第二章：运动力学基础ppt课件

1、u掌握运动中的力合力矩及其表现形式，掌握影响掌握运动中的力合力矩及其表现形式，掌握影响人体平衡与稳定的因素。人体平衡与稳定的因素。u熟悉牛顿运动定律的在人体运动中的应用；熟悉牛顿运动定律的在人体运动中的应用；u了解运动中力的合成与分解及其在人体运动中受了解运动中力的合成与分解及其在人体运动中受力分析中的应用。力分析中的应用。学习目标学习目标 力是一个物体对另一个物体的作用，是使物体产生形变或线运动状态改变的原因。 力矩则是力和力臂的乘积，是使物体转动状态改变的原因。 若将人体整体看做若将人体整体看做一个力学系统，则人体一个力学系统，则人体内部各部分的相互作用，内部各部分的相互作用，称为内力。外

2、界作用于称为内力。外界作用于人体的力称为外力。人体的力称为外力。（一内力与外力的概念（一内力与外力的概念 外力：重力、支撑反作用力外力：重力、支撑反作用力等。等。内力：骨骼肌张力、关节约内力：骨骼肌张力、关节约束力、韧带张力等，其中骨束力、韧带张力等，其中骨骼肌的张力是人体内力中的骼肌的张力是人体内力中的主动力。主动力。运动中的内力和外力的关系运动中的内力和外力的关系2 2、内力可以改变外力的大小、内力可以改变外力的大小 3 3、外力可用来增强内力、外力可用来增强内力 人体整体人体整体人体环节人体环节骨骼肌张力骨骼肌张力外力外力内力内力1 1、内力与外力是相对的、内力与外力是相对的n要获得较大

3、的反作用力作为人体运动的动力，必须加大人的蹬地要获得较大的反作用力作为人体运动的动力，必须加大人的蹬地力，这又取决于人体肌肉活动引起的对地面作用力的大小。肌肉力，这又取决于人体肌肉活动引起的对地面作用力的大小。肌肉活动是主动的，为了提高人体运动效果，最重要的是提高肌肉收活动是主动的，为了提高人体运动效果，最重要的是提高肌肉收缩的力量内力），以加大蹬地力从而得到一个大的反作用力缩的力量内力），以加大蹬地力从而得到一个大的反作用力外力），使人体运动状态发生变化。外力），使人体运动状态发生变化。n另外，实践中采取一些措施，利用外部条件在一定程度上也可提另外，实践中采取一些措施，利用外部条件在一定程度

4、上也可提高地面对人体的作用力，例如，在跑些、跳鞋上安上钉子，起跑高地面对人体的作用力，例如，在跑些、跳鞋上安上钉子，起跑时用起跑器等时用起跑器等 。跳高起跳过程中的外力作用跳高起跳过程中的外力作用起跑过程中的外力作用起跑过程中的外力作用力量训练过程中人体肌肉收缩抵抗负荷的力量训练过程中人体肌肉收缩抵抗负荷的内外力作用内外力作用（二外力（二外力 器械的其他阻力器械的其他阻力 肢体推动运动器械进行训练时，除肢体推动运动器械进行训练时，除要克服器械重力外，还需要克服器械的惯性力、摩擦要克服器械重力外，还需要克服器械的惯性力、摩擦力或弹力所产生的阻力，其大小与肢体的推力大小相力或弹力所产生的阻力，其大

5、小与肢体的推力大小相等，方向相反。等，方向相反。意 义： 各种外力经常被用来作为康复训练/治疗的负荷，选择的负荷要求与肢体运动的方向和力量相适应，这是增强肌力训练的方法学基础。 人体运动中所受到的外力人体运动中所受到的外力 a. a. 重力重力 大小与方向：大小与方向： ，方向：指向地球心。，方向：指向地球心。 g=9.8m/s/sg=9.8m/s/s mgG b. 摩擦力摩擦力概念，和特性。概念，和特性。b1.静摩擦力和最大静摩擦力静摩擦力和最大静摩擦力b2.滑动摩擦力滑动摩擦力NfmmNfkk c. 弹性力弹性力概念：由物体发生形变产生的力。概念：由物体发生形变产生的力。弹性力的胡克定律：

