生物力学

肌肉结构的力学模型由收缩成分，并联弹性成分和串联弹性成分三个元件组成，称三元素模型。
（1） 收缩成分。由肌小节的肌球蛋白和肌动蛋白微丝组成，在静息状态下其应力为0，但长度可自由伸缩。活性状态下，具有产生张力和引起肌肉收缩的能力，由于是人体主动控制的，因而称主动张力。
（4） 心理因素的影响。心里紧张会引起收缩肌群无法协调工作，而导致支撑面内的压力不均，使人体失去平衡。
（5） 人体平衡动作消耗肌肉的生理能。人体的平衡离不开肌肉的收缩作用，肌肉必然要消耗一定的生理能。长时间的保持平衡，能量消耗增多，肌肉出现疲劳，会使人体控制平衡的能力降低。
问答题
1.拉伸实验中，试件从开始加载带断裂的全过程中力和形变的关系的四个阶段。
（1） 弹性阶段。既图中的OA段。若在OA段内卸载后，变形能完全恢复，为弹性形变。直线OA段说明σ与ε成正比。与B点相对应得应力值σy称为弹性极限，应力超过弹性极限后，若除去外力，将留有残余变形。
3.骨杠杆的分类
生物运动链中的骨杠杆痛机械杠杆一样也可分为 省力杠杆 平衡杠杆 和费力杠杆。 阻力点在支点和动力点之间的杠杆为省力杠杆，支点在阻力点与动力点意见的杠杆为平衡杠杆。动力点在支点与阻力点之间的杠杆为费力杠杆，也叫速度杠杆。
4.关节的作用
关节是人体中重要的骨与骨的可动连接，是人体运动的枢纽，骨杠杆活动的支点。关节的作用一是保证人体各部分之间的灵活运动，二是传递力。
人体惯性参数：人体惯性参数是指人体整体及环节的质量，质心位置，转动惯量及转动半径。
惯性参照系和非惯性参照系：惯性参照系是指以地球或相对于地球静止不动的物体，或做匀速直线运动的物体作为参照系，通常又称静参考系。非惯性参照系是指以相对于地球作变速运动的物体，或者说以相对惯性参照系做加速运动的物体作为参照系，通常又称动参照系。
（2） 屈服阶段。过了B点，曲线的坡度逐渐减小，既材料对于变形的抵抗能力逐渐减弱；到了C点附近，曲线上出现几乎与横坐标轴平行的一小段；这时变形继续增长而应力并不增加，这种现象叫做材料的屈服。这一阶段的特点是，如果材料达到屈服，卸载之后就不再恢复到原状，这种不能回复的变形称为残余变形或塑性变形。
名词解释
运动生物力学：运动生物力学是以人体解剖学，人体生理学的理论和方法，研究人体运动器系的生物力学特性和人体运动动作的力学规律以及器械机械运动力学规律的科学。
生物力学系统：运动器系简化为一个简单的人体模型，这个模型叫做生物力学系统。
16.肌肉收缩长度与肌肉收缩力量之间的关系
肌肉长度与肌肉收缩力量是指肌肉收缩前的初长度对肌肉收缩时产生张力的影响。依据肌肉结构力学模型的性质，肌肉收缩时产生的总张力是由收缩成分产生的主动张力和弹性成分产生的被动张力叠加而成的。
（1） 收缩成分的长度—张力关系。肌肉收缩力量的大小，主要取决于参与收缩的横桥数目，收缩成分长度的变化，会影响收缩时起作用的横桥数目。①肌肉处于静息长度时，粗肌丝与细肌丝处于最理想的重叠状态，使收缩作用的横桥数目达到最大；此时肌肉收缩能产生最大张力。②当肌肉长度大于静息长度时，随着肌肉长度的增加，粗细肌丝趋向拉开，收缩时部分横桥不起作用，故肌肉收缩时张力下降。③当肌肉长度短于静息长度时，部分粗细肌丝重叠，使收缩时的有效横桥数目减少，导致肌肉收缩时张力下降。
（3） 体重。体重对稳定性也有影响，常用稳定系数这一概念来表示体重在平衡时的作用。稳定力矩与翻到力矩之比称为稳定系数。该系数表明物体依靠重力抵抗翻到作用的能力，其大小可反映人体抵抗各种外力作用而保持平衡的能力。
13.在活体骨受到重复载荷的作用时，影响疲劳过程的因素
在活体骨受到重复载荷作用时，不仅载荷量和重复次数影响疲劳过程，而且频率也影响疲劳过程。
