运动生物力学

知识点：
1.惯性参照系是指相对地球静止或匀速直线运动的物体被选为参照物。

2.非惯性参照系是指相对地球做变速运动的物体被选为参照物。

3.研究人体运动中常用的两种简化模型是质点与刚体。

4.把人体简化为刚体时，人体运动分为平动、转动、复合运动。

平动可分为直线平动和曲线平动。

5.物体加速度的方向与外力矢量和的方向相同。

百米短跑过程中，起跑时加速度最大，速度最小；途中跑时速度最大，加速度最小，近似为零。

6.动点相对于静参考系的运动称为_绝对运动__；动点相对于动参考系的运动称为___相对运动__；动参考系相对于静参考系的运动称为__牵连运动__。

7.海拔越高，重力加速度g的越小；纬度越大，重力加速度越大，越靠近赤道，重力加速度越小。

8.运动员受不等于零的恒力作用时，该运动员不可能处于匀速直线运动状态。

9.链球从开始旋转一直到出手的这个阶段___既有向心加速度，又有切向加速度__。

10.力的作用可以使物体产生加速度和产生形变，这就是力的作用效应。

前者称为____外效应___后者称为__内效应___。

力的合成和分解遵循__平行四边形_____法则。

人体内力只能改变身体的形状，不能引起人体整体的运动，人体外力可以引起人体整体的运动。

11.弯道跑时人体向内倾斜的目的是为了产生足够的向心力，而不是为了克服离心力。

12.跳高运动员飞跃横杆过程中，人体只受重力，重心的加速度为始终向下。

13.刚体平衡的力学条件是合外力为零与合外力矩为零。

14.从轴的正面看去，力使物体按_逆__时针方向转动时，力矩规定为_正__；力使物体按_顺__时针方向转动时，力矩规定为_负__。

15.当物体处于不稳定平衡时，如果受到外力偏离其平衡位置时，重心将会降低。

16.当物体处于稳定平衡时，如果受到外力偏离其平衡位置时，重心将会升高。

17.按照支撑点与重心的位置关系，人体平衡可以分为上支撑平衡、下支撑平衡与混合支撑平衡。

各举例一项。

18.按照平衡的稳定程度，人体平衡可分为稳定平衡、不稳定平衡、有限度的稳定平衡、随遇平衡。

各举例一项。

19.稳定系数就定义为倾倒力开始作用时稳定力矩与倾倒力矩的比值。

稳定系数大于1，物体保持稳定；稳定系数小于1，物体失去稳定。

20. 描述物体惯性的物理量有两个，一个是质量，它是度量物体平动的惯性；另一个是转动惯量，它度量物体转动的惯性。

22.力矩是度量力对物体作用时产生转动效果的物理量。

23.力的方向与位移方向相同时，力作正功；力的方向与位移方向相反时，力作负功。

机械能有两种，动能与势能。

动能分为平动动能和转动动能。

势能有两种形式，分别是重力势能、弹性势能。

24.改变滑动摩擦力的大小可以通过改变滑动摩擦系数和正压力来实现。

25.改变最大静摩擦力的大小可以通过改变静摩擦系数和正压力来实现。

26.摩擦系数的大小与接触面的粗糙程度、材料的属性和接触面积的大小有关。

27. 转动轴可分为实体轴与非实体轴。

非实体轴可分为关节轴和基本轴。

人体三根基本轴为矢状轴、额状轴和垂直轴。

28.人体绕单杠转动属于有支点有实体轴的转动，人体在投掷链球或花样滑冰时在冰面上的旋转属于有支点无实体轴的转动，人体跳水或体操中的空中转体动作属于无支点无实体轴的转动。

