运动生物力学多媒体教学第四章.ppt

第四章 人体运动的静力学,静力学是研究物体或物体系在外力作用下处于平衡状态的性质和行为的力学分支。体育运动中人体运动的静力学主要讨论人体在完成静力性动作，即处于相对静止的姿势(或称平衡状态)时的受力情况，获得平衡和维持平衡的力学条件。 平衡：物体处于静止或匀速直线运动状态。 体育动作中的出现静态和动态平衡。,4.1 力矩、力偶、力偶矩 的概念,1. 力矩的概念 力矩亦称“转矩”(力对点之矩)。表示力对物体作用时产生转动效果的物理量。 d为点到F的距离。单位：牛顿.米，方向：逆时针转动为正，反之相反（右手法则）。,2. 力偶和力偶矩的概念 力偶：大小相等，方向相反，作用线互相平行但不重合的两个力作用在物体上，物体同样产生转动效应，这一对力为力偶。 力偶矩： d为力偶臂,作用于刚体上的力，可平移到刚体上的任意一点，但必须附加一力偶，其附加力偶矩等于原力对平移点的力矩。,3. 力的平移定理,4.2 人体平衡的力学条件,平衡的概念：静止或做匀速直线运动。 1. 平衡方程,2. 力系的简化和平衡 力的合成与分解:矢量运算法则(平行四边形法则),在平面直角指标系OXY下:,共线力系的简化与平衡 R=F1+F2+F3+Fi+Fn=Fi，方向上、右正，下、左负。 平衡方程：Fi=0,平面汇交力系的简化和平衡 受力分析，平衡方程，例题P97,共面平行力系的简化和平衡 力矩原理:在共面平行力系中,所有个力对于其平面任意一点力矩的代数和,等于力系的合力对于此点的力矩. Mo=F1X1+F2X2+FiXi+FnXn =RX 平衡方程:Fi=0; Mo=0 受力分析，平衡方程，例题P99,共面一般力系的简化和平衡 受力分析，平衡方程，例题P100,总结,平衡的力学条件：,对刚体上任意一点,3. 下支撑平衡稳定性判定,(1)支撑面 由支撑点和他们所围成的面积。 支撑面大小与稳定性的关系。,(2)重心的高低 重心的高低与稳定性的关系 (3)稳定角 重心垂直投影线和重心与支撑面边缘相应点连线的夹角，即物体在某一方向上的稳定程度的判定指标。 (4)平衡角 某方向上的稳定角之和。 (5)稳定系数 ，K1，K=1，K1，的讨论。 例题P105,F,h,G,r,稳定系数的计算,稳定角与平衡角,短跑起跑稳定角的变化(快速打破平衡),根据平衡物体重心与支撑点的位置关系，平衡种类可分为： 上支撑平衡 下支撑平衡 混合支撑平衡 平衡物体受到外力作用偏离其平衡位置时，根据物体保持其平衡的可能性分为： 稳定平衡 不稳定平衡 随遇平衡 有限稳定平衡,4. 平衡动作的定性分析,作业：P114，1, 5, 7,8,4.3人体重心,(1) 人体重心的概念 人体全部环节所受到的重力的合力的作用点叫做人体重心。,人体是由头、躯干、上臂、前臂、手、大腿、小腿、足等多个环节组成。,人体多刚体模型示意图,(2) 人体重心位置 正常站立姿势下人体重心位置。,人体重心的变化,人体重心位置，人体重心位置随人体姿势变化而改变。,性别之间差异。 不同运动项目运动员之间差异。,人体重心可移动出身体之外。,(3) 重心和动作技术的关系 研究中将人体或环节重心简化为质点。 以人体重心作运动学描述。 动力学研究中将力移动到人体重心上。 稳定性判定基础,4.4 人体平衡的特点,（1）人体不能处于绝对静止的状态 人体在维持平衡的过程中，不可能是绝对静止的。呼吸系统和血液循环的存在造成了人体总重心在一定的范围内波动，肌肉的张力在任何时候都不可能恒定，因此身体姿势的维持不可能严格的不变。,（2）人体内力在维持平衡中的作用 在某些静力性姿势中，维持平衡的不仅仅是重力和支撑反作用力。而是由重力矩与肌肉和韧带的拉力矩共同维持的，如体操的平衡动作。,（3）人体的补偿动作 人体在完成或维持静力姿势的过程中，当人体重心发生偏移有失去平衡的倾向时，人体能借助于补偿动作在一定范围内“中和”或“抵消”重心的不适宜移动。,人体的补偿作用,达瓦孜,（4）人体具有自我控制、调节和恢复平衡的能力 （5）人体平衡受心理因素影响 （6）人体平衡动作消耗肌肉的生理功,原理：力矩合成原理 公式中：X,Y分别为总重心的横、纵坐标 Pi为环节相对重量 xi,yi为环节质心的横、纵坐标,4.5 在相片上测量人体重心的原理和方法,环节相对重量和半径系数,l,L,r = l /L,Pi = Pi /P,近侧端,远侧端, 以人体左下角边缘处O点为原点绘出直角坐标系（OXY）。 确定各环节点位置。 确定头和手的重心位置。头的重心在耳廓上缘中点正面观时在两眉间，手的重心在中指的掌指关节处。 连接关节点构成人体棍图。 开始测量各环节的相片长度(以毫米为单位)，填入环节长度一栏内。 把各环节重心至近侧端距离占环节长度的百分比填入一栏内。见表41中具体的布拉温菲舍尔环节相对重心位置数据。,方法, 环节长度乘以环节相对重心位置百分比，填入环节质近侧端实长一栏内。 按环节质心到近侧端实际长度一栏的数据，在照片上的环节上点出环节质心位置。头手的位置不必计算，可以直接点出。 从照片上测量各环节质心的坐标。 把人体模型中已知的环节相对重量数据添入表内（P）。 计算出各环节对轴之