人体生物力学参数

3、放射性同位素测定法：
4、CT法： 5、MRI法:
第二节 运动学参数
一、运动学参数特征： 人体的运动是在一定的时间和空间维度上进行的，人体运动的运 动学是对人体运动的定量描述，研究人体在空间的几何位置随时 间而变化的规律性。 （一）、运动学参数： 包括时间参数、空间参数、时空参数 1、时间参数： （1）、时刻：瞬时性。
⑴、性别：总体上女性比男性的相对高度低0.5%-2%。
⑵、年龄：一般来说儿童比成年人约高10%-15%，随着年龄的 增长会下降。
⑶、运动专项：
⑷、体型： ⑸、姿势：重心不一定要在人体上（前倾或者后屈）。 ⑹、生理与心理：主要是内脏位置和血液的影响。
二、人体惯性参数的测量： 1、尸体解剖法： 2、活体测量法：主要包括水侵法和注入法。
第二章 人体生物力学参数
教学目标： 1、掌握人体惯性参数、运动学参数、动力学参数的基本特征以 及各类参数的采集方法。 2、理解运动生物力学参数特征。
第一节 人体惯性参数
包括人体整体以及环节的质量、质心（重心）位置、转动惯量 及转动半径。
一、人体惯性参数特征 （一）、人体惯性参数特征量
1、质量：用以描述物体保持原有运动状态的物理量。 人体各环节的质量叫做各环节的绝对质量，各环节绝对质量与人 体质量之比叫做各环节的相对质量。 2、重量：环节绝对重量/相对重量。 G=mg
1、参考系：
（1）、惯性参考系：是指以地球或者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考系，通常又称为静参考系。
（2）、非惯性参考系：是指以相对于地球做变速运动的物体， 或者说以相对于惯性参考系做变速运动的物体作为参考系，通常 称为动参考系。
2、坐标系：
具有参考原点、参考方向、参考单位的参考系。常用的有三种：
（1）、一维坐标系：如滑冰运动 （2）、二维坐标系：如跳远运动
在平面问题中，还可引用极坐标轴。 （3）、三维坐标系：
（三）、运动学参数的瞬时性特征： 瞬时性是指人体在某一时刻或通过运动轨迹某一点时的运动 学特征。瞬时运动学可以了解运动关键点的特征与指标，比平均 指标有更详细的认识，具有平均指标不可替代的作用。
2、人体环节关节点的判定：
⑴、确定关节转动中心的原则：关节点应是关节瞬时转动中心； 关节中心必须位于两环节纵轴的交界点，使得环节两端与关节纵 轴接触；参考骨性体表标志；关节点的位置应与所引用的环节环 节惯性参数测量方法相一致。 ⑵、关节转动中心位置的确定方法： ①、手：腕关节中心至手质心的连线为手环节的纵轴。 ②、腕关节：腕横纹的中点。
4、若为了减少对人体的冲力，就需要延长作用时间。举例：
5、用铅球和乒乓球砸人，效果不一样，解释下原理。 6、排球扣球时，触球时间越长越好？还是越短越好？
（六）、冲量矩： 在研究转动问题时，力矩在时间上的积累为冲量矩。 M(t1-t2)
（七）功：
W=FS （八）功率： P=W/t=Fv （九）机械能： Ek=1/2 mv2 动能 Ep=mgh 势能 W=F
3、人体质心（重心）：在生物力学上多用质心。
质心：是物体的质量中心；重心：是物体各部分所受重力合力作 用点。
人体重心可分别用绝对值和相对值来表示，后者是前者与身高的 比值。绝对重心与身高有关，相对重心与人体的体型有关，可以 作为运动选材的指标。
4、环节质心（重心）位置： 描述人体环节质心（重心）位置，一般采用环节质心（重心）半 径系数的概念，即近侧关节中心至环节质心（重心）的距离与环 节长度的比值。
通过物体质心的转动惯量最小。
（二）人体惯性参数的标准化： 在人体惯性参数测量时，人体环节的划分和人体环节关节 的判定是参数测量中的基础性技术环节，所以确定环节的划分 方法十分重要。 1、人体环节的划分： 目前有两种划分依据：一种是以功能为依据，即以关节转 动中心分界，并以两关节中心间的连线确定环节长度（德 国、美国）。一种是以尸体解剖为依据，即以骨性标志把 人体分为若干环节（日本、前苏联、中国）。各有优缺点。
R J /m
思考：
1、我们刚才讲的是求质点的转动惯量，它是很简单的，如果让 我们求人体或者一个物体的转动惯量，如何求？？？？？？ J= 0
l
miri2
2、如果物体的转动轴发生了平移，距离为d，在已知原转动轴 （绕过质心）的转动惯量，如何求平移后转动轴的转动惯量？？？ J1=J0
2 md
这就是转动的平行轴定理。
⑶、中国人模型：将人体分为16个环节。头、颈、上躯干、下 躯干、臂、前臂、手（ ×2 ） 、大腿、小腿、足（ ×2 ）。
⑷、目前国际上常用的模型：将人体分为14个环节。头颈、躯 干、臂、前臂、手（ ×2 ） 、大腿、小腿、足（ ×2 ）。
（三）、人体惯性参数的特性： 1、人体重心的位置： 影响人体总重心的因素有六个：
（三）动量： 动量是用以描述物体在一定运动状态下具有的“运动量”。 p=mv
动量是矢量，方向为速度的方向。
（四）、动量矩： 动量是一个十分重要的物理量，在研究碰撞、打击这一类问题时非 常重要。在研究物体（人体）转动时，我们引用动量矩（又称角动 量）。 L=J