29.乒乓球比赛中运动员以相同的速度和角度击打出上旋球和不旋转的球，上旋球的落点将会更近，速度将会更快。

30.当人体在空中转动时，转动惯量的大小与质量的大小、质量的分布、轴的位置有关；与重心位置无
关。

直体转动惯量＞屈体转动惯量＞团身转动惯量。

转动惯量越大，人体转动的困难程度越大。

31.运动器械飞行时绕其纵轴以一定的角速度旋转，可产生定向作用，增强飞行的稳定性。

当刚体所受合外力矩为零时，其动量矩保持不变，称为动量矩守恒。

铁饼旋转着飞行可以保持飞行的稳定性是遵循了动量矩守恒定律。

32.当流体在流管内流动流速较慢时，流体质点的运动有条不紊，呈现出分层流动的状态，这种状态称为片流。

33.自行车运动员头盔的流线型设计可以减小阻力系数。

自行车运动员压低身体骑行可以减小与流动流体相对的正面投影面积。

34.伯努利定律是指流动速度大的地方压强小，流动速度小的地方压强大。

35.空气动力使旋转的球体改变运动轨迹的效应被称为马格努斯效应。

35. 游泳时有摩擦阻力、形状阻力、兴波阻力和碎波阻力四种主要阻力，其中形状阻力在总阻力中所占的比例最大。

空气迎面阻力公式为F= C·ρ·S·V2，C为阻力系数，ρ为空气密度，S为与空气流动相对的正面投影面积，V为人体相对于空气的运动速度。

36. 骨抵抗不同方向载荷的能力有差异：压缩＞拉伸＞弯曲＞剪切。

37.肌肉的三元素模型包括串联弹性元、并联弹性元、收缩元。

骨骼肌适当拉长后收缩相比没有拉长时收缩能产生更大的张力。

38.骨杠杆可分为三类：平衡杠杆、省力杠杆和速度杠杆。

39.大多数情况下，关节活动顺序都遵循大关节首先活动的规律，称之为关节活动顺序原理。

41. 17世纪，意大利的医生、解剖学家阿.鲍列里把力学和解剖学结合起来研究人体运动，他在1679年完成的《论动物的运动》一书，可谓是第一部生物力学著作。

世纪30年代，英国著名生理学家Hill（希尔）因对肌肉力学研究而获得诺贝尔奖。

43.全身基本运动动作形式分为摆动、躯干的扭转、相向运动三种。

44.下肢的基本运动形式分为缓冲、蹬伸、鞭打三种。

45.上肢的基本运动形式分为推、拉、鞭打三种。

40.测量人体支撑反作用力实验中，使用的测量仪器有：测力台；电荷放大器；计算机数据采集系统；打印机. 测力台可以测试出人体运动中的__三维_ 方向数据。

直立时男性的重心位置大约占人体身高的_56_% ,女性的重心位置大约占身高的__55__ %。

使用体重称、身高坐高计、电子式重心测量仪等标准测量仪器，可以测得人体重心高度的测量过程，属于间接测量。

利用测力台测量人体支撑反作用力属于直接测量。

问答题：
1.投掷项目中要求在最后用力前使身体尽可能超越器械的力学机制。

（1）一方面使原动肌充分拉长，以提高肌肉的爆发式收缩力；
（2）另一方面可以延长最后用力的工作距离，从而延长力对器械的作用时间，以达到增大冲量、提高器械出手速度的目的；
2.投掷链球松手后，链球将沿切线方向还是沿半径方向飞出去是离心力作用的结果吗为什么
沿着切线方向飞出，不是离心力作用的结果，是惯性的作用的结果。

因为，第一，离心力是沿半径指向外的，所以不可能使链球沿切线方向飞出去；
第二，离心力是作用在手上，不会对链球产生作用；
第三，松手后，向心力消失，离心力也同时消失，不可能再产生作用。

3.影响下支撑平衡稳定性的因素。

1）支撑面越大稳定性越好；
2）重心越低稳定性越好；
3）稳定角越大该侧的稳定性越好；平衡角越大某个方面整体的稳定性越好；
4）重心的垂直投影距离支撑面的边缘越远稳定性越好；
5）稳定系数用来判断物体受外力破坏时是否能保持稳定，稳定系数K＞1时，物体将保持稳定，K＜1时，物体将失去稳定。

4.摩擦力分为哪几类影响滑动摩擦力大小的因素有哪些
摩擦力分为：静摩擦力、滑动摩擦力和滚动摩擦力
改变摩擦力的途径主要有：
（1）正压力
（2）摩擦系数。

举例：拔河时选择体重较大的选手可增大人对地面的压力从而增大摩擦力；球鞋鞋底的花纹设计是为了增加摩擦系数从而增加摩擦力；守门员使用皮革手套可增加摩擦系数从而增加摩擦力等。

5.影响人体转动惯量的因素有哪些
（1）物体的质量越大，转动惯量越大。

运动员的体重越大，转动惯量越大。

（2）转动惯量的大小与转动轴的位置有关，运动员绕人体不同的基本轴旋转时转动惯量不同。

（3）转动惯量还与物体绕转动轴的质量分布有关，质量分布离轴越远，转动惯量越大，例如跳水运动员通过展开和收拢身体来增大和减小转动惯量。

6.当人体加速向地面做下蹲运动时，则加速度a，R，G将如何变化有何现象产生若当人体加速离开地面做蹬起运动时，则加速度a，R，G将如何变化有何现象产生
（1）人体加速下蹲时，a向下，合外力向下，R＜G，产生失重现象。

