第二章-人体生物力学参数

v a Lim t 0 t
平均加速度：为某一时间间隔内速度 的变化率。
vt v0 a t
运动学参数的采集
摄影（像）方法
平面定点定机摄影（像）测量方法 平面跟踪摄像方法 立体摄像测量方法
（1）摄像机的选择
（2）拍摄方法 ① 根据项目特征和技术分析要求确定拍摄范围； ② 把摄像机固定在三角架上，对摄影机的摄距（拍摄距 离）、机高、取景范围、焦距等按要求选用合适并固定； ③ 拍摄比例尺。 ④ 拍摄所选定的运动动作，并做好记录。
转动惯量(I) 衡量物体（人体）转动惯性大小的 物理量
I
m r = mr2
2
n
i 1
i
i
转动惯量的影响因素： ①质量分布对转动惯量的影响 ②转动轴对I的影响
环节划分方法有两种： ①一种是以人体的结构功能为依据，分 割环节的切面通过关节转动中心，并以 关节中心间的连线作为环节的长度 . ②另一种是以人体体表骨性标志点作为 划分环节的参考标志，并以此确定环节 长度。
图2-8
图2-9
图2-10
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。 平均线速度：是人体在某一段时间间隔内通 过的位移对此时间间隔之比。
瞬时加速度与平均加 速度 瞬时加速度是指人体运 动在某一时刻或某一位 置的加速度，当趋于零 时的极限值，人体的平 均加速度既为瞬时加速 度。
人体转动惯量的特Leabharlann Baidu: 可变性、瞬时性
人体惯性参数测量方法
尸体测量法 活体测量法 数学模型计算法
人体惯性参数模型
松井秀治模型 昌特勒模型 扎齐奥尔斯基模型 中国人参数模型
第二节 运动学参数
人体运动的运动学是研究人体或器械 在空间的位置随时间变化的规律性，研究 人体或器械运动的轨迹、速度、和加速度 等。从而揭示人体运动或器械的外部状况， 对运动进行外显特征的比较。
运动学参数
时间参数
时刻：是人体位置的时间量度，是时间上的一个点。
时间：是运动结束时刻与运动开始时刻之差值，过 程量。 频率：是动作重复性的度量，频率就是单位时间内 重复进行的动作次数。频率跟动作持续时间成反 比。
空间参数
路程 ：指人体从一个位置移到另一个位置时，人 体运动的实际路线的长度。 位移 表示人体在整个运动过程中位置总的变化，是 矢量，是对运动的直线量度。 角位移（转动角） 描述人体转动的空间物理量，人体整体或环 节绕某轴转动时转过的角度。逆时针转动的角位 移为正，顺时针转动为负值。
第三节
力是物体间的相互作用。主要是人体与地 面或流体或器械的相互作用，这种相互作 用的结果使物体改变运动状态或发生形变， 前者称为力的外效应，后者称为力的内效 应。
影响力作用效应的三要素： 方向；大小；作用点
人体内力与外力
内力 ：若将人体看作一个生物力学系统， 则人体内部各部分相互作用的力称为人体 内力 外力：若将人体看作一个生物力学系统， 来自于外界作用于人体的力称为人体外力。
运动学参数相对性特征
参考系 坐标系
惯性参照系 ：指以地球或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照系，通又称 为静参照系。
非惯性参照系：指以相对于地球作变速运动物体， 或者说以相对于惯性参照系做变速运动的物体作为 参照系，通常称为动参照系。
坐标系是具有参照原点、参照方向、参照单 位的参照系。 一维坐标系
2．图像解析与数据处理 （1）图像解析
① 将拍摄在录像带上的图像转换为计算机可读的数字化图像 文件。 ② 解析比例尺确定图形尺寸与实际尺寸之间的比例系数。 ③ 利用图像解析软件确定人体各关节点的像空间坐标。 ④ 将人体各关节点的像空间坐标转换为真实空间中的坐标。
（1）数据处理
人体运动分析系统可产生以下的人体运 动学序列参量： 人体各关节点的坐标、位移、速度。 人体各环节纵轴与垂直轴或水平轴的 夹角、角速度。 人体各关节的角度、角速度。 人体重心的坐标、位移、速度。
时空参数