（1）研究对象相对于静参照系的速度称绝对速度(Va)，研究对象相对于动参照系的速度称相对速度（Ve），动参照系原点相对于静参照系的速度称牵连速度（Vt）。
（2）当动参照系平动时，与该参照系相连的所有点的速度都是相同的，所以牵连速度应理解为动参照系相对于静参照系的速度。因此，绝对速度等于相对速度与牵连速度的矢量和。既V
（2） 生物运动链的运动能力。生物运动链由生物运动偶构成，生物运动偶的运动能力取决于关节的构造和肌肉的控制作用。在肌肉力的作用下，相邻两环节可绕关节轴转动。关节的构造以及生物运动偶的连接方式，基本决定了生物运动链的运动能力。
（3） 生物运动链中肌群的工作。生物运动链中每块肌肉并非单独作用，肌肉总是以肌群的形式参与运动。生物运动链中关节周围的肌肉共同组成功能群而发挥功能作用，肌肉对关节的固定和解除固定，使生物运动链中活动环节的数量发生了变化。
（3） 强化阶段。屈服阶段后继续加载，曲线又开始上升，说明抗变形的能力又恢复了，这种现象称为强化。在强化阶段，试件的横向尺寸有显著的缩小。
（4） 颈缩
阶段。试件伸长到一定程度后，曲线开始下降，这时可见试件某一横截面内的横截面开始显著收缩，最后试件被拉断。这一阶段也称为局部变形阶段。
（3） 相对性：在研究问题时，涉及到位移，速度，加速度等都是相对于选定的参照系而言，只有确定了参照系，这些量才有确切的意义，这一性质可概括为相对性。
（4） 独立性：独立性是指物体在空间运动时，ຫໍສະໝຸດ 各个方向上独立的保持自己运动的性质。
10.相对速度，牵拉速度和绝对速度的关系。
间身体重心的高度。跳高的起跳时，起跳腿的伸屈和摆动腿的摆动是缓冲助跑速度和改变力的方向，下肢各关节的伸展是为获得向上的速度。
15．试述在投掷中超越器械的力学机制
投掷运动最后用力的超越器械动作等，目的都是为了在肌肉收缩前给予定程度的拉长，为后继的发力动作做好准备。这是利用肌肉长度—总张力的关系，既：①当肌肉处于平衡长度，肌肉不收缩，则总张力为0，②当肌肉处于静息长度，肌肉收缩，则总张力为被动张力与主动张力之生物叠加，此时肌肉总张力最大③当肌肉过于拉长，肌肉收缩，此时主动张力下降，有可能导致总张力下降。一般地为肌肉群收缩时发挥出更大的力量和速度，可通过该肌肉群的放松和对抗肌的先主动收缩，使主动肌在收缩前被适当拉长来实现。
动作结构：每个完整的特定动作都有其固有的特点，动作的这种固有特点和固定内在联系叫做动作结构。
动作系统：大量单一动作按一定规律组成为成套的动作技术，这些成套的技术动作叫做动作系统。
内力和外力：若将人体看作一个力学系统，则人体内部各部分相互作用的力称为人体内力。若将人体看作一个力学系统，那么外界对人体作用的力称人体外力。
12.影响人体静平衡动作的力学因素
当人体所受外力为0，合外力矩也为0时，可以获得平衡。但维持平衡就要考虑平衡的稳定性，因此必须了解平衡稳定性的各项因素。
（1） 支撑面。支撑面是由各支撑部位的表面及他们所包围的面积。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同重心与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，稳定角越小，稳定性越差，稳定角为0，人体处于临界状态。
8.根据平衡的稳定程度，人体平衡的分类
根据平衡的稳定程度可把人体平衡分为以下四种
（1） 稳定平衡：人体在外力作用下偏离平衡位置后，当外力撤出时，人体自然回复到平衡位置，而不需要通过肌肉收缩恢复平衡，这种平衡叫做稳定平衡。多数上支撑平衡属于稳定平衡。
（2） 不稳定平衡：人体在外力作用下偏离平衡位置后，当外力撤出时，人体不能恢复到原来的平衡位置，而是更加偏离平衡位置，这种平衡叫做不稳定平衡。仅在支撑平衡动作下出现。
