、研究,同时引进大量的运动生物力学书刊,促进了学科的发展。

1980年我国成立了中国体育科学学会,同时也成立了中国运动生物力学学会,使体育科学研究包括运动生物力学科研从此开始有组织、有计划地交流与学习。

中国体育科学学会每4年举办全国综合性的体育科学大会进行学术交流;运动生物力学学会每年举行一次专业性的研讨会和报告会,大大的推动了运动生物力学学科的发展。

1984年和1985年中国运动生物力学学会以集体会员名义分别加入国际生物力学学会和国际运动生物力学学会,使我国运动生物力学工作者和国际学术机构建立了经常性的学术联系与交流。

三、运动生物力学学科的发展时期(二十世纪九十年代以来)自20世纪90年代,随着科技的飞速发展,现代的运动生物力学也进入了快速发展时期,运动生物力学开始朝着研究系统综合化、研究仪器、设备微型微观化等方向发展。

首先,研究领域不断得到拓展,例如对人体的研究,既可以从微观上研究细胞力学,为生命体的各个层次建立本构关系或力学模型奠定基础,也可以在组织和流体研究基础上,建立骨、关节、肌肉等各器官系统的力学模型;还可以从宏观上研究人体肢体或整体的运动规律;其次研究仪器不断得到完善,例如检测技术目前正朝着微型、微观、微量、微创或无创、快速、实时、遥测、动态、智能化和综合性等方向发展;第三,研究队伍的规模不断提高,如许多教练员、从事生理、解剖的研究工作者、从事理工科研究工作者也加入到运动生物力学的研究领域之中,其它学科的介入对运动生物力学知识体系有了进一步的补充,为运动所生物力学研究提出了新的课题,为运动生物力学的发展倾注了新的血液。

总之,90年代以来,运动生物力学发展速度极快,几乎是日新月异。

无论是人体结构的研究,还是运动技术的诊断和优化模式的建立及研究方法和测试手段都取得了非凡成绩。

在世界范围内运动生物力学飞速发展的同时,国内运动生物力学的发展也在快速发展,学术活动极为频繁,一大批研究成果层出不穷,极大推动了国内运动生物力学的发展。

1997年,第五届全国体育科学大会胜利召开,这是我国20世纪末最后一次全国最大规模的体育科学盛会,运动生物力学水平高于以往任何一届,有多篇论文被评选为大会优秀论文。

1998年11月举行了第九届全国运动生物力学学术研讨会,除了专题报告还进行了学术论文交流。

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