ues运动生物力学

运动生物力学重大体育学院副教授：落云柯Tel:13452815691讲解：XX第一章绪论一、运动生物力学的概念生物力学：是研究活体系统机械运动规律的科学。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。人类工程、劳动、整形、康复、运动理论生物力学应用生物力学讲解：XX运动生物力学（SportBiomechanics）把体育运动中各项动作技术的研究课题，赋予生物学和力学的观点及，使复杂的体育动作技术奠基于最基本的生物学和力学的规律之上，并加以数学、力学、生物学及运动技术原理的形式加以定量描述。讲解：XX人体运动是自然界中最复杂的现象之一。动作技术原理：是指完成某项动作技术的基本规律最佳运动技术：是因人而异，对某运动员能获得最佳成绩的技术人体的机械运动现为两种形式：一是人体自身发生的形变，即人体各环节之间相对的位移运动；二是相对于其周围环境而发生的位移运动。包括：简单的机械运动复杂的高级运动形式——思维活动。牛顿力学定律适用于刚体运动。讲解：XX二、运动生物力学的任务和内容2、研究各项动作技术，确立动作技术原理，建立动作技术模式来指导教学和训练（一）运动生物力学的任务3、结合运动员个人的身体形态、机能和运动员素质等的特点，研究适合个人的最佳动作技术和进行动作诊断1、研究运动员身体结构和机能的生物力学特征4、探索预防运动创伤和康复手段的力学依据5、研究、设计和改进运动器械讲解：XX（二）运动生物力学的内容运动生物力学是生物力学的一个分支，由于课时有限，我们主要介绍一下几方面。1、运动生物力学概论2、人体运动实用力学基础3、骨、肌肉及人体基本活动的生物力学（骨杠杆、关节）4、人体运动数据采集和处理（高速摄像，测力台）等5、动作技术的生物力学分析（步态、体操、棒球、击剑）讲解：XX三、运动生物力学的简史公元前古希腊哲学和自然科学家阿里斯多德Aristotle(384-322B.C.)观察人和动物的运动幻灯15世纪末，意大利科学家列奥纳尔德达芬奇LeonardodaVinci(1452-1519)尸解，提出运动服从力学定律，为避免教会迫害，著作几百年后才被发现。讲解：XX鲍列里17世纪意大利医生、解剖学家鲍列里GiovanniBorelli(1608-1679)著作《论动物的运动》“DeMotuAnimalium”(TheMovementofAnimals)(Borelli,1680)被称为生物力学奠基之父FounderofbiomechanicsFather讲解：XX鲍列里(Borelli,1685)(Borelli,1680)杠杆原理测定人体重心空间位移三种形式：蹬离地面、蹬离介质和拉引。讲解：XX麦布里奇美国摄影师麦布里奇EdwardMuybridge(1830-1904)“HorseinMotion”高速摄影先驱Pioneerinhigh-speedphotography用24部像机排成一列，记录马奔跑的动作从1987年第11届国际生物力学大会开始设立麦布里奇“杰出贡献奖”讲解：XX马勒AmongthefirsttorecordmovementquantitativelyWithhighspeedfilmPneumaticdevices(Marey)1882年马勒EtienneJulesMarey(1838-1904)首先用高速摄影和风力装置来记录和研究运动讲解：XX(Marey,1895)马勒风力（阻力）测量讲解：XXApneumaticforceplatformGroundreactionforce(GRF)(Marey,1895)马勒测力台讲解：XXLowerextremitykinematicsGRF(Marey,1895)马勒高速摄影，影片测量步态Walking下肢运动学数据结合测力台数据进行分析研究。讲解：XXInjumping,simultaneousrecordingGRFDisplacement(Marey,1895)马勒纵跳研究中同时记录测力台和位移数据讲解：XX(Marey,1895)马勒测量鸟飞行数据讲解：XX布拉温和菲舍饵20世纪初德国学者布拉温和菲舍饵用解剖尸体的方法测定人体各部分的重量和重心再根据速度、加速度计算人体运动的力。谢琴诺夫等苏联运动生物力学的奠基人谢琴诺夫等建立神经肌肉控制的理论。人体运动通过大脑控制，和运动感觉神经的反馈，来修正完成动作。讲解：XX希尔MuscularforceHillequation:force-velocity希尔A.V.Hill(1920s-1930s)用离体青蛙缝匠肌进行实验，研究并推导肌肉力量计算方程，著名的Hill方程，获得诺贝尔奖。