6、弹性力的胡克定律：XKFe 人体运动中所受到的外力在人体运动中所受到的外力在体育运动中的运用。体育运动中的运用。 nd d、支撑反作用力、支撑反作用力n 人体处于支撑状态时，人体重力作用于支撑面上，人体处于支撑状态时，人体重力作用于支撑面上，支撑面又反作用于人体，这种反作用称为支撑反作用支撑面又反作用于人体，这种反作用称为支撑反作用力。如果人体处于静止状态，为静力性支撑反作用力；力。如果人体处于静止状态，为静力性支撑反作用力；如果人体局部环节有运动，则支撑反作用力会不断变如果人体局部环节有运动，则支撑反作用力会不断变化，称为动力性支撑反作用力。化，称为动力性支撑反作用力。 ne、流体作用力、流

7、体作用力n人体在空气和水中运动时，与流体发生接触，并相互人体在空气和水中运动时，与流体发生接触，并相互作用，流体对人体的作用即为流体作用力。作用，流体对人体的作用即为流体作用力。n人体在水中受到浮力作用，可以减轻肢体的重力作用，人体在水中受到浮力作用，可以减轻肢体的重力作用，对于肌力不足或关节疼痛的患者，可以借助水的阻力对于肌力不足或关节疼痛的患者，可以借助水的阻力和浮力进行康复训练。和浮力进行康复训练。（三内力（三内力定义： 是指人体内部各组织器官间相互作用的力。各种内力总要相互适应，以维持最佳活动，同时也不断和外力相抗衡以适应人体生活的需要。1肌拉力2各组织器官间的被动阻力3各内脏器官的摩

8、擦力4内脏器官和固定装置间的阻力5血液淋巴液在管道内流动时产生的流体阻力，在分流时产生的湍流等。n1肌拉力 这种力通过其在骨骼上的附着点，可以维持人体姿势，引起人体内部各部分、各环节间的相对运动。是人体内力中最重要的主动力。2各组织器官间的被动阻力 当一肢体做屈曲或伸展运动时，其相反方向的组织受到牵拉，尤其是拮抗肌的张力，此时必须做相应松弛，以保证运动的完成。n3各内脏器官的摩擦力 例如胃肠蠕动时候肠袢间的摩擦力尽管很小），心脏搏动时与肺、纵隔和胸廓间的摩擦力等。4内脏器官和固定装置间的阻力 如胃肠蠕动与腹膜、肠系膜、大血管间的阻力，食管的蠕动与纵隔间的阻力等。5血液淋巴液在管道内流动时产生的

9、流体阻力，在分流时产生的湍流等。1.1.合力与分力合力与分力 一个力如果它产生的效一个力如果它产生的效果与几个力共同作用的效果相同，则这果与几个力共同作用的效果相同，则这个力就叫那几个力的合力，而那几个力个力就叫那几个力的合力，而那几个力就叫这个力的分力。就叫这个力的分力。2.2.力的合成力的合成 求几个已知力的合力，叫求几个已知力的合力，叫力的合成。力的合成。3.3.力的分解力的分解 力的分解是力的合成的逆力的分解是力的合成的逆运算。运算。（四力的合成与分解（四力的合成与分解平行四平行四边形法边形法则是力则是力的合成的合成与分解与分解的基础的基础掌握物体受力的分析方法掌握物体受力的分析方法n

10、确定受力分析对象，取出隔离体确定受力分析对象，取出隔离体n确定场力重力、电磁场力等）确定场力重力、电磁场力等）n确定所有外力：动力，阻力摩擦力、确定所有外力：动力，阻力摩擦力、空气阻力等），接触力等。空气阻力等），接触力等。n画受力分析图画受力分析图abcd当骨骼肌在某一平面产生当骨骼肌在某一平面产生力作用时，可将肌力分解力作用时，可将肌力分解为两个垂直分量：一个沿为两个垂直分量：一个沿着骨轴线作用，另一个垂着骨轴线作用，另一个垂直骨轴线。前者起稳固关直骨轴线。前者起稳固关节的作用，因而叫稳固分节的作用，因而叫稳固分量，后者是使骨产生转动量，后者是使骨产生转动的分量，所以叫转动分量。的分量，所

