运动生物力学 复习题

复习题一、一、名词解释：1、参考系（参照系）：描述物体运动时选作为参考的物体或物体群叫做参考系（或参照系）。2、位移：其大小等于质点运动的始点到终点的直线距离，其方向由始点指向终点。3平动：如果在运动过程中，刚体上任意两点的连线保持平行，而且长度不变，这种运动叫平动。平动可以是直线，也可以是曲线。4、转动：在运动过程中，如果物体上各点都绕同一直线（即转轴）做圆周运动，这种运动就叫转动。5、复合运动：人体的运动往往不是单纯的平动和转动，绝大多数的运动包括平动和转动。两者结合的运动称为复合运动。6、动量：速度与质量的乘积，作为物体运动量的度量，说明物体的运动量与其速度和质量有关。7、实体轴：体外的转动轴称为实体轴。当人体绕固定在地面上的运动器械时，器械就是人体转动的实体轴。如单杠、双杠、高低杠等。8、非实体轴：体内的转动轴，称为非实体轴。是人体局部肢体或整体转动时所绕的位于人体内部的某特定的直线。9、惯性参照系：把相对于地球静止的物体或相对于地球做匀速直线运动的物体做为参照标准，又称静坐标系或静系。如：跑道、体操器械等。10、非惯性参照系：把相对于地球作变速运动的物体作为参考标准参考系，叫非惯性参考系，又叫动参考系或动系。11、力偶：大小相等，方向相反，作用线相互平行但不重合的两个力作用在物体上，会使物体产生转动，这一对力称为力偶。12、力偶矩：力与力偶臂的乘积即M=±Fd13、稳定角：重心垂直投影线（或称重力作用线）和重心与支撑面边缘相应点夹角。14、平衡角：等于某方位上稳定角的总和,左稳角+右稳角。15、稳定系数：K=M稳/M倾K＞1，稳定；K＜1，平衡被破坏，会倾倒。16、转动惯量：表示物体转动惯性大小的量，是描述物体转动时保持原来转动状态能力的物力量。转动惯量的大小不仅与质量有关，还与质量的分布有关。17、冲量矩：冲量矩是力矩和时间的乘积，表示外力矩对转动物体在时间上的效果。18、动量矩：转动惯量和角速度的乘积。19、伯努利定律：在流管中当液体稳定流动时，截面积大的地方压强大，截面积小的地方压强小20、马格努斯效应：根据伯努力定律，流速大处压强小，流速小处压强大，当球体旋转时受到一个力，这种现象叫做马格斯效应。6 二、判断题1运动学中的量是相对于选定的坐标系而言的，具有相对性，不具有独立性。（）2当稳定系数小于1时，下支撑物体的静平衡就会被破坏。（）3在投掷类项目中，由于出手高度和空气阻力的影响，最佳抛射角要大于45°。（）4通常规定，力使物体顺时针方向转动时，力矩为正，反之为负。（）5投掷铁饼时顺风条件因能增加铁饼的水平速度，因此有利于运动员获得最好成绩。（）6旋转物体的回转半径与转动惯量成正比关系，与物体的质量成反比关系。（）7下支撑平衡物体的稳定性具有方向性差异，在分析人体的下支撑平衡的稳定性时，应考虑方向性。（）8体操运动员在做前后空翻动作时，绕额状轴的力矩不为零，绕其它两个基本轴的力矩为零。（）9人体的基本轴就是以人体的总重心为原点建立的直角坐标系的三条轴。（）10流管中的液体，截面大的地方压强大，截面小的地方压强小。（）11形成人体多轴复合转动的力学条件是：对三个基本轴的合外力矩同时不等于零。（）12铁饼在空中运行时的攻角就是铁饼的投掷角。（）13质量和形状稳定不变的物体其转动惯量也是稳定不变的。（）14人体骨骼在运动中受弯曲载荷时，所受到的应力是压应力，而不受拉应力。（）15对各种不同的运动项目，关节活动顺序总是按照大关节带动小关节的原理进行。（）1（×）2（√）3（×）4（×）5（×）6（×）7（√）8（√）9（√）10（√）11（√）12（×）13（×）14（×）15（×）三、问答题1试用动量定理说明在投掷项目中如何处理投掷力与作用时间的关系。答：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，应在最后用力阶段增加器械的冲量。由动量定理F（t-t0）=mvt-mv0可知：只有使F与（t-t0）这两个变量的乘积达到最大值，才能使冲量达到最大值，从而使器械在出手时获得最大动量。因此正确处理投掷力和时间的关系的方法是：在保证发挥肌肉最大利的同时，通过延长力的作用距离延长作用时间，所以在最后用力前应使身体尽可能超越器械。2有人认为，若不考虑空气的阻力，人体处在腾空状态时的转动惯量和动量矩都恒定不变。你认为这一观点对吗？为什么？6 答：不对。