v=b(F0-F)/(F+a)讲解：XX国际会议1967年在瑞士召开第一次国际生物力学研讨会，以后每两年一次。1973年成立了国际生物力学学会。我国1980年成立中国体育科学学会，同时成立运动生物力学学会。讲解：XX第二章人体运动实用力学基础第一节人体运动的运动学如物体运动的轨迹、路程、位移所描述的即空间特性。物体运动的先后次序，延续时间等特点谓时间特性。即近似地看成质点或刚体多刚体系统。任何物体的机械运动都是在一定的空间和时间中进行的。人体和器械的运动也不例外。运动学特征：人体和器械进行简化处理：讲解：XX一、运动的相对性及参考系（一）运动的相对性（二）参考系与坐标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跑常取地面为参考系；体操运动把体操器械作为参考系；为了拍摄记录动作，设置杆作为参考系；人体某环节的运动时，多选用人体总重心或邻近环节作为参考系。直角坐标系分一维、二维、三维三种。讲解：XX惯性参考系：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作为参考标准的参考系叫惯性参考系。非惯性参考系：把相对于地球作变速运动的物体作为变速运动的物体作为参考标准的参考系叫非惯性参考系。讲解：XX二、人体运动的形式和基本概念（一）  轨迹·路程·位移1.    轨迹：即质点运动的路径2.路程·位移路程：质点运动轨迹的全长。路程只有数值的大小，没有方向，是标量。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，是矢量。路程和位移是用来描述物体运动范围的。讲解：XX（二）  人体运动的形式（2）曲线运动1》圆周运动2》斜抛物体运动按质点运动的轨迹可分为：1、直线运动和曲线运动（1）直线运动1》匀速直线运动2》变速直线运动讲解：XX按机械运动形式可分为：2、平动·转动和复合运动在运动过程中，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。而只能简化成刚体来处理。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，那么这种运动就叫做平动。在研究物体平动时可以将物体简化成质点处理。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。复合运动分解为重心的平动和转动。（1）平动：（2）转动：（3）复合运动：讲解：XX三、人体运动的速度和加速度（一）速率和速度1、速率：速率是路程与通过这段路程所经历的时间之比。2、速度：速度是位移与通过这段位移所经历的时间之比。描述位置变化快慢的物理量，单位“米/秒”ΔS讲解：XX3、瞬时速度：物体在某一时刻或通过运动轨迹上某一点的速度称为瞬时速度，又叫即时速度。在体育实践中，经常提到的初速度、末速度都是瞬时速度。（二）加速度描述速度变化快慢的物理量，单位“米/秒2”1.      平均加速度2.     瞬时加速度讲解：XX1.   运动的独立性原理若一物体同时参与几个运动（称为分运动），则每个分运动不受其它分运动的影响。（三）  运动的合成与分解小球的垂直（自由落体）运动不受水平运动的影响。V讲解：XX1.      速度矢量的合成和分解（2）速度的分解（1）速度的合成合速度的大小合速度的方向VxVyXYVθ讲解：XX1.      质点的复合运动（2）   质点速度合成定理（1） 质点的绝对运动、相对运动和牵连运动的概念。绝对运动：运动着的质点（动点）相对于静参考系的运动，称为绝对运动。相对运动：动点相对于动参考系的运动，称为相对运动。牵连运动：动参考系相对于静参考系的运动，称为牵连运动。讲解：XX讲解：XX讲解：XX讲解：XX（3）质点加速度合成定理当人体在转动，而上臂相对于人体作径向运动时，就出现科氏加速度。1、牵连运动为平动时点的加速度合成。2、牵连运动为转动时点的合成定理。讲解：XX（四）  运动的描述方法1.      运动方程用数学公式（运动方程）来描述物体运动规律的一种方式。匀变速直线运动规律若质点初始时刻t0=0,且X0=0如果是自由落体V0=0，a=g=9.8米/秒2竖直上抛运动匀减速直线运动向上为正讲解：XX例题P33已知：标枪运动员V0=6米/秒，t=0.1秒,X=1.2米,求：Vt解：=120米/秒2又根据公式得（米/秒）答：标枪出手速度为18米/秒。