运动生物力学在体育运动中的应用

1、运动人体科学概论 运动生物力学在体育运动生物力学在体育 运动中的应用运动中的应用 2021/3/11 2 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 2021/3/11 3 第一节第一节 概述概述 运动生物力学是研究体育运动中人体机械运动规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。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

2、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。 2021/3/11 4 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。 2021/3/11 5 运动生物力学的任务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。 4、设计和改进运动器械。 2021/3/

3、11 6 运动生物力学的研究运动生物力学的研究 层次与内容层次与内容 运动学运动学 动力学动力学 静力学静力学 转动力学转动力学 流体力学流体力学 骨杠杆骨杠杆 肌肉收缩力学肌肉收缩力学 环节运动环节运动 人体运动数据人体运动数据 采集与处理采集与处理 动作技术分析动作技术分析 2021/3/11 7 第二节第二节 人体运动的力学基础人体运动的力学基础 一、人体运动的运动学一、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。 2021/3/11 8 如抛物线运动如抛物线运动

4、 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=V0Cos 垂直方向为等加等加速度运动 Vy=V0Sin-gt 水平距离 R=Max(X)=V02Sin2/g 当出射角为45时，水平距离最远 垂直高度 H=Max(Y)=V02Sin2/2g 当出射角为90时， 垂直高度最高 2021/3/11 9 若初始高度高于落地高度(h0)，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铅球、铁饼、标枪的出射角略小于4545 跳跳远的远的起跳角起跳角4545( (约约2020) ) h D V0 45 2021/3/11 10 二、人体运动的动力学二、人体运动的动力学 运

5、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。杠铃、撑竿跳等动作的连贯性要求，都是其应用。 2021/3/11 11 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。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=FB

6、A 钉鞋、起跑器的设计为这一定律的应用。钉鞋、起跑器的设计为这一定律的应用。 2021/3/11 12 4、动量定理、动量守恒定律应用 动量：速度与质量的乘积。 K=mV （ Kgm/s ） 冲量：作用于物体的力与作用时间的乘积。 I=Ft （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。游泳运动员屈臂的作用时间。游泳运动员屈臂“S”型划水。型划水。 运动中力学参数计算。 2021/3/11 13 动量守恒定律 物质系统在不受外力 作用或

7、受外力之和为 零时，其总量保持不 变。 当Ft=0时，mVt mV1=0 在碰撞及力量传递方 面应用。 如鞭打动作，大环节如鞭打动作，大环节 带动小环节，借近侧带动小环节，借近侧 环节制动加大远侧环环节制动加大远侧环 节速度。节速度。 2021/3/11 14 三、人体运动的静力学三、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。 2021/3/11 15 影影呼呼平衡平衡稳定稳定性的因素性的因素 支撑面大，稳定 支撑面小，不稳定 2021/3/11 16 较稳定较稳定较不稳定较不稳定 重心高重心高 重心位于重心位于 支撑面

8、边支撑面边 缘最不稳缘最不稳 定定 2021/3/11 17 四、人体运动的转动力学四、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。 2021/3/11 18 五、人体运动中的流体力学五、人体运动中的流体力学 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。 2021/3/11 19 2、阻力： 空气迎面阻力：F=1/2SCdV2 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。如自行车轮设计、鲨鱼装设计等。 20

9、21/3/11 20 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、如乒乓球的弧旋球、 足球的香蕉球。足球的香蕉球。 2021/3/11 21 第三节第三节 人体运动数据采集与技术分析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： 运动学参数运动学参数高速摄影机、高速录像高速摄影机、高速录像 动力学参数动力学参数三维测力台三维测力台 肌肉工作特征肌肉工作特征肌电图仪肌电图仪 人体测量学参数人体测量学参数-

10、模型计算、模拟仿真模型计算、模拟仿真 2021/3/11 22 2021/3/11 23 2021/3/11 24 2021/3/11 25 二、运动技术分析的一般方法二、运动技术分析的一般方法 （一）了解动作技术的一般过程（一）了解动作技术的一般过程 1、划分动作技术的范围 如跳远的起跳动作，起跳脚着地瞬间是起跳动作开始，起 跳脚离地瞬间是起跳动作结束。 2、划分动作阶段 如跑步动作周期由一个单步组成，并分为支撑、腾空两个 时期。 3、确定动作技术的特征画面 不同动作阶段的临界点，称为动作技术的特征画面。如着 地与离地瞬间，垂直瞬间，最大缓冲瞬间等。 4、明确各动作阶段的相互影响及其作用 如跑步蹬伸与缓冲之间的关系。 2021/3/11 26 （二）明确动作技术本身所要达到的目的（二）明确动作技术本身所要达到的目的 如跳高、跳远的起跳任务，都是如何获得身体垂直方向上 的腾起速度，并保持合理的水平速度。 （三）明确动作技术的关键环节（三）明确动作技术的关键环节 如跳高、跳远起跳垂直力总冲量中，缓冲阶段占80%以上， 而蹬伸阶段占20%，因此，缓冲阶段对起跳动作是关键环 节。 （四）揭示动作技术的生物力学特征（四）揭示动作技术的生物力学特征 通过影