对刘易斯、格林摆臂方式的力学分析.ppt

2019/5/26,全国 生物力学科报会,1,对刘易斯、格林摆臂方式的 力学分析,集美大学体育学院,陈建民,2019/5/26,全国 生物力学科报会,2,一、前言,摆臂方式因项目不同而发生变化，就百米而言，几十年来我国运动员一只采用着放松的半握拳摆臂方式，这种摆臂方式自然放松，被大家公认、效仿。,但近十余年来，世界男子百米的多位奥运会冠军采用展开手掌的大幅度展掌摆臂的方式 。,从1988年汉城奥运会冠军刘易斯，到1996年亚特兰大奥运会冠军贝利，而后的2000年悉尼奥运会冠军格林，到今天再创世界新纪录的蒙哥马利都采用这一摆臂方式，本文称为“大幅度展掌摆臂”。,2019/5/26,全国 生物力学科报会,3,2019/5/26,全国 生物力学科报会,4,这一摆臂方式一直被人们认为只是适合欧美选手自身特点的，但经过分析意识到这种摆臂方式是有利于高成绩的。,因为展开手掌可以使上肢转动半径增大，从而使转动惯量也随之增大。那么这种摆臂方式的加速上（下）摆动或制动，必然引起下肢后蹬力量和摆动幅度的变化。,2019/5/26,全国 生物力学科报会,5,2019/5/26,全国 生物力学科报会,6,二、研究对象与理论分析法,1、对刘易斯、格林世界优秀选手的摆臂方式进行力学分析，主要方法是运用转动惯量以及动量矩传递理论。,2、进一步论证刘易斯等世界优秀选手大幅度展掌摆臂方式对提高百米成绩的重要作用，主要是通过与传统摆臂方式相比较。,3、在最后对中国和美国男子的上下肢进行了质量比较，进一步论证上肢在百米跑中的重要作用。,2019/5/26,全国 生物力学科报会,7,三、研究结果与分析,31对大幅度展掌摆臂的力学分析,对一个运动员来说，上肢的质量、质量分布、肩关节都是相对固定的，但摆臂时由于摆臂半径的大小不同，从而使其质量分布也不相同，在同一速度下，质量分布离转动轴越远，其转动惯量也就越大。大幅度展掌摆臂与传统摆臂方式相比较，因为它展开了手掌，也就增大了手臂的转动半径。使质量分布远离了转动轴（也就是肩关节），这必然使手臂的转动惯量增大。,311 大幅度展掌摆臂增大了手臂转动惯量,2019/5/26,全国 生物力学科报会,8,312 大幅度展掌摆臂需要强大的肩带力量作保证。,因为转动物体的角加速度与它所受的合外力矩成正比，与转动惯量成反比，即=M/I，当增大了I，不变，必须增大M，而M=Fd，对我们人体来说，d是相对固定的，即肩部肌肉的力臂是相对固定的，所以想增大M,只有增大F来达到。由此我们得出大幅度展掌摆臂，需要强大的肩带力量作为保证，否则无法维持高速度的摆动。这也从侧面反应出刘易斯等的肩部力量是十分强大的，他们是十分注重上肢训练的。,2019/5/26,全国 生物力学科报会,9,32大幅度展掌摆臂对百米成绩的积极作用,321大幅度展掌摆臂可以增大后蹬力量,这是由于当手臂向前上方加速摆动时，会产生一个向下的作用力，并通过人体作用于地面，使后蹬力量增加，这个力的大小与手臂的转动惯量有关 ，在摆动速度不变的情况下,当手臂转动惯量增大时，这个力也随之增大。因此大幅度展掌摆臂可以增大这个力，从而增加后蹬力。,2019/5/26,全国 生物力学科报会,10,322大幅度展掌摆臂可以增大步幅,人体是左右对称的，有先天的自我平衡感，在跑的过程中，人体的摆臂与躯干扭转可以维持人体在快跑中的平衡，协调下肢，节省能量，加强后蹬力，增大步幅。当身体一侧的上肢（下肢）前摆（后摆）时，那么另一侧下肢（上肢）必然前摆，来维持其平衡。本文称这个为“异侧交叉平衡” 。,2019/5/26,全国 生物力学科报会,11,例如当左腿前摆时，右臂必须同时向前摆出，此时髋轴联线将绕人体的垂直轴顺时针方向转一个角度，右臂的前摆于肩轴联线绕人体的垂直轴向逆时针方向转一个角度，这时躯干的上端和下端发生相反方向的扭转，对加大步长、提高步频都有一定的作用,腿、臂的摆动对人体垂直轴的角动量之和仍为零。而且摆臂的力量、速度、方向和摆腿的力量、速度、方向要求做到一致,使肩轴和髋轴在身体中轴互为交叉，这样才有利于维持身体平衡。,2019/5/26,全国 生物力学科报会,12,因此，在跑动时，当一侧上肢大幅度展掌向前摆动时，异侧下肢也必须大幅度积极前摆来维持其平衡，而当一侧上肢大幅度展掌后摆时，异侧下肢必须大幅度地充分后蹬来维持其平衡。因为大幅度展掌摆臂增大了上肢的摆动幅度，增加了其动量矩，因此下肢也必须增大摆动幅度来维持身体的平衡，所以大幅度展掌摆臂有助于增大步幅。,2019/5/26,全国 生物力学科报会,13,中外优秀运动员百米跑形态、步长比较,世界优秀短跑选手一般用45步左右跑完100米，最好的伯勒尔只用42.5步，而我国大部分运动员要用4950步。,2019/5/26,全国 生物力学科报会,14,33中美成年男子上下肢质量的比较,中美成年男子人体环节相对质量比较%,从上组数据我们不难得出，中国男子上下肢质量比为1：4.29，美国男子上下肢质量比为1：3.18，由此可见美国人的上肢质量相对于下肢来说是远大于中国人的上肢质量相对于下肢质量的。,2019/5/26,全国 生物力学科报会,15,2019/5/26,全国 生物力学科报会,16,上肢质量大，同等摆动速度下转动惯量必然大，其对后蹬力、腿的摆动幅度都有一定的促进作用。如此可见虽不能充分说明是先天因素造就了美国人善跑的能力，但至少我们可以明白上肢的质量在短跑项目中发挥不可忽视的积极作用。,2019/5/26,全国 生物力学科报会,17,四、结论,41大幅度展掌摆臂是有其充分的