（2） 并联弹性成分。由肌束膜和肌纤维膜等结缔组织组成，为非线性粘弹性体，被牵拉
时产生弹力，称被动张力。
（3） 串联弹性成分。由肌原纤维本身的横桥的Z线等组成，是非线性弹性体，当收缩成分兴奋收缩时，串联的弹性成分伸展吸收一部分张力，缓和张力的急剧变化，进而实现肌肉收缩的第二种机制，肌肉的力学性质决定于各元素的力学性质及相互关系。
9.人体运动的运动学量特征
运动学量特征包括瞬时性，矢量性，相对性，独立性
（1） 瞬时性：在研究人体或器械运动时，速度是十分重要的，但对有些项目仅讲速度还不够，常常需要准确的了解某一时刻的运动，强调运动的瞬时性。
（2） 矢量性：在空间运动的人或器械，速度的重要性不仅在于其大小，要取得好的效果，在某种意义上还决定于速度的方向。
（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，所以翻到线永远位于支撑面边界线之内，重力作用线未超越支撑面边界时，人体就要提前翻倒。
（3） 人体姿势的改变可调节平衡。人体具有一定的自身平衡调节能力，当在有翻到趋势时往往会改变体姿，各环节会绕相邻关节发生位移，人体则可能会恢复平衡。
5.力的三要素
大小 方向 作用点
6.人体平衡的力学条件
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，人体平衡的力学条件与物体平衡的力学条件一致，当力系平衡时满足ΣF=0，ΣM=0时，既人体受到的合外力为0，人体受到的合外力矩为0.两个条件同时满足人体既达到平衡。
7.肌肉结构的力学模型
肌肉的静息长度和肌肉的平衡长度：表现最大张力时的长度称肌肉的静息长度。解除一切负荷的长度称肌肉的平衡长度。
稳定角和稳定系数：稳定角是动作用线同重心与支撑面相对应边界的连线之间的夹角。稳定力矩（重力矩）与翻到力矩（外力矩）之比称为稳定系数。
肌肉力量的速度梯度和时间梯度：达到二分之一最大力所需的时间，称为力的时间梯度。力的最大值与所需时间所得的商Fmax/Tmax,这个指标叫力的速度梯度。
2.在运动生物链中，骨，关节，肌肉的关系？
在运动生物链中，骨骼是关节的基础，关节是运动的枢纽，肌肉收缩则为关节绕关节轴转动提供动力。
（1） 生物运动链的动力学。肌肉跨越关节收缩时肌力作用线不通过关节点，肌力可分解为沿着环节纵轴方向的法向分力和垂直于环节纵轴方向的切向分力。一般跨越同一关节的有多块肌肉，这些肌肉收缩时的力矩与环节的重力矩和阻力矩的合力决定着关节的运动状态。
14.简述跳高起跳时，双臂和腿加速积极上摆的力学意义
在跳高起跳的蹬伸阶段，表现为摆动腿和双臂的快速上摆，同时按顺序用力伸展起跳腿的骻，膝，踝关节。当蹬伸至将离地时，摆动提和双臂制动。摆动腿和双臂摆动至少有3个作用：①增大了地面对人体的反作用力②获得初始的角动量以便向身体的其余部分转移③提高腾空瞬
a =Ve+Vt。
11.影响人体平衡的生物力学因素有哪些？
对于人体来说，除稳定角，稳定系数等指标外，评定其动作的稳定程度还需要考虑有关生物学因素。
（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时刻变化，肌肉收缩时各群肌纤维投入和退出工作的非完全秩序性，造成人体肌肉的张力也不能保持恒定。
（3） 随遇平衡：人体在外力作用下偏离平衡位置后，当外力撤出时，人体既不能恢复到原来的平衡位置，也不偏离原位置，而是在新位置上保持平衡，这种平衡叫做随遇平衡。该平衡在体育动作中很少见。
（4） 有限度的稳定平衡：人体在外力作用下，一定限度内的偏离平衡位置，当外力撤出时，人体回到平衡状态，但偏离平衡位置超过一定限度时，人体失去平衡。这种平衡叫做有限度的稳定平衡。在下支撑动作中常出现。