速度 (V )：是描述人体运动快慢和方向的物理量。 速度=位移/时间, 速率：是描述人体运动快慢程度的物理量。速率= 路程/时间之比 角速度（ω）：表示物体转动的快慢与转向。角 速度ω=角位移Ф/时间t 加速度：指单位时间内人体速度的变化量，是描 述人体运动速度变化快慢的物理量，用a表示。 角加速度 ：表示人体转动时角速度变化的快慢， 用β 。 β =△ω/△t=(ω2-ω1)/ (t2 - t1) 。
动力学参数的采集
图2-18 原地纵跳测量实验示意图
（1）鞋垫式
（2）平板式
等速测力系统 1．握力计和背力计 2．应变式动态力测试仪 3．专用肌力测量系统
运动生物力学参数特征
非线性特征 相对性特征 复杂性特征
支撑反作用力:人体处于支撑状态时，力作 用于支点（支撑面）上，支点（支撑面） 又反作用于人体，这种反作用力称支撑反 作用力。
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。转动轴到力的作用线的 垂直距离称作力臂。力矩是矢量，大小为 力(F)和力臂(r)的乘积，
M rF
W P FV t

机械能
在人体运动中，机械能就是人体或器械做 功的能力。 动能是物体由于本身的运动而具有的能量。 势能是由相互作用的物体间的相对位置决 定的能量。常见的势能有重力势能和弹性 势能。
Eg
1 2 mghEe kx 2
动力学参数的特征
独立性 瞬时性 隐含性 生物性
冲量矩
冲量矩:把力矩在时间上的积累称为冲量矩。
J M (t1 t 0 )
功
功是力对物体作用效果的一种量度，反映 了力对物体作用效果随物体位移的积累。 功的大小等于力与物体沿力的方向所发生 的位移的乘积。
W F S
功率
功率是单位时间内的做功量。表示做功快 慢的物理量，其量值为外力对物体做功以 及做功所花的时间之比。
人体重心位置影响因素 :
1.性别：从总体上来说，女子重心的相对高度比男子低 0.5%-2%。 2.年龄：随着年龄的增长相对重心高度会下降。 3.运动专项：由于运动专项训练方式的不同，会使某些 运动员的局部环节质量及分布发生改变。 4.体型：人体肌肉和骨骼的发达程度以及脂肪积蓄程度， 这些都影响了人体整体的质量分布。 5.姿势：人体姿势的改变对重心位置有重大影响。当环 节向某方向运动时，身体重心随之向该方向移动，在某 些情况下，特别是当前屈或后仰时，身体总重心甚至移 出体外. 6.生理与心理：由于人体在变换姿势或心理紧张时，内 脏器官及其肌肉质量的位移、血液的重新分布等原因， 使得人体总重心的位置不会固定不变。
LOGO
运 动 生 物 力 学
主讲人：李银坤
www.themegallery.com
第二章 人体生物力学参数
人体运动生物力学参数包括: 人体惯性参数(基本物理参数)、 运动学参数、 动力学参数以及生物学参数（人体 运动的基本特征 ）
人体惯性参数是指：人体整体及环节 的质量、质心（重心）位置、转动惯量 及转动半径。 质量（m）：物体所含物质的多少叫质 量 重量是物体受万有引力作用后力的度量 (G=mg) 质心：人体整体质量分布 de平均位置 .
人体受力特点
人体受力按作用面可分为集中力和分布力。 集中力作用于人体的一点，分布力则作用 于人体的一定面积上。 正心力 ？正心力 有哪些？
偏心力 ？偏心力 有哪些？
体育运动中常见的人体外力
摩擦力是两相互接触的物体作相对运动或有相对 运动趋势时产生的力。也是一种接触力。静摩擦 力，滑动摩擦力和滚动摩擦力
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”。其大小为质点的质量与 速度的乘积。用K表示
K mV
动量矩
动量矩是转动惯量和角速度的乘积，用表 示
L I
冲量
物体（人体）运动状态的改变是力作用的 结果，力在时间上的积累可用冲量（）表 示。
S F (t1 t 0 )
选某一坐标为坐标原点，以某个方向为正方向，选 择适当的标度建立一个坐标轴，就构成了一维坐标 系。
二维坐标系 二维坐标系又称平面直角坐标系，若人体在 空间的运动是在一个平面上，这个运动可以 有两个方向。
三维坐标系又称空间坐标。
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。