运动生物力学重点

运动生物力学第一章l运动生物力学是生物力学的一个重要分支，是研究体育运动中人体机械运动规律的科学。它是将体育运动中人体（或器械）复杂的运动形式及变化规律结合力学和生物学的原理进行研究的一门科学。l运动生物力学的任务：1改进运动技术。2改善训练手段。3改革运动器材。4预防运动损伤。5运动康复与健康促进。l运动生物力学的研究方法：分析法测量法l测量方法有：运动学测量、动力学测量、人体测量及肌电图测量。运动学测量参数---肢体的（角）位移、（角）速度、（角）加速度等。运动学参数---主要界定在力的测量。人体测量参数----人体环节的长度、围度及惯性参数如质量、转动惯量。肌电图参数----测量肌肉收缩时的神经支配特性。20世纪生物力学的发展主要体现在3个方面：1生物力学发展成为大学的专业课程。2生物力学研究结果逐渐用于实践，如医学工业体育等方面。3生物力学研究人类和动物运动及运动对肌肉—骨骼系统的影响。第二章l动作结构运动时所组成的各动作间相互联系、相互作用的方式或顺序称为动作结构。l人体动作结构特征1.运动学特征---时间特征、空间特征、时空特征。2.动力学特征---力的特征、能量特征、惯性特征。l动作系统-不同运动项目中的动作技术，都是由若干单一动作组成的。大量单一动作按一定规律组成为成套的动作技术，这些成套的动作技术称为动作系统。l动作系统的分类及特点1.周期性动作系统特点---反复性和连贯性、节律性、交互性、惯性作用。2.非周期性动作系统6 特点---独立性、复杂性和稳定性。3.混合性动作系统。特点---两种动作成分有相互制约性、两种动作的组合部分是动作系统的关键部分。不固定动作系统特点---复杂多变性、固定于不固定相结合。l人体基本运动动作形式1.上肢基本运动动作形式:推拉鞭打2.下肢基本运动动作形式:缓冲蹬伸鞭打3.全身基本运动动作形式:摆动躯干扭转相向运动环节--相邻关节之间的部分称环节；l单生物运动链两个相邻骨环节及其之间的可动连接构成，包括相邻两个环节和连结这两个环节之间的关节l多生物运动链：两个或两个以上生物运动链串联而成l开放链：末端为自由环节的生物运动链，该自由环节又称末端环节。l闭合链：无自由环节的生物运动链l自由度:物体在空间运动，描述物体运动状态的独立变量的个数称其为物体运动的自由度。自由刚体有6个自由度。l骨杠杆P30图1.平衡杠杆2.省力杠杆3.速度杠杆环节质量-人体的环节质量是环节含有物质多少的重量；环节质心即是环节的质量中心。l人体质心：保持基本立姿的人体，质心位置约为第二至第三骶椎所在的平面上。l人体重心测量方法：平衡板法三角板法l质量：物体含有物质的多少。l转动惯量是量度转动物体惯性大小的物理量，用以描述物体保持原有转动状态的能力。l平行轴定理---物体对某转动轴的转动惯量，等于物体对于通过其质心且与该轴平行轴的转动惯量加上物体的质量与两平行轴间距离平方的乘积。此为转动惯量的平行轴定理。人体惯性参数：人体整体及环节质量质心位置转动惯量以及转动半径。人体简化模型1质点模型---质点是具有一定质量而几何形状和尺寸大小可以忽略不计的物体，是一个理想的物理模型，主要研究平动；2刚体与多刚体模型如果研究人体运动涉及到转动运动，则在运动中人体的形状与大小是变化的，人体各部分虽有形变但不影响整体运动，如仅仅研究人体整体运动，可以忽略其形变，这时把人体抽象为刚体，主要研究转动。刚体具有6个自由度，即3个平动自由度和3个转动自由度。6 第三章惯性参照系：通常将地球相对于地球静止或做匀速直线运动的参照物称为~。非惯性参照系：将对于地球做变速运动的参照物，或者是相对于惯性参照系做变速度运动的参照物，称为~l平动体内任意两点的连线，在运动中始终保持平行，物体上的任何一点瞬时运动都具有相同的速度和加速度，这种运动称为平动l人体运动的时空特征1时间特征：时刻时间2空间特征：位移轨迹和路程角位移3时空特征：速度速率和加速度角速度和角加速度l人体运动的描述方法：1.表格法2.图示法3.公式法1共点共线力系:两个力组成的最简单的力系。其平衡称为共点共线力系平衡。体育运动中一般是二力平衡（条件：等值反向共线）2平面汇交力系：三力构成的力系中各力的作用线在同一平面内，并相交于一点。条件：合力为零合力矩为零3空间一般力系平衡l影响人体稳定性的因素:1.支撑面的大小2重心的高度3.稳定角4稳定系数体育运动中的主要外力：1重力2支撑反作用力3弹性力4摩擦力5流体作用力6向心力动量：物体的质量和速度的乘积——物体运动量的量度冲量：作用于物体的合外力与其作用时间的乘积动量矩是转动惯量和角速度的乘积冲量矩：外力矩对物体转动的累积效应，即力矩和时间的乘积机械能包括：1平动动能2转动动能3势能l伯努利定律压强大的地方流速小，压强小的地方流速大，这结论对于气体也成立，称为伯努利定律。