虽然人体在不考虑空气阻力情况下所受的外力为零，动量矩保持守恒，但是根据转动惯量的定义，转动惯量的大小是由质量m和回转半径r的值所确定的,而人体在腾空状态时由于血液循环、呼吸的影响随时都在变化,因此人体的质量分布在运动过程当中随时都会发生改变,从而人体的回转半径也会随时变化,所以人体在腾空状态时的转动惯量不会恒定不变。3试分析在不考虑空气的影响时，乒乓球运动中的前旋球和后旋球与球桌碰撞后的运动轨迹有什么不同。答：前旋球的运动轨迹：前旋球和球桌发生碰撞后给了球桌一个向后的推力，同时球桌给了球一个等大向前的反作用力，这个反作用力加上乒乓球本身与桌面碰撞的速度，从而增加了乒乓球的向前的速度，因此乒乓球的轨迹比不旋转时速度要低。　　后旋球的运动轨迹：后旋球和球桌发生碰撞后给了球桌一个向前的推力，则乒乓球获得一个向后的反作用力，正常反弹力与向后的反作用力的合力方向向上，使之反射角减少，球弹起的高度比不旋转时要高一些，因此，后旋球运动轨迹相应地增高。4标枪运动员在标枪出手前瞬间要对标枪施加一个以标枪中心线为转轴的旋转力矩，分析原因。答：对标枪施加一个以标枪中心线为转轴的旋转力矩，可增加其飞行的稳定性，为取得良好的成绩创造有利的条件。因为标枪飞行时，压力中心一般是在前上方，会产生一种使标枪翻转的力矩，由于旋转力矩具有陀螺效应，增加了抗偏摆的能力，从而使标枪保待平衡。标枪飞行时稳定性还与旋转速度有关，一般来说，转速越大，稳定性越大，当转速达到一定速度以后，再增加速度，其投掷距离也不会有多大影响，所以标枪有一个适宜的旋转速度就行了。5试运用伯努利定律分析足球弧线球的形成原因。答：形成原因：由于开始时平动速度较大，它对球体运动起主要支配作用，旋转造成的速差压力虽然不断改变着平动速度的方向，但相对于平动速度来说，它就显得引起运动轨迹弯曲度较小。在运动中平动速度的减小较快，而旋转角速度减小较慢，所以到了最后，旋转造成的速差压力就相对起着主要的支配作用，便出现球体运动轨迹突然拐弯的现象，球的旋转角速度较大，速差压力就越大，球运动轨迹的弯曲程度也越大。6举例说明如何减少运动过程中人体所受到的冲力。答：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。由动量定理可知，如果动量的变化量是一个常量，即冲量值也应是一个常量。这时延长作用时间，就可以减少冲力的大小。如落地动作，一般要求从前脚掌着地迅速过渡到全脚掌，同时屈膝伸踝，其目的就是延长与地面的作用时间，减小冲力对人体的作用。又如接高速接来球，当手接球的同时屈肘回收，顺势接球，可延长手与球的作用时间，从而减少球对手的冲力作用。6 7试述人体平衡的特点答题要点：（1）人体不能处于绝对静止的状态。（2）人体内力在维持平衡中起作用。（3）人体具有补偿作用。（4）人体具有自我控制、调节和恢复平衡的能力。（5）人体的平衡受心理因素的影响。（6）人体的平衡动作消耗肌肉的生理能。8、参考系种类有哪些种类，举例说明。惯性参照系：把相对于地球静止的物体或相对于地球做匀速直线运动的物体做为参照标准，又称静坐标系或静系。如：跑道、体操器械等。非惯性参照系：把相对于地球作变速运动的物体作为参考标准参考系，叫非惯性参考系，又叫动参考系或动系。如游泳运动员的手臂的描述，坐标系要建立在人体肩关节上，属动系。再如，河中划船，船浆的描述9、说明运动的独立性原理若一物体同时参与几个运动（称分运动），则每一个分运动都不受其它运动的影响。即：一个运动可以看作是由各自独立的分运动叠加而成。10、影响抛射高度和远度的因素（1）从公式H=v02sinө2/2g知：抛射高度H与初速度v0的垂直分量v0sinө的平方成正比。故增加抛射高度则应尽量增大抛射初速度v0和抛射角ө（ө=900为最大值），在尽可能的情况下使ө接近90度。（2）从公式s=(v02sin2ө)/g知：ⅰ影响远度的因素有抛射角ө，初速度vo在两因素中初速度的影响是主要的，故增加抛射物的远度，首先要尽可能提高抛射物初速度，其次考虑抛射角问题。11、举例说明动量定理在体育运动中有哪些应用？（1）投掷项目：增加作用时间、同时增加投掷力。（2）减少运动冲力。延长作用时间（动量变化量一定时）。如跳远落地动作：屈膝、屈髋、缓冲、跑步到终点后的缓冲。球类如：踢球、顶球、垫球、乒乓球接球等都可用改变作用时间调节动量和速度，以符合运动要求。（3）计算人体运动中的力学参数。如根据速度，求平均冲力大小，或据力求人体腾空速度。12、理的合成与分解的原则是什么？