11、以叫转动分量。1、力的时间累积效应、力的时间累积效应 作用于物体的合外力与其作用时间的乘积作用于物体的合外力与其作用时间的乘积Ft ），称为力的冲量。而将运动物体或人体具），称为力的冲量。而将运动物体或人体具有的有的“运动量运动量”，即质量与速度的乘积，即质量与速度的乘积m v），称），称为动量。为动量。 动量定理：物体动量的增量等于其所受的冲量。动量定理：物体动量的增量等于其所受的冲量。 （五力的时间和空间累积效应（五力的时间和空间累积效应动量定理和动量守恒定律：动量定理和动量守恒定律：1. 动量与冲量的概念动量与冲量的概念 动量矢量性）动量矢量性） ，单位：米，单位：米.千克千克/秒秒m.

12、 kg / s）。）。 冲量矢量性）冲量矢量性） 单位：牛顿单位：牛顿.秒秒N. s） vmK tFI冲量的几何含义：冲量的几何含义：S=F*t tFS动量定理动量定理 物体在运动过程中，在某段时间内动量的改变，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。即：等于所受合外力在这段时间内的冲量。即： IK 0vmvtFt动量定理在运动中的应用动量定理在运动中的应用1 1、在投掷项目中，为了增加器械的出手速度，即增加器械、在投掷项目中，为了增加器械的出手速度，即增加器械的出手动量，应增加在最后用力阶段对器械的冲量。这要的出手动量，应增加在最后用力阶段对器械的冲量。这

13、要求在发挥最大力量的同时，延长力的作用时间。求在发挥最大力量的同时，延长力的作用时间。 2、若要减少对人体的冲力，就得延长力作用的时间，、若要减少对人体的冲力，就得延长力作用的时间，各种落地缓冲动作就是典型的例子。各种落地缓冲动作就是典型的例子。 0vmvtFt2、力的空间累积效应、力的空间累积效应 力与力作用方向上移动距离的乘积力与力作用方向上移动距离的乘积FS），称），称力对物体作了功。力作用方向与其引起的物体运动力对物体作了功。力作用方向与其引起的物体运动方向改变一致，力对物体所做的功为正功。物体的方向改变一致，力对物体所做的功为正功。物体的运动方向与力的作用方向相反，这时力所做的功为运

14、动方向与力的作用方向相反，这时力所做的功为负功。功的国际单位是焦耳负功。功的国际单位是焦耳J）。）。 通常讲骨骼肌做功，是指骨骼肌做的机械功。肌通常讲骨骼肌做功，是指骨骼肌做的机械功。肌将其贮存的化学能转化为机械能，克服阻力使环节及将其贮存的化学能转化为机械能，克服阻力使环节及外界物体产生位移。外界物体产生位移。 等长收缩运动中，环节不产生位移，没有做机械等长收缩运动中，环节不产生位移，没有做机械功，此时骨骼肌消耗的能量完成了功，此时骨骼肌消耗的能量完成了“生理功生理功”。 功和能之间是可以相互转换的，能的量值是通过功和能之间是可以相互转换的，能的量值是通过做功来确定的，力对物体做的功等于物体

15、机械能动做功来确定的，力对物体做的功等于物体机械能动能和势能的增量。能和势能的增量。 力矩M是作用于物体或人体的合力F与支点到力作用线距离d的乘积，即M=F。 一种情况：即大小相等，方向相反，作用线互相平行但不重合的两个力作用在同一物体上，虽然其合力为零，但物体同样会转动，这一对力称为力偶，其产生的转动力矩称为力偶矩。 另一种情况：物体在无支撑情况下受到力的作用，这个力若不通过物体的重心，也会引起物体的转动，这个力称为偏心力，由其产生的转动力矩称为偏心矩。 力矩、力偶矩和偏心矩是人体或物体转动的条件。 根据人体运动的特征，可将人体运动模型简化为：质点、根据人体运动的特征，可将人体运动模型简化为