如果拿流线来说明，即流线疏的地方压强大，流线密的地方压强小。l马格努斯效应6 研究在流体中转动的物体，比如球在空气中以一定速度旋转，由于球体表面不光滑和流体的粘滞性作用使紧靠球表面的一层流体将随着球体转动，形成球体周围的环流附面层。当球向顺时针方向旋转同时向前运动时，在球体上方环流与片流具有相同方向，因而上方相对运动速度较大，在球体下方由于环流和片流方向相反，故下方相对运动速度较小，根据伯努利定律，流速大压强小，流速小压强大，因此，球体受到一个由下方指向上方的离，使球的飞行轨迹发生偏转，这种现象就是马格努斯效应.旋转球的空气作用效应1上旋球乒乓球的上旋球在空中飞行时是绕球的额状轴向前旋转的。这种上悬飞行的球在马格努斯效应下是飞行的球过台后急速下降着台，并有快速的前冲，入射角小于反射角。2下旋球同上旋球相反，球飞行时是绕球的额状轴向前旋转的。在马克努斯效应下球的飞行轨迹比较低平，乒乓球的入射角大于反射角。第四章动作技术分析的一般方法：1了解技术动作的构成2明确技术动作的目标3确定实验对象与测试方法4确定动作技术评价指标5拟定分析报告内容第五章l影响步态的因素1.髋部旋转2髋部侧面下降3.支撑阶段的膝关节屈曲4.踝关节的滚动运动5下肢在平面的转动6膝内收跑步摆动技术：P180-181跑步蹬地技术力学内容P181-182助跑的生物力学分析1助跑速度影响起跳速度2缩短起跳时间增大起跳力3提高肌肉的弹性势能跳高助跑的生物力学分析背越式跳高助跑多采用弧线助跑，主要有以下几点：1降低身体重心2弧线助跑起跳时身体有一个由内倾转向垂直的运动，其所产生的法向加速度可加大支撑点的压力，增加起跳效果；其所产生的切向加速度是身体起跳后由垂直转为水平的主要动力。6 3由于助跑弧线的曲率半径逐渐缩小，在起跳时人体可获得沿着横杆转动的动力；蹬地时的支撑反作用力更多的用在垂直方向上，从而增大人体重心升起的高度，提高起跳效率。4弧线助跑由于身体内倾，可避免起跳时过早倒向横杆。l投掷运动的基本原理和规律1关节活动的顺序性原理规律：先下后上先小后大。2先拉长肌肉作用原理规律：环节现象反方向运动，使肌肉收缩时产生最大力量。3动惯量最小化原理规律：增大肩关节转动速度，提高鞭打效果。4延长加速距离原理规律：增加做工距离，增大投掷器械初速度。5持动作连贯原理规律：身体重心位移不间断，是人体给投掷物产生良好施力状态的必要条件。6.利用助跑动能原理规律：助跑使运动员投掷器械时具有动能。l投掷助跑的生物力学分析1增大投掷时器械的初速度2提高肌肉的弹性势能3为人体动量向器械转移创造条件第六章l机械应力对骨的生物学反应塑形与重建是骨组织中对机械应力作用响应的两个主要生理过程。骨塑形主要存在于青少年骨折愈合期，一定强度的刺激也会导致这一过程的发生，其主要作用是形成新骨质以塑骨形，增加骨强度；重建过程主要体现在骨组织的更新，重建过程对骨组织的动态平衡与微细损伤的修复有着重要的意义。骨的塑型与重建过程，是以机械负荷刺激为前提，骨组织存在“机械应力—生物学反应”的调控系统。这一系统中有3个基本力学参数：骨重建阈值、骨塑建阈值和疲劳损伤阈值。这些阈值参量影响着骨组织塑型与重建的进行方向。l关节软骨的力学特性关节软骨的渗透性很低，在快速加载和卸载时，软骨类似于弹性材料，在承载时变形，卸载后立即复原。在持续性、缓慢负载时，其内的液体被挤出，组织的变形将随时间持续而加强。消除载荷后，若有充足时间使其吸收液体，软骨组织可恢复原状。6 关节软骨的损伤关节软骨损害变性与关节承载负荷的频率和量级有关。关节的先天发育不良以及关节损伤等因素，可导致应力集中。过度的应力作用可降低关节面之间的液膜润滑，关节软骨上凹凸不平的接触，可引起微观的应力集中造成表面磨损。脊柱的力学结构特征：1生理弯曲：颈腰前曲和胸骶后曲是脊柱具有弹性，是人体抬头挺胸直立行走姿势的需要。2椎间盘：连结相邻两个椎体的纤维软骨盘。由纤维环，髓核和软骨终板构成。3腰椎是人体中间环节，由于位置，承载及运动的特殊性，因此在体力劳动和运动训练中，腰部损伤风险较高。脊椎的稳定正常脊椎稳定结构有内外两类，外在因素主要靠腰腹背等肌肉的主动调节，内部结构主要靠骨关节，韧带控制。除了脊椎和关节突的形状限制脊柱活动外，椎骨间韧带也维持着脊柱的稳定，椎间盘也是连接椎体，避免滑脱的内部重要结构。骨骼肌的生物力学模型图示79骨骼肌张力——长度特性图示P281-282力的时间梯度：到1/2最大力所需的时间(1/2tmax)力的速度梯度：力的最大值与所需时间所得的商Fmax/tmax第七章肌肉力量训练的特异性1动作结构的特异性2肌肉协作关系的特异性3肌肉力量训练中代谢类型水平的特异性4肌肉力量训练周期中的个体特异性肌肉力量训练的方法：1向心收缩训练2等长收缩训练3离心收缩训练4超等长力量训练5综合训练方法其他形式：1等速力量训练2电刺激力量训练3振动力量训练6