讲解：XX例题跳水运动员从10米跳台垂直入水，人体重心高度距跳台为0.6米，求重心落到水面的时间以及人体入水时的速度。（空气和水的阻力不计）。解：已知：H=10+0.6=10.6（米）（秒）（米/秒）答：重心落到水面的时间为1.47秒，入水时的速度为14.4米/秒。求：Vt讲解：XX2.      图象法（5）      各类曲线的特点描写运动的另一种方法是在坐标纸上绘制曲线（1）      运动轨迹曲线（2）      位移时间曲线（匀速、变速）（3）      速度时间曲线（匀速、匀变速、变速）（4）      加速度（非匀速）曲线有直线，曲线之分，直线又有水平倾斜之分，倾斜程度表示变化快慢。因此，我们可根据不同项目、不同动作不同运动员的曲线进行运动学分析讲解：XX3.      法表格法就是把待求量及已知量用表格列出。例如：自由落体时刻t（秒）下落位置S（米）0014.9219.6344.1478.45122.56176.4讲解：XX四、人体和机械的斜抛运动抛射运动泛指物体在获得一定初速度后进入空气中的运动，它受到重力和空气的作用，按一定轨迹运动——具有恒定加速度的平面曲线运动。根据初速度的方向，可分为上、下、斜上、斜下抛。体育运动中抛物线运动相当普遍。讲解：XX（一）斜抛运动的基本公式在X和Y方向上，物体在任一时刻的速度为沿竖直方向（沿Y轴）的位移公式沿水平方向（沿X轴）的位移公式XYV0V0xV0yVVxVyH0θ讲解：XX（二）  体育运动中常见的斜上抛运动1.      抛点与落点在同一水平面上的斜上抛运动因为：Y=0，速度同基本公式X=S讲解：XX常常需要讨论以下几个问题：（3）    水平射程S：指抛点到落点的水平位移（1）   全程飞行时间T：最高点Vy=0上抛、下落时间相等（2）   最大高度H：指抛体在竖直方向上达到的最大高度，他等于在t时间内的竖直位移讲解：XX例题：设足球运动员用20米/秒的初速度，向与水平面成30°角的方向，将足球从地面踢出，求足球可能达到的最大高度，以及在空间飞行的时间和飞行的最大距离？解：已知V0=20米/秒θ=300g=10米/秒2足球向上的初速度为：V0y=V0sin30o=20×0.5=10米/秒上升最大高度：H=V0y2/2g=102/2×10=5（米）上升最大高度的时间：t=V0y/g=10/10=1（秒）空中飞行总时间：T=2t=2×1=2（秒）水平方向的速度为：V0x=V0cos30o=20×0.866=17.32(米/秒）球的最大飞行距离：S=V0xT=17.32×2=34.64（米）答:(略)讲解：XX抛射点高于落点的斜上抛出手高度不同，初速度不同的情况下，最佳抛射角度是不同的。最佳抛射角度不应是指某一特定的角度。如：铅球投掷，有最佳角问题  抛点与落点不在同一水平面上的斜上抛运动讲解：XX五、运动学量的特性（一）  瞬时性（二）  矢量性（三）  相对性（四）  独立性讲解：XX第二节人体运动的动力学在运动技术研究中，不仅需要掌握各种动作在时间、空间上所表现出来的差异特征，而且更需要了解产生这些差异的内在原因。讲解：XX一、人体运动中的力如果把人体看成一个力学系统，那么来自人体外界作用于人体的力称为人体外力。（一）  力的概念力是物体间的相互作用，力的作用离不开物体。力的作用可使物体产生加速度和产生形变。力的三要素：力具有方向性，线段的长度代表力的大小，线段的起点代表力的作用点。（二）  人体运动的内力和外力若将人体看作一个力学系统，那么，人体内部各部分相互作用的力称为人体内力。讲解：XX（三）人体在运动中所受到的外力相互接触的两物体，在接触面上发生的阻碍相对运动或相对运动趋势的相互作用力，称为摩擦力。1.重力重力是指地球上的物体所受到的地球引力。G=mg重力是一个质量力，它均匀地分布作用在物体的质量上。重力的大小也叫重量。物理学中，重量与质量是两个不同的概念。两者的关系是：2.摩擦力讲解：XX摩擦力分为静摩擦力、滑动摩擦力和滚动摩擦力。（2）滑动摩擦力：（1）静摩擦力：相互接触的二物体有相对滑动趋势，而又保持相对静止时，在接触面上产生阻止其出现相对滑动的力，称为静摩擦力。当两个物体相互接触并发生相对滑动时，二物体的接触面上产生阻碍物体相对滑动的力，称为滑动摩擦力。受N和µ的影响0≤fs≤fm讲解：XX（3）滚动摩擦力：当物体沿着接触面滚动时，所产生的阻碍滚动的力称滚动摩擦力。F=W·k/RWRFK：滚动摩擦系数R：半径W：重量势垒讲解：XX体育运动中的应用（钉鞋、镁粉、润滑油等）。人类之所以能行走、能跑，靠得是鞋底与地面之的摩擦力。可以说没有摩擦力人寸步难行。讲解：XX3.