动量矩是矢量，方向与角速度一致。
（五）、冲量：
（2）、时间：是运动结束时刻与开始时刻之间的间隔。
（3）、频率：是动作重复性的度量，即单位时间内重复进行的 动作次数。主要针对周期性动作。
2、空间参数：
（1）、路程：质点运动轨迹的全长。标量。
（2）、位移：运动的直线量度。矢量。 （3）、角位移：矢量。 3、时空参数： （1）、速度：矢量。位移与时间的比值。
1、瞬时速度与平均速度：
瞬时速度是人体在某一时刻或通过运动轨迹某一点时的速度。
V=
2、瞬时加速度与平均加速度： ห้องสมุดไป่ตู้时加速度是指人体运动在某一时刻或某一位置的加速度。
s lim t 0 t
v a lim t 0 t
平均加速度： 速度、加速度一般在直线运动中用到，曲线运动不用这些参数。 二、运动学参数的采集：
（2）、速率：标量。路程与时间的比值。
（3）、角速度：矢量。 （4）、加速度：矢量，单位时间内速度的变化量。 （5）、角加速度：矢量。
（二）、运动学参数相对特征。 在研究问题时，涉及位移、速度、加速度等都是相对于选定 的参考系而言，只有确定了参考系，这些量才有确定的意义，这 一性质特征可概括为相对性。主要指参考系和坐标系。
从而引出一个重要的定律：动量定律。
F(t-t0)=mvt-mv0
即：物体动量的变化等于合外力的冲量。
思考： 1、“更高、更快、更强”的本质是追求什么物理量？？ 举例：跳高。H=？
2、增加冲量的方法有哪些？ （图）
3、在投掷项目中，为了增加出手速度，即增加出手动量，应增 加用力过程中对器械的冲量。举例：
③、肘关节：肘横纹中点（前面观）；尺骨鹰嘴中心（后面观）。
④、肩关节：肩部中心。
⑤、髋关节：腹股沟线中点（正面观）。 ⑥、躯干：两肩关节连线中点与两髋关节连线中点的连线。
⑦、膝关节：髌骨中点。 ⑧、踝关节：腓骨外踝隆起处（外侧观）；胫骨内踝下缘（内侧 观）。 ⑨、足纵轴：跟结节与中趾的连线。
3、人体惯性参数模型（刚体模型）： 根据我们刚才所述依据和原则，建立的人体惯性参数模型。 ⑴、汉纳范模型：将人体分为15个环节。头、上躯干、下躯干、 臂、前臂、手（ ×2 ） 、大腿、小腿、足（ ×2 ）。 ⑵、苏联模型：将人体分为16个环节。头、上躯干、中躯干、 下躯干、臂、前臂、手（ ×2 ） 、大腿、小腿、足（ ×2 ）。
3、体育运动中常见的人体外力： 人体重力：是非接触力，分人体重心，环节重心。 弹力：产生于直接接触的物体之间，以物体相互接触并发生形变 为先决条件。是接触力。 摩擦力：分静摩擦力、滑动摩擦力和滚动摩擦力。举例体育 支撑反作用力：分为静力性（重力产生）和动力性支撑反作用力 （由于人体局部做变速运动产生）。 （二）、力矩： 力矩是使物体（人体）转动状态发生改变的原因，用M表示。 M=r×F 力矩是矢量，方向用右手螺旋定则确定。 在平面力系中，往往把形成逆时针方向转动效果的力矩定义为 “正”力矩，把形成顺时针方向转动效果的力矩定义为“负”力 矩。
这部分了解。
第三节 动力学参数
一、动力学参数： （一）力：
力的三要素：大小、方向、作用点。矢量。
力的合成与分解遵循平行四边形法则。 1、人体内力与外力：关键是看研究的对象的选定。 2、人体受力特点： 人体受力按受力面可分为集中力和分布力。点和面得区别，人体 受力基本都是分布力。一般简单为集中力。 根据力的作用线与人体质心的位置关系，人体受力又可分为正心 力（如重力）和偏心力（如摩擦力）。
5、转动惯量：是衡量物体（人体）转动惯性大小的物理量，用 以描述物体保持原有转动状态的能力。
J= ⊿miri2
思考：用体育实例说明影响因素。 6、回转半径（转动半径）： 假设绕某转动轴的物体全部集中在离轴某距离的一点上，即用这 一点来代表整个物体的质量，这时它的转动惯量如果恰好与原物 体相对此轴的转动惯量相等，则称这个距离为回转半径（R）。
力在时间上的积累用冲量表示。 I=F（t1-t0) 前提：力为恒力。
冲量是矢量，方向与力的方向一致。
但是实际中，人运动中受的力为变力。所以一般用积分表示。
I=

t1
t0
F (t )dt
思考：
1、动量与恒外力和作用时间有什么关系？（图） 2、动量与变外力和作用时间有什么关系？ （图）
3、动量与冲量有什么关系？
cos
Ep=1/2k⊿x2 弹性势能