16、：质点、刚体和多刚体系统等运动模型。刚体和多刚体系统等运动模型。1 1、质点：具有一定质量，、质点：具有一定质量，忽略其大小形态的几何点。忽略其大小形态的几何点。 研究地球绕太阳运动，研究地球绕太阳运动，地球可以当作质点地球可以当作质点 研究地球的自转，研究地球的自转，地球就不能当作质点地球就不能当作质点 2 2、刚体、刚体 是由相互间距离始是由相互间距离始终保持不变的许多质终保持不变的许多质点组成的连续体，它点组成的连续体，它有一定形状、占据空有一定形状、占据空间一定位置，是由实间一定位置，是由实际物体抽象出来的力际物体抽象出来的力学简化模型。在运动学简化模型。在运动生物力学中，把人体生物力

17、学中，把人体看作是一个多刚体系看作是一个多刚体系统。统。 人体简化以后的运动形式人体简化以后的运动形式人体运动的形式多种多样。人体运动的形式多种多样。把人体简化成质点：分为直线运动和曲线运动。把人体简化成质点：分为直线运动和曲线运动。把人体简化成刚体：分为平动、转动和复合运动。把人体简化成刚体：分为平动、转动和复合运动。v牛顿第一定律：任何物体在不受外力作用或所受合外力为牛顿第一定律：任何物体在不受外力作用或所受合外力为零时，物体将保持静止或匀速直线运动状态不变。物体的这零时，物体将保持静止或匀速直线运动状态不变。物体的这种性质称为惯性。种性质称为惯性。v牛顿第二定律：物体加速度牛顿第二定律：

18、物体加速度a a的大小与物体所受合外力的大小与物体所受合外力（FF的大小成正比，与物体的质量的大小成正比，与物体的质量m m成反比，即成反比，即F=maF=ma。v牛顿第三定律作用力与反作用力）：两个物体相互作用时，牛顿第三定律作用力与反作用力）：两个物体相互作用时，物体甲对物体乙的作用力，物体甲对物体乙的作用力，F1F1与与F2F2大小相等、方向相反、沿同大小相等、方向相反、沿同一直线，即一直线，即F1 = -F2F1 = -F2。 运动中很多动作可以借助惯性完成，巧妙地利用运动中很多动作可以借助惯性完成，巧妙地利用惯性，不但省力且减少能量消耗，减少运动性疲劳。惯性，不但省力且减少能量消耗，

19、减少运动性疲劳。因而，人体活动中保持动作的连贯性和动作间的连续因而，人体活动中保持动作的连贯性和动作间的连续性能起到省力的作用。性能起到省力的作用。 例如，康复治疗中偏瘫患者自主从仰卧位到侧卧例如，康复治疗中偏瘫患者自主从仰卧位到侧卧位，可以利用健侧肢体的惯性完成体位转换例子。位，可以利用健侧肢体的惯性完成体位转换例子。（一运动中合理利用惯性可以省力（一运动中合理利用惯性可以省力 指在人体在克服外界阻力负荷运动时，需要遵循由指在人体在克服外界阻力负荷运动时，需要遵循由大肌群首先活动，逐步过渡到中小肌群活动。大肌群首先活动，逐步过渡到中小肌群活动。 因为大肌群能产生较大的力或力矩，有利于克服阻因

20、为大肌群能产生较大的力或力矩，有利于克服阻力物体的惯性，可以有效预防运动开始时的中小肌群的力物体的惯性，可以有效预防运动开始时的中小肌群的损伤。损伤。 例如，搬动较重物体时应用下蹲通过大腿的肌群用例如，搬动较重物体时应用下蹲通过大腿的肌群用力来克服重物的惯性，而不应用弯腰通过腰部肌群的用力来克服重物的惯性，而不应用弯腰通过腰部肌群的用力克服重物的惯性。由于腰部肌群的力量弱，弯腰搬重力克服重物的惯性。由于腰部肌群的力量弱，弯腰搬重物易导致腰部肌的急性损伤。物易导致腰部肌的急性损伤。（二克服重物惯性需要遵循骨骼肌活动顺序原理（二克服重物惯性需要遵循骨骼肌活动顺序原理 运动中，要使人体运动速度增加或

