运动生物力学

运动生物力学1、什么是生物力学？生物力学是门涉及施力在人体上的内部和外部力以及这些力产生效应的科学。2、运动生物力学：是以机能解剖学，运动生理学和力学的理论与办法，研究人体运动器系的生物力学特性，人体运动动作的力学规律以及运动器械力学规律的科学。3、运动生物力学的学科任务研究人体构造与运动功效的关系人体运动器系由骨关节和肌肉构成硬件--骨骼为杠杆，关节为枢纽，，肌肉收缩为动力软件--中枢神经系统最大的肌肉输出功率--最适的肌肉长度，最佳的收缩速度，适宜拉长后收缩研究人体运动技术的规律动作技术的基础规律个体技术动作原理建立先进的动作技术原理研究人体运动技术的最佳化优秀运动员一种性化技术的生物力学诊疗，分析和评价设计与改善运动器材有效避免运动损伤，提高运动成绩研究运动损伤的力学因素研究运动损伤发生的机制运动损伤检测与研究办法4、运动生物力学的发展趋势基础研究运动器系的生物力学机理肌电和肌力关系神经肌肉控制和反馈应用研究运动生物力学诊疗（技术分析）肌群的工作特点运动技术的仿真和技术动作创新研究5、运动的形成1平移（直线平移）（曲线平移）（非线性平移）2旋转(内轴的角向运动)（外轴的角向运动）3平移+旋转（综合运动）6.动作构造运动时所构成的各动作间互相联系、互相作用的方式或次序7.运动学特性空间形态（几何关系）动作随时间的变化(动作的性质)动作时间和空间互相作用的规律性8、动力学特性1动作的发生和变化的因素--力2力的互相作用和能量互相作用的规律性9.运动学特性（动作形式）空间特性：人体在完毕运动动作时人体各环节随时间变化所产生的空间位置变化状况，不同动作人体各部分的运动轨迹不同时间特性：不同动作的开始时间与结束时间，动作的持续时间以及各阶段所占比例不同.时空特性：人体完毕运动动作时人体位置变化的快慢.10.动力学特性（动作中的力）惯性特性：人体运动中人的整体环节以及运动器械的质量转动惯量对运动动作所含有的影响.力的特性：动作构造的力的特性决定了其它特性的体现方式能量特性：人体运动时完毕的功效和功率方面体现形式11.动作系统：大量单一动作按一定规律构成为成套的技术动作，这些成套的技术动作叫动作系统有目的的运动行为，最合理的动作动作系统分类及特点1、周期动作系统A重复性和连贯性B节律性C交互性D惯性作用非周期性动作结合动作系统A独立性B复杂性和稳定性混合性动作系统A制约性B风险性不固定动作系统A复杂性B多变性人体动作系统信息反馈和人体自控规律人体在完毕体育动作系统的过程中，借助于大脑中枢神经系统传递动作的信号或信息，并且有目的的对动作系统进行实施控制。该控制过程发生在人体内部，并且受控于人体本身，故称自控体系。信息构造1.感受构造2.心理构造3.效应构造15.人体惯性参数特性量质量重量人体质心环节质心转动惯量回转半径人体惯性参数特性人体重心位置性别年纪运动体型姿势生理与心理人体转动惯量变换转动轴变化姿势17.力系平衡的充足必要条件是作用与人体或器械的合力为0作用于人体器械的合力距为0力矩：指作用力使物体转动轴或支点转动的趋向，转动力矩又称转矩或扭矩能使物体变化共旋转运动力矩等于径向矢量（转动轴到着力点的距离）与作用力的乘积。平衡力类型共点共线力系平衡（拔河）平面汇交力系平衡（举重）空间普通力系平衡人体平衡的类型根据人体重心和支撑点的位置关系上支撑平衡下支撑平衡混合支撑平衡根据平衡的稳定程度稳定平衡有限稳平衡不稳定平衡和随遇平衡21.