运动生物力学研究方法

用多台照相机拍摄马的奔跑动作
用肌电图机测试运动中的肌电图
三维测力系统
研究方法与测试手段之二
• X光片、肌电图机的应用则打开了研究人体 内部结构以及运动行为的大门，将研究的 触角伸向人体运动自控体系的领域。
• 物理学、生物学方法的测试手段的不断提 高，促进了运动生物力学学科的发展。于 是长期以来存在这样一种观点：把编制某 个计算机程序、设计某种摄影或测力的手 段或者采用肌电测量技术措施看作研究方 法，但是，其实这些都不过是一些技术手 段，而手段和方法是完全不同的概念。
• 此时，得到的同步测生物量拒测性的之二 力-时间曲线将不是 原来状态下的力-时间曲线，只有去除探测肌 电信号的针电极才能恢复原来状态下的力-时 间曲线，然而，去除了针电极就无法得到深层 肌肉的同步的肌电图。
• 这种生物拒测性类似于量子力学中的测不准原 理。即不能同时测得粒子的位置坐标和动量 （及能量和时间），因为在量子力学中，准确 确定粒子位置坐标的条件与准确确定粒子的动 量的条件是相互矛盾的，在能够确定位置坐标 的条件下，不能确定粒子的动量，反之亦然， 而且这种测不准并不是技术的原因，而是从理 论上就是测不准的。生物拒测性也给获取某些 同步信息带来困难。
三、人体动作参数不可重复性和参 数的随机分散特征
• 生物现象有一种概率的性质，体育运动中 的人体生物力学参数也是如此。因为任何 体育运动的效果都受到多种因素的影响， 从人体内部来说这些因素包括骨杠杆，关 节，肌肉，神经体液控制等等，总之影响 因素多，关系复杂。正因为如此，体育动 作不可能绝对准确地重复，即使是最优秀 的运动员也不可能丝毫不差地重复自己的 动作。
运动生物力学 研究方法
第一章 运动生物力学 研究方法概述
运动生物力学 研究方法概述
• 每一个发展完善的学科，必须具备两个条
件：既要有自身的学科理论体系，又要有 自身独特的研究方法。
• 关于运动生物力学的学科体系，在前面科
课程中已经学习过了。运动生物力学是研 究人体运动力学规律的科学。这门科学的 研究对象是人体，研究的内容是人体的运 动。
研究方法与测试手段
• 依据新的研究方法，采用新的测试手段往往是 进行新理论探索的有效途径。运动生物力学发 展的历史表明，方法上的进展与测试手段的进 步极大的推动了运动生物力学学科的发展。
• 1882年，迈.布里奇（My bridge)第一个用按 顺序排列的24台照相机拍摄了马奔跑状态的连 续照片，开始了运动学的定量测量阶段。而多 台高速摄影（像）机同步系统、三维测力系统 以及摄影、测力同步系统的问世，使得对人体 运动的外部运动行为，能在三维空间上建立其 比较清晰的图像。
人体动作参数不可重复性
• 这种不可重复性是人们经常见到的，例如， 一个跳高运动员每次比赛中助跑的弧线、 缓冲膝关节角、踏跳的力-时间曲线、人体 重心的轨迹以及空中动作等都不可能丝毫 不差地重复，跳高的成绩也是每次都在变 动，即使成绩相同，动作的各个细节也绝 不会准确地重复。其他各种动作也都是如 此。由于这种不可重复性，世界纪录保持 者不可能多次重复自己的记录，即便两次 记录相同，动作结构参数也必然有变化。
• 信息的本质是相互作用中一个事物在另一 个事物中的反映。
• 性质—反映事物特征的信息。 • 性质在事物的相互作用中才能表现出来 • 研究方法和测试手段（方法）具有主动性 • 运动中的人体有多少性质？--取决于所采用
的研究方法和测试方法 • 我们需要什么样的“性质”？
第二章 运动生物力学
参数特征
运动生物力学参数特征
非线性特征
• 肌肉收缩 力与收缩 速度是非 线性关系
二、人体拒测性及参数特征
• 在运动生物力学的研究中，绝对的、无创伤检测 有时不能得到第一手的、直接的参数，影响了对 运动人体的研究。所以，在采用无创伤检测手段 的同时也进行一些活体检查，发展一种称之为 “可忍受的”，“可接受的”活体检查法。例如， 用套筒钩针从运动员肌肉中勾取微量肌原纤维丝， 利用电子显微镜分析其红白肌纤维比例等肌肉构 造。再如，利用针电极研究运动员深层肌肉的肌 电图等。但是，此类“可忍受的”活体检查仍然 将遇到生物壁垒，也就是生物拒测性。
生物拒测性
• 这种生物拒测性出了心理障碍外，主要表现在 接触面上。在检测过程中侵入人体的检测部 件—异物将会强烈地干扰生命活动过程，使被 检测运动员精神和肉体的扰动变得过大，不能 维持原始状态。也就是说，采用上述“可忍受 的”活体检测手段，由于针电极等检测部件刺 入人体，使得肌肉的原始状态发生改变（与没 有刺入时不同）因而测得的参数也将发生变化。 例如用测力台与肌电图机同步检测深层肌肉的 生物力学特征时就发生这种情况，针电极的刺 入强烈地干扰了肌肉的生理生化过程，得到的 并不是原来状态的数据。
影片分析系统
录像分析系统
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研究方法与测试手段之二
• 运动生物力学研究方法可以概括为： 从系统的观点出发，物理学方法， 生物学方法互相渗透融合，运用系 统方法研究人体运动的因果关系。
• 我们这门课程主要学习物理学方法 和生物学方法下的测试手段，因为 测试手段是实现研究方法的必由之 路。
信息的本质是什么？
• 运动生物力学研究的对象是人体，是具有 内部组织而且有序的生物系统，人体运动 生物力学参数具有自己的特殊性。
• 主要有以下特征：
• 一、人体参数的非线性特征
• 在经典力学中函数与自变量，“原因” 和“结果”之间往往存在着严格的比例关 系，例如，处于弹性限度内的弹簧，其形 变与所受外力成正比，可表达为F=-Kx
研究方法和测试手段
• 一门科学的发展依赖于研究方法,而研究方 法的发展便促进了该学科的发展。
• 研究方法作为一种方法论，应该是从学科 总体出发，观察、分析、认识被研究客体 要遵循的一定程序，具有高度的概括性。
• 研究方法是总体的指导思想，测试手段是 在研究方法指导下的具体操作，是完成研 究方法所规定的检测任务的工具，测试手 段要受研究方法制约。
运动生物力学参数特征之一
• 外力F与形变X之间的比例关系由比例系数 K确定。F和X之间的关系即为线性关系， 弹性系统称为线性系统。
• 线性系统的最基本的特征之一是叠加原理 成立。但是生物系统一般具有非线性特征， 运动中的人体也是这样。因为构成人体的 生物材料—骨骼，肌肉，肌腱，韧带等都 具有线性特征。例如骨骼肌收缩力与收缩 速度之间的关系就是非线性关系。非线性 的系统中自变量与因变量通常找不到严格 的定量关系，为研究带来一定的困难。