运动生物力学在体育运动中的应用

影呼平衡稳定性的因素
支撑面小，不稳定
支撑面大，稳定
百度文库
重心高
重心位于 支撑面边 缘最不稳 定
较不稳定
较稳定
四、人体运动的转动力学
• 1、转动运动学 • 研究角位移、角速度和线 速度、角加速度等。 • 2、转动动力学 • 转动惯量与物体的质量、 质量的分布及转轴的位置 有关。
五、人体运动中的流体力学
• • • • •
1.运动生物力学的概念 2.运动生物力学的发展过程与研究内容 3.运动生物力学与其它学科的关系 4.运动生物力学在竞技体育中的应用 5.运动生物力学在康复医学中的应用
第一节 概述
• 运动生物力学是研究体育运动中人体机械运动规 律的科学。 • 运动生物力学要具体回答人体完成各项运动动用 时是怎样运动的和为什么会运动，同时也要研究 影响人体运动的外界条件（如体育场地质量及各 种训练和比赛的器材设备等）与运动技术的关系。 • 根据人体的形态和机能的特点，结合对运动场地、 器材的改进，研究最合理、最有效的运动技术， 以求达到最好的运动成绩。
• 动量守恒定律 • 物质系统在不受外力 作用或受外力之和为 零时，其总量保持不 变。 • 当F· ⊿t=0时，mVt－ mV1=0 • 在碰撞及力量传递方 面应用。 • 如鞭打动作，大环节 带动小环节，借近侧 环节制动加大远侧环 节速度。
三、人体运动的静力学
• 主要研究运动中的平衡问题 • 力矩（转矩）：表示力对物体作用时产生转动效 果的物理量，力与力臂的乘积。
• 1、浮力原理（阿基米德定律） • 浮体所受的浮力数值等于它所排开的液体的重量， 方向向上。
• 2、阻力： • 空气迎面阻力：F=1/2ρ· S· Cd· V2 • 在水中有形状阻力、摩擦阻力、波浪（兴波、碎 波）阻力。 • 如自行车轮设计、鲨鱼装设计等。
• 3、马格努斯效应 • 旋转前进的球体，受 转动引起的环流和平 动引起的片流双重作 用，上下层气流速度 不同，而引起受力偏 转方向的现象。 • 如乒乓球的弧旋球、 足球的香蕉球。
• 20世纪30年代，英国生理学家Hill通过研究建立 了肌肉收缩的力量-速度方程，获得诺贝尔奖金， 奠定了生物力学的基础。
运动生物力学的任务
• 1、研究各项动作技术特点，动作技术原理，建立 动作技术模式来指导教学和训练。 • 2、结合运动员个人的身体形态、机能和运动素质 等的特点，研究适合个人的最佳技术方案和进行 动作技术诊断。 • 3、探索预防运动创伤和康复手段的力学依据。
第三节 人体运动数据采集与技术分析
一、运动生物力学主要的测试仪器 • 运动生物力学的数据采集和处理可分为四大类： • 运动学参数—高速摄影机、高速录像 • 动力学参数—三维测力台 • 肌肉工作特征—肌电图仪 • 人体测量学参数----模型计算、模拟仿真
如抛物线运动
• • • • 水平加速度为零，垂直加速度为g 水平方向为等速度运动 Vx=V0Cosθ 垂直方向为等加等加速度运动 Vy=V0Sinθ -gt 水平距离 R=Max(X)=V02Sin2θ /g – 当出射角为45°时，水平距离最远 • 垂直高度 H=Max(Y)=V02Sin2θ /2g – 当出射角为90°时， 垂直高度最高
• 2、牛顿第二运动定律 • ∑F=ma • 主要进行运动中阻力、作用力及加速度方面的计 算。如测力台与影片解析中参数的计算。
• 3、牛顿第三运动定律 • FAB=－FBA • 钉鞋、起跑器的设计为这一定律的应用。
4、动量定理、动量守恒定律应用 动量：速度与质量的乘积。 K=m×V （ Kg· m/s ） 冲量：作用于物体的力与作用时间的乘积。 I=F· ⊿t （N ·s） 动量定理：物体在运动过程中，在某段时间内动 量的改变等于所受合外力在这段时间内的冲量。 • ⊿K=I • 投掷项目器械出手前保持最大用力同时，延长力 的作用时间。游泳运动员屈臂“S”型划水。 • 运动中力学参数计算。 • • • • • •
• 4、设计和改进运动器械。
动作技术分析
• 运动生物力学的研究 层次与内容
人体运动数据 采集与处理
骨杠杆 肌肉收缩力学 环节运动
运动学 动力学 静力学 转动力学 流体力学
第二节 人体运动的力学基础
一、人体运动的运动学 • 以经典牛顿力学理论为基础，把人体近似地看成 质点（只有质量，忽略大小、形状等）和刚体 （形态不变的连续质点）进行研究。 • 主要解决的是速度、加速度等问题。
• 若初始高度高于落地高度(h>0)，则使水平距离 最远的出射角小于45° • 铅球、铁饼、标枪的出射角略小于45° • 跳远的起跳角<45°(约20°)
V0
45’
h D
二、人体运动的动力学
• 运动学描述人体或器械在空间和时间上的运动状 态及变化规律，是外部几何性质的描述。 • 动力学研究的则是人体运动的动力与原因。 • 1、牛顿第一运动定律（惯性定律） • 任何物体，在不受力作用时，都保持静止状态或 均速直线运动状态。 • 如在长距离游泳、赛跑中保持速度稳定；在上举 杠铃、撑竿跳等动作的连贯性要求，都是其应用。