力的合成与分解遵循平行四边形法则13、说明一般力系的简化结果与平衡条件①合力与合力偶共面一般力系的简化结果一般为一个合力或一个力偶②平衡方程：（三种表示形式）基本形式：∑Fx=0∑Fy=0∑MA=0二力矩形式：∑Fx=0∑MA=0∑MB=0三力矩形式：∑MA=0∑MB=0∑Mc=0上式中A、B、C分别为平面内的任意三点，但不得共线。6 14、根据重心与支撑点的位置关系，运动平衡可分为哪些种类？①上支撑平衡，支撑点在重心上方②下支撑平衡，支撑点在重心下方③混合支撑平衡，非完全上支撑，又非完全下支撑15、根据平衡可能性，运动平衡可分为哪些种类？①稳定平衡。偏离平衡时，重心升高②不稳定平衡。偏离平衡时，重心降低③随遇平衡。偏离平衡时，重心高度不发生变化。④有限度稳定平衡。偏离不超过一定限度，能恢复平衡。16、人体转动动作的基本形式（1）有支点有实体轴的转动。人体绕固定在地面上的运动器械的转动，即为有支点有实体轴的转动。如回环类动作、单杠体操。（2）有支点无实体轴的转动。人体局部肢体或整体通过人体内部的非实体轴的转动,即为有支点无实体轴的转动。如：运动员冰上旋转、投掷铁饼、链球。（3）无支点无实体轴的空中单轴转动。如人体绕额状轴的前、后空翻动作，绕矢状轴的侧空翻动作，绕垂直轴的转体动作。（4）无支点无实体轴的空中多向复合运动。如体操空翻加转体动作，游泳跳水的空翻转体动作。17、简述平行轴定理。刚体对某轴o的转动惯量等于刚体对通过质心且与o轴平行的I轴的转动惯量加上刚体的质量与平行轴间的距离平方的乘积。Io=Ic+md218、什么是转动惯量？人体转动惯量的特点是什么？转动惯量：表示物体转动惯性大小的量，是描述物体转动时保持原来转动状态能力的物力量。转动惯量的大小不仅与质量有关，还与质量的分布有关。人体转动惯量的特点：由I=mr而r是变的（因人是活体），因此r变，则I也变，这是人体转动惯量的可变性。19、鞭打动作原理及其动作要点是什么？人体四肢结构类似于鞭子，它们近端环节质量大，末端环节质量小。因此在鞭打动作时，鞭根（近端环节）先加速挥动，获得角动量。然后制动，在制动过程中，角动量向鞭梢（末端环节）传递。由于鞭梢质量较小，因此获得较大的运动速度。动作要点：1、放松；2、鞭根先加速挥动，小关节放松，被动转动；3、鞭制动，动量由大关节传向小关节，小关节的动量矩增加，小关节的速度增加。20、关节活动顺序原理人体肌肉由近端至远端，各关节所配置的肌肉由强到弱，即肌肉生理横断面逐个减少。因此把所配置的肌肉生理横断面的关节称大关节，反之称小关节。6 当需要克服大阻力，或需要表现出大的运动速度时，运动链中各关节的肌肉虽然同时用力，但其中大关节总是首先产生活动，并依据关节的大小，表现出一定的先后顺序。因此依据关节大小表现出大关节首先产生活动的先后顺序性原理。四、计算题1．一名跳高选手在达到最高点时，其重心距离海绵垫子2.3米，当他从空中落到垫子上后经1秒停止，此时重心离垫高0.4米，若该选手的体重为50千克，请计算运动员所受到的垂直向上的平均冲力是多少？解：因为自由落体的末速度为缓冲的初速度，缓冲结束速度为零，故有：V0=√2gH=√2×9.8×(2.3-0.4)=6.1(米/秒)Vt=0设运动员受到的平均冲力为F冲∑F冲×t=m(Vt-V0)因为：V0为负，∑F=F冲-G所以：（F冲-G）t=m(Vt-V0)F冲=（m(Vt-V0)）/t+G=790（牛顿）2在转椅实验中，被试学生坐在可绕竖直转轴自由转动的椅子上，两手各持一个重4千克的哑铃，两臂侧平举，保持两哑铃与身体垂直轴等距，由其他人帮助转动。当被试学生获得1转/秒的初始角速度时帮助者不再对转椅施加力矩，此时两个哑铃之间的距离为1.6米。然后这位学生把两个哑铃向身体的垂直轴方向拉近相同的一段距离，拉近后两哑铃之间的距离为0.6米，此时两哑铃仍与身体垂直轴等距，假设转动惯量的变化仅由于将重物拉近身体所引起，自身的转动惯量为5.43千克·米2并保持不变，若忽略空气阻力和转椅所受到的摩擦力，试计算学生把哑铃拉近后的角速度有多大。已知：m1=m2=4千克，ω0=1转/秒，I=5.43千克·米2，R0=1.6/2=0.8米，Rt=0.6/2=0.3米求：ωt解：作用在系统之心上的外力只有重力，重力对竖直轴不产生力矩，故动量矩守恒。因此有I0ω0=Itωt最初I0=I人+I铃=5.43+2×4×0.82=10.55(千克·米2)最终It=I人+I铃=5.43+2×4×0.32=6.15(千克·米2)所以ωt=I0ω0/It=10.55×1/6.15=1.72（转/秒）6