影响人体稳定性因素支持面大小重心高度稳定角稳定系数K=稳定力矩除以倾倒力矩人体平衡的特点人体不能绝对静止人体形状（体操运动员落地）人体内力起重要作用（收倒立）心理因素的影响（视觉平衡大脑中枢肌紧张）23.矢量.标量矢量有大小有方向标量有大小无方向角距离由一定点到两物体之间所量度夹角度角位移：人体整体或环节绕某轴转动时过的角度切向分量与径向分量人体力学系统的内力肌肉张力韧力组织粘滞力关节省束力内力不能变化人体重心的运动状态体育运动中的重要外力重力2.支撑反作用力3.弹力4.摩擦力（静、滑动、滚动滑擦力）流体作用力6、向心力牛顿定律及共在先性运动中的应用惯性在运动中的体现短跑运动员达成终点人体单杠上的摆动运动中惯性的运用举重提铃游泳蹬壁滑冰撑杆跳蹬动作连贯性的规定推铅球达成终点身体后倾物体的加速度与合外力成正比与物体的质量成反比互相作用的两个物体之间的作用力和反作用力总是大小相等，方向相反。在同一条直线上。功效：因物体本身运动而含有的能量.平动动能转动动能体育运动中的功效转换做功增加能量投掷超越器械做功减少（吸取能量）抓住控制飞行的球落地缓冲动作机械能转换运动员跳台跳水--重力势能转变成动能动量：是与物体质量和速度有关的物理量冲量：作用在物体上的力和作用时间的乘积，叫做力对这个物体的冲量。动量定理在体育运动中的应用延长力的作用时间或距离以增大速度推铅球超越器械缩短作用时间以增大冲击力排球起跳起跳时间越短地面对人的作用力越大游泳到边转体蹬壁增大缓冲时间以减少反冲力动量守恒定律一种系统不受外力或所受外力之和为0，这个系统的总动量不变。碰撞转动惯量物理绕轴转动时惯性的量变平行轴定理设通过刚体质心的轴心的轴线为Z轴，刚体对这个轴线的转动惯量为IC,如果有另一条轴线Z,与通过知心的轴线平衡，那么刚体对通过Z轴的转动惯量为I=Ictmd²38.垂直轴定理一种平面刚体薄板对于垂直它的平面的轴的转动惯量，等于绕平面内于垂直轴相交的任意两正交的转动惯量之和IZ=IXtiy.角动量角动量（动力距）在物理学中是物体到原点的位移动量有关的物理量，在经点力学中可被定义为物体到原点的位移和其动量的乘积。角动量定理对同一参考系点0，质点系所受到的冲量矩等于质点系角动量的增量。角动量守恒若质点系所受的外力对某固定参考点的力矩的矢量和为0，则质点对该固定点的角动量守恒结论。角动量传递：动量矩在身体的传递和转移重要是运用某些身体环节的忽然制动，从而使这些环节原已获得的动量矩想相邻环节传递和转移。流体阻力横截面积物体面积抱负流体定常，无旋的不可压缩的和没有粘滞性的流体称为抱负流体。伯努力定律截面积小的地方压强小--流速大的地方压强小截面积大的地方压强大--流速小的地方压强大马格努斯效应。空气动力是旋转物体变化运动轨迹的效应。马格努斯效应大小取决于运动物体的速度及转速，流体密度，球体质量，形状及表面粗糙程度。水对人体的阻力摩擦阻力形状阻力兴波阻力和碎波阻力短跑中人体所受的阻力R=CPSV²自行车运动的空气阻力跟骑时由于后一物体的存在，变化量前一物体尾流区域的留态，使两者受到的阻力发生变化，阻力变化视两物体的距离不同而不同。