第二节 人体运动的动力学3

课程名称：运动技术分析与诊断课次： 4 授课对象：运动训练专业

教学目的：了解人体运动的运动学分析

授课内容：1 人体运动中的力

2牛顿运动定律及其在体育运动中的应用

3动量定理和动量守恒定律在体育运动中的应用

4人体转动力学在体育运动中的应用

教学方法：讲授法

教学重点：牛顿运动定律及其在体育运动中的应用

教学难点：动量定理和动量守恒定律在体育运动中的应用

时间安排：复习10分钟，导入5分钟，讲解65分钟，小结与答疑10分钟

需用教具：多媒体设备

人体运动中的参照系分为惯性参考性和非惯性参考系，是指以地球或相对于地球静止不动的物体、或作匀速直线运动的物体作为参考系。非惯性参考系是指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。人体运动中的坐标系主要有三种：一维坐标系，用ox直线表示，如100m 游泳就可近似的看成在一维坐标上运动。二维坐标也叫平面坐标，由ox，oy构成的直角坐标系，如跳远中人体运动的重心轨迹就可近似的看成是在一个平面内的运动。三维坐标，又称立体坐标，它由ox，oy，oz组成的立体空间坐标系，如投掷标枪，排球中的飘球就是典型的三维空间中的运动。

人体运动的分类可以分为质点、刚体和多刚体，目前我国采用的刚体类型主要有松田秀治人体模型、汉纳范人体模型。我们在质点的研究中，主要是将质点看成是直线运动和曲线运动，直线运动分为匀速直线运动、变速直线运动和匀变速直线运动，其中自由落体和竖直

上抛是匀变速直线运动中的两种特例。质点的曲线运动主要有圆周运动和斜抛物体运动，斜抛物体中又分为平抛和斜抛。在刚体的运动类型中主要有三种，平动、转动和复合运动，平动分为直线平动：如游泳运动员，曲线平动:如跳伞运动员。转动以及复合运动在跳水和体操中体现的比较多。

人体运动的运动学特征，主要有时间、空间和时空，时间中包括时刻和时间两个部分，而时空是弥补时间的不足，主要从轨迹、路程和位移三个方面来体现，在研究中应注意路程是物体运动的轨迹，而位移则是起点与终点的直线距离，时间和空间的叠加就是我们所讲的时空特征，主要从速度、速率以及加速度来研究器械或人体的时空特征。

第二节人体运动的动力学

本节课主要从人体运动中常见的力、牛顿运动基本定律、动量定理和动量守恒定律、人体运动的转动力学和人体运动中的功与能5个方面来进行今天的人体运动的动力学学习。

在人体运动的运动学中，我们讨论了如何描述人体或器械在空间和时间上运动状态及其变化的规律，但这仅是一种外部几何性质的现

象描述，并没有阐明人体运动状态变化的原因。在运动技术研究中，不仅需要掌握各种动作在时间、空间上所表现出来的差异特征，而且更需要了解产生这些差异的内在原因，即研究人体或器械运动状态变化与引起这些变化的力之间的关系。只有这样，才能有效地确定动作的技术原理和改善运动技术动作的效果。这就是本节课所要讲的人体运动的动力学。主要包括力的特征、动量特征和能量特征三个方面。

人体运动的动力学研究中，我们是以牛顿力学为基础的，采用力学的研究方法对人体的运动进行研究。由于人体结构异常复杂，为了简化起见，在进行的研究中我们仍然把人体简化为质点或刚体，当然，在研究实际问题时，要考虑其局限性。

一、人体运动中的力

〔一〕力的概念

人们对力的认识，首先是在日常生活中，从肌肉紧张和疲劳的感觉中形成对力的初步认识。如举起一个重物，手臂肌肉会感到紧张，坚持久了，会感到疲劳，就认为手臂在用力。在生活实践中，人们进一步认识到，力不一定要与感觉联系在一起，不仅人可以对物体施力，物体之间也能相互施力。不仅人的手可以举起重物，拴在树上的绳子同样可以悬吊重物。经过长期的生活实践人们认识到，力是物体对物体的作用，物体间力的作用是相互的。

力作用在物体上会产生一定的效应

用力推静止的小车，可使它运动起来；用球拍击球可使球改变运

动的快慢和方向；当用力扣球时，不但使球改变了运动状态，而且使球形状出发生了变化。

所以，力的作用可使物体改变运动状态或产生形变，这就是力的作用效应。前者称为外效应，后者称为内效应。影响力的作用效应的因素有力的大小、方向和作用点，称为力的三要素，只要改变其中任何一要素，都会使力的作用效应发生改变。因此，在分析问题时，确定一个力的效应，必须同时确定力的三个要素。

由于力具有方向性，是矢量，在几何上可把力表示为一段带箭头的线段。线段的长度代表力的大小，箭头所指的方问代表力的方向，线段的起点代表力的作用点。力的合成与分解遵循平行四边形法则。

(二)人体运动的内力

在研究人体运动时，首先要确定研究对象。若将人体看作一个力学系统，那么，人体内部各部分相互作用的力称为人体内力。（例如，肌肉力、韧带张力、关节约束力、软骨应力、骨的应力）等都用于人体的内力。由于内力是一个力学系统内部各个部分之间的作用力，虽可引起系统内部各部分的相对运动，但不能引起人体整体运动状态的改变。正如人不能抓住自己的头发提起自己一样，举重运动员力大无比却无法自举其身。

（三）人体运动的外力

如果把人体看成一个力学系统，那么来自人体外界作用于人体的

力称为人体外力。（例如，重力、支撑反作用力、摩擦力等。）只有外力才能引起整个人体运动状态的变化。如果人体失去与其他物体的相互作用，人既不能走路又不能跑、即不可能改变自己在空间的位置。

二者的关系

内力和外力的概念是相对的。如何确定某个力是内力或是外力，取决于人们选取的研究对象。由于研究对象的不同，同一个力，既可看作内力又可以看作为外力。

例如，重力对人体来说是外力，然而对地球——行星来说是内力，重力作为人体的外力来说，能改变人的位置和运动，但不能影响地球绕其自轴旋转、绕太阳旋转。

对人体整体而言，肌张力是内力；然而对作用于人体的环节而言肌张力又是外力，肱肌张力对前臂而言是外力，而对整个上臂而言肱肌张力又是内力。

人体内力与外力是相互联系的，内力是人体运动的必要条件，但内力只有通过外力才能使人体产生整体运动。例如：蹬地时，是依靠人的肌力使下肢各关节伸直，在伸直的过程中给地面以作用力。同时，地面又以反作用力(外力)作用于人体。而这个外力可改变人体的运动状态。这个事实告诉我们：内力和外力相互联系。

(三)人体在运动中所受到的外力

1．重力

人体重力即地球对人体的引力，是一种非接触的力，是人体各部