21、减小，需要外界对人运动中，要使人体运动速度增加或减小，需要外界对人体的作用力增加或减小。根据作用力与反作用力定律，外界体的作用力增加或减小。根据作用力与反作用力定律，外界物体对人体的作用力增加或减小时，人体对外界的作用力也物体对人体的作用力增加或减小时，人体对外界的作用力也需要增加或减小。需要增加或减小。（三增加人体对外界的作用力可以增大外界对人（三增加人体对外界的作用力可以增大外界对人体的反作用力体的反作用力 一个物体如果受到几个力的作用，这几个力称为力系。力系平衡的条件因力系的不同而有所差异，力系通常有以下4种情况。 1.共点、共线力系 2.平面汇交力系 3.平面平行力系 4.空间一般力系

22、 （一力系的平衡条件（一力系的平衡条件平衡重心与支撑点关系平衡稳定程度上支撑平衡下支撑平衡混合支撑平衡稳定平衡有限稳定平衡不稳定平衡随遇平衡人体平衡的类型人体平衡的类型（二人体平衡的类型（二人体平衡的类型（二人体平衡的类型（二人体平衡的类型一级平衡一级平衡二级平衡二级平衡三级平衡三级平衡 稳定性是指人体和物体抵抗各种干扰作用保持平衡的能力。1、静态稳定性 人体静止时抵抗各种干扰的能力。2、动态稳定性 人体重心偏移平衡位置后，干扰因素除去时，人体仍能恢复到初始平衡范围。（一稳定性（一稳定性1.1.影响人体下支撑稳定性的影响人体下支撑稳定性的因素因素支撑面大小支撑面大小: :支撑面大，稳支撑面大，

23、稳定度大；支撑面小，稳定度定度大；支撑面小，稳定度小。小。重心的高低重心的高低: :在支撑面不变在支撑面不变的情况下，人体的重心位置的情况下，人体的重心位置低，稳定度大；重心位置高，低，稳定度大；重心位置高，稳定度小。稳定度小。（二影响人体下支撑稳定性的因素与评价指标（二影响人体下支撑稳定性的因素与评价指标n（1定义：整个人体所受重力的合力的作用点，叫人体重心。n它位于身体正中面上第三骶椎上缘前方7厘米处，大约在身高的55%56%。人体重心人体重心（2 2人体重心位置人体重心位置正常站立姿势下人体重心位置。正常站立姿势下人体重心位置。v人体重心位置，人体重心位置随人体姿势变化而改变。人体重心位

24、置，人体重心位置随人体姿势变化而改变。人体重心的变化人体重心的变化n人体重心可移动出身体之外。人体重心可移动出身体之外。n为了训练平衡功能差的患者的平衡能力，开始训为了训练平衡功能差的患者的平衡能力，开始训练时，可以先练习坐位重心低支撑面较大平练时，可以先练习坐位重心低支撑面较大平衡，完成后练习立位平衡时，可先分开双腿以加衡，完成后练习立位平衡时，可先分开双腿以加大支撑面使重心比较低，练习静态和动态平衡，大支撑面使重心比较低，练习静态和动态平衡，达到一定效果后，再逐渐过渡到并足训练。达到一定效果后，再逐渐过渡到并足训练。应应 用用FhGr2 2、人体下支撑稳定性的评价指标、人体下支撑稳定性的评

25、价指标（1 1稳定角：稳定角是指重力作用线和重心至支稳定角：稳定角是指重力作用线和重心至支撑面边缘相应点的连线间的夹角。撑面边缘相应点的连线间的夹角。 重心高度相同，支撑面重心高度相同，支撑面越大，稳定角越大；支撑越大，稳定角越大；支撑面相同，重心越高，稳定面相同，重心越高，稳定角越小。稳定角越大，物角越小。稳定角越大，物体的稳定度越大，体的稳定度越大，（2 2稳定系数：稳定系数是指稳定力矩与倾倒力矩稳定系数：稳定系数是指稳定力矩与倾倒力矩之比值。稳定系数表明物体依靠重力抵抗平衡受破之比值。稳定系数表明物体依靠重力抵抗平衡受破坏的能力，稳定系数大于坏的能力，稳定系数大于1 1时，物体能抵抗外来翻倒时，物体能抵抗外来翻倒力矩，平衡不被破坏；稳定系数小于力矩，平衡不被破坏；稳定系数小于1 1时，物体抵抗时，物体抵抗不住外来的翻倒力矩，平衡将遭到破坏，即物体会不住外来的