（并非跟骑者越多，阻力越小，视状况而定）标枪飞行时的空气动力学效应压力中心的位置（随飞行迎角的变化有较大的变动）增力升阻力（升力与阻力的比值，随迎角的变化而变化）运用器械的旋转效应发明最佳的投掷组合（出手角度）风速和风向的影响香蕉球的空气作用效应球在刚开始运动时，手动速度较大，单位时间内其平动位移较大，旋转的压力差随变化共平动速度的方向，当相对于较高的平动速度来说，引发的运动轨迹弯曲度显得较大，球体运动末期，平动速度的大幅度减小，而旋转的角度减小较慢，故球体的偏转现象较明显，运动轨迹体现出忽然转变的现象。旋转球的空气作用效应上旋转（入射角小，反射角大）下旋球（入射角大，反射角小）排球飘球的空气作用效应由于运动员在发球时手掌大力击球，球不旋转但发生形变且快速飞行，由于球表面粗糙不光滑，以及球的严重变形，使球飞行四周空气气压不均匀，形成压强差，又由于排球较轻，压强差使球脱离了拋物轨迹，加上排球的变形压强差的位置变化就形成量不定向的飘球。动作技术：人体在运动中枢神经的指挥下完毕特定肢体动作的行为特性与办法动作分析的普通过程测定与描述分析评定56技术环节使之在运动过程中为达成不同阶段性目的而采用的不同动作形式。动作周期指运动中某一特性姿态的出现至此姿态再次出现所经历的过程一侧下肢着地，通过支撑与腾空至此侧下肢再次着地。动作阶段指在技术环节展开过程中人体所处的各个不同状态时期。理解动作技术构成拟定技术环节划分动作阶段层次构造的细化差别不同划分根据肌肉的工作形式作用力的性质动作方向人体与周边环境的关系寻找特性画面特性画面指人体运动过程中整体或局部身体姿态所处的特殊位置（特性画面能够作为分辨不同动作阶段的临界）动作技术的普通功效理解动作技术的构成明确动作技术分析目的拟定实验对象与测试办法拟定动作技术的评价指标拟定分析报告的内容62.明确动作技术目的1.总体成绩目的与技术环节目的2.目的要素与目的3.围绕动作技术目的的定性分析63.拟定动作技术的评价指标1.技术特性数据表2.技术指标曲线图3.指标的原则化解决4.指标分析的普通原则和办法64.拟定分析报告内容1.动作技术的普通测试成果2.动作技术的生物力学原理3.揭示高水平运动员运动技术的生物力学特性4、对完毕的动作技术作出生物力学诊疗65.运动生物力学的重要测量手段1.运动学数据的采集与解决2.动力学数据的采集与解决3.肌电测量系统4.多机同时测量技术66.图像解析对运动员的动作技术进行拍摄完毕后，将得到的影像资料进行数据化解决，获取原始的运动学数据67.数据解决运用专业知识对各个运动学数据进行解决分析68.步态人体步行时的姿态，是通过髋膝，踝及趾的一系列持续活动，使身体沿着一定方向移动的过程。步态分析用运动生物力学的概念和解决办法以及已掌握的人体角，生理学知识对人体进行专门的功效状态进行分析的过程。影响步态的因素髋部旋转髋部侧面下降支撑阶段膝关节屈曲踝关节的滚动运动下肢在平面中的转动膝内收正常步态1.合理的步状，步髋步频2.上身姿势稳定3.最佳能量消耗或最省力的步行姿态72.正常步态的生物力学特性1.含有控制肢体向前运动的肌力或机械能2.能够在足触时有效的吸取机械能，以减小撞击，并控制身体的迈进3.支撑向有合理的肌力及髋。膝踝角度，以及充足的支撑面、4.摆动向有足够的推力，充足的下肢地面廓和合理的足触地姿势控制73.下肢骨折后出现的异常步态1.急促步态2.倾斜步态3.回旋步态4.硬膝步态74.步态分析的临床应用、功效评定疗效评定行走辅助装置的设计影响投掷远度的因素出手角的距离（铅球、链球）姿势身体投掷成绩出手距离出手速度何用力