（2）人体加速蹬起时，a向上，合外力向上，R＞G，产生超重现象。

7.测量一维人体重心的实验步骤，并解释计算人体重心位置所使用的力学原理。

（1）测量受试者的身高、体重
（2）在重心扳上测试出受试者的重力读数。

（3）代入计算公式求出人体重心位置的D。

（4）求出人体重心的相对高度的百分比。

（5）将均质平板作为研究对象时，板处于平衡状态，所受合外力矩为零。

8.在人体支撑反作用力测量试验中，人体由静止开始急速下蹲过程中和急速蹬起过程中，测力曲线会有哪些变化，相应会产生哪些现象
（1）急速下蹲过程中，支撑反作用力首先减小至最小值，然后增大至最大值；首先出现失重现象，然后出现超重现象；
（2）急速蹬起过程中，支撑反作用力首先增大至最大值，然后减小至最小值；首先出现超重现象，然后出现失重现象。

9.试结合体育实例分析如何在体育运动中合理利用超重和失重现象。

（1）超重现象是指人体处于有支撑运动状态下，支撑反作用力大于重力的现象；
失重现象是指人体处于有支撑运动状态下，支撑反作用力小于重力的现象；
（2）举例：
跳高运动员起跳时利用摆臂和摆腿动作可以增大起跳时的地面支撑反作用力，从而增加起跳高度。

落地时，通过屈膝下蹲动作可以减小落地时的超重现象，从而减少支撑力对人体的伤害。

10.运动员由高处落地时，运动员采取什么动作来减少冲力，原因P87
1）运动员着地时，应脚前掌先着地，然后迅速过渡到脚全掌，同时伴有屈膝、屈髋、伸踝动作；
2）从而延长脚与地面的相互作用时间，缓慢降低人体速度，进而减小冲力对人体可能造成的伤害。

1.游泳时水对人体的阻力的构成。

针对不同的阻力该如何来减少阻力
1）摩擦阻力，可以通过传鲨鱼皮泳衣和刮体毛减少摩擦阻力。

2）形状阻力，手臂前伸形成尖头，穿鲨鱼皮紧身泳衣可减少形状阻力。

3）兴波阻力，使身体尽可能地潜入水中可减少兴波阻力
4）碎波阻力，潜泳或减少手臂入水时的水花来减少碎波阻力。

2.分析足球的“香蕉球”的力学原理。

1）足球向前飞行时，球体周围存在两种气流：环绕气流和相向气流；
2）足球一侧的气流相互抵消，流速减慢，另一侧气流叠加，流速加快；
3）根据伯努利定律，流速大的地方压强小，流速慢的地方压强大；
4）所以足球一侧的压力大于另一侧，足球受到空气一个侧向压力差；
5）所以足球会向压力小的一侧偏转从而产生侧向的转向形成香蕉球。

3.投掷运动的基本原理和规律。

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1）关节活动的顺序性原理，人体运动时大关节先启动，小关节随后依次活动的原理。

2）预先拉长肌肉作用原理，完成大多数投掷运动时，环节通常先向反方向运动，使得主动肌群被动拉长到一个合适的长度，可使肌肉收缩时产生最大的力量。

3）转动惯量最小化原理，投掷时肩关节转动前，应尽量减小手臂的转动惯量。

4）延长加速距离原理，通过投掷时增加力的工作距离，增加力的工作时间，从而增加冲量。

5）保持动作连贯性原理，投掷时，躯干及非投掷臂不应向后移，而应积极向投掷方向移动。

6）利用助跑动能原理，助跑使运动员投掷器械时具有动能。

4.简述动量定理的内容，写出动量定理的公式，举例说明其在体育中的应用。

（1）物体在受到外力作用时，物体动量的增加等于其所受的冲量。

（2）公式：Ft=mv2-mv1
（3）应用一：运动中增加冲量可以增加人体或物体的运动速度。

根据动量定理通过延长力的作用时间（一般是以加大施力工作距离来实现）来增加对人体和器械的冲量。

如在跳跃中要求起跳发力前身体先下蹲，投掷项目中，要求在最后用力前使身体超越器械，这些方法都可以达到增大冲量、提高人体起跳速度和器械的出手速度的目的。

（4）应用二：运动中通过延长力的作用时间达到减小冲力的效果。

根据动量定理，在动量的改变量相同的情况下，延长冲力的作用时间可以达到减小冲力对人体造成的伤害。

例如运动中各种落地缓冲动作，以及用手接高速飞行的球时，通过屈肘回收，顺势接球，延长手与球的接触时间，可以较好地控制球并减少球对手的冲击。

5.谈谈旋转在体育中的应用，并举例说明。

（1）稳定作用或定向作用；
举例：铁饼旋转飞行可以增强飞行的稳定性。

（2）飞行方向弯曲作用；
举例：足球的香蕉球，当足球旋转着飞行时，足球的飞行轨迹会出现弯曲的现象。

（3）旋转对反弹方向的影响。

举例：乒乓球的旋转对反弹方向的影响。