运动生物力学
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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