运动生物力学

运动生物力学

绪论及人体动作结构的生物学基础

运动生物力学概念：是生物力学的一个重要分支，是研究体育运动中人体机械运动规律的科学。

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，这些成套的动作技术叫做动作系统。

动作系统分类：周期性动作系统（反复、连贯、节律、交互性）

非周期性动作系统（相对独立、复杂、稳定性）

混合性动作系统（相互制约性）

不固定动作系统（多变性，固定与不固定相结合）判断体育动作合理性的依据：一般技术原理；最佳个人技术

动作结构：运动时所组成的各动作间相互联系、相互作用的方式或顺序称为动作结构。

动作结构的运动学特征：时间特征、空间特征、时空特征

动作结构的动力学特征：力的特征（决定了其他特征的表现形式）、能量特征、惯性特征

人体基本运动动作形式：

上肢基本动作动作形式：推、拉、鞭打

下肢基本动作动作形式：缓冲、蹬伸、鞭打

全身基本动作动作形式：摆动、躯干扭转、相向运动

鞭打动作：指人体上肢开放运动链中各环节由近端至远端依次发力和制动，即像鞭子一样活动的动作过程。

人体运动的复杂性

环节：相邻关节之间的部分

运动链：由两个或两个以上的构件通过运动副相联结形成的运动链。生物运动链分类：单生物运动链、多生物运动链

骨杠杆：在生物运动链中环节绕关节轴转动，其功能与杠杆相同，称做骨杠杆。

人体质点：人体肢体的空间位置对人体的质心或重心具有重大的影响。

划分人体环节的方法：（1）以人体的结构功能为依据（2）以人体体表骨性标志点为标志

重心移动的方向总是与环节移动方向一致，并且重心移动的幅度取决于环节移动的幅度。

转动惯量：转动惯量是量度转动物体惯性大小的物理量，用以描述物体保持原有转动状态的能力

人体运动的生物力学原理

人体运动分为：质点运动（直线运动、曲线运动）

刚体运动（平动、转动、复合运动）

直线运动分为：变速直线运动，匀变速直线运动

平动：人体内任意两点的连线，在运动过程中始终保持平行，物体上的任何一点瞬时运动都与旧相同的速度或加速度的运动。（直体后空翻，高低杠）

人体平衡状态：指相对于惯性参照系静止或做匀速直线运动的状态，是人体运动的一种特殊状态。（静态平衡、动态平衡）

静力学平衡条件：

（1）作用于人体或器械的合力为0：∑Fx=0；∑Fy=0；∑Fz=0（平动）（2）作用于人体或器械的合力距为0：∑Mc=0（物体不发生转动）稳定性：指人体或物体抵抗各种干扰作用保持平衡的能力

人体平衡的类型：

根据人体重心和支撑点的位置关系：上支撑平衡、下支撑平衡、混合支持平衡

根据平衡的稳定程度：稳定平衡、有限稳定平衡、不稳定平衡、随遇稳定平衡（p71）

影响人体稳定性的因素：

（1）支撑面大小（支撑面越大，稳定度越大，反之）

（2）重心高度（重心位置越低，稳定度越大，反之）

（3）稳定角（稳定角越大，稳定度越大，反之）

平衡角：等于某方位（通常是前后、左右）上两个稳定角的总和。（4）稳定系数（系数大于1，平衡不被破坏，小于1，被破坏）

人体运动中的内外力

外效应：人体肢体与外界物体的相互作用，或器械与人体的相互作用，使人体整体或肢体和器械的运动状态发生改变。

内效应：人体肢体与外界物体的相互作用，或器械与人体的相互作用，使其形变。

力的作用效应三因素：大小，方向，作用点

内力：若将人体看做一个力学系统，则人体内部各部分相互作用的力为人体内力。（不能改变重心位置）

外力：外界其他物体对人体的作用为人体外力。

牛顿第一定律（惯性定律）：任何物体都要保持匀速直线运动或静止状态，直到外力迫使它改变运动状态为止。

牛顿第二定律（加速度定律）:物体加速度的大小跟作用力成正比，跟物体的质量成反比，且与物体质量的倒数成正比；加速度的方向跟作用力的方向相同。A=f/m

牛顿第三定律（作用力与反作用力）：相互作用的两个物体之间的作用力和反作用力总是大小相等，方向相反，作用在同一条直线上。F=F’支撑反作用力：物体处于支撑状态时，力作用于支点（支撑面）上，支点又反作用于物体，这种反作用力为支撑反作用力。

作用于人体或器械力的累积效应：

冲量（在力学上，将作用于物体的合外力与其作用时间的乘积“I=F(t2-t1)”,成为力的冲量）

动量：质量与速度的乘积为动量

运动中的冲量与动量的关系：（p87）

（1）运动中增加冲量可增加人体或物体的运动速度（为了增加冲量，应增加用力阶段的冲量）

（2）运动中增加冲量可以减小人体或物体的运动速度（延长力的作用时间以减小冲力作用）

力矩：力矩在物理学里是指作用力使物体绕着转动轴或支点转动的趋向，描述物体转动用力矩物理量。

人体或器械转动的动量矩：

与平动物体一样，转动惯量I的物体以一定角速度（ω）转动时，也具有一定的运动量，成为动量矩或角动量,大小为Iω，同样，当刚体所受的合外力矩为零，其动量矩保持不变，成为动量矩守恒定律，即∑M=0,Iω=恒矢量。

外力矩累计效应对人体环节转动的影响：

（1）增大肌肉对环节的拉力矩，在其他条件不变的情况下，可以增加冲量矩，从而增大环节的转动速度。

（2）在冲量矩不变的情况下，减小环节或环节系对某轴的转动惯量，可以增大环节的转动速度。

为了增加肢体转动效果：

（1）增加肌肉对骨杠杆的拉力矩

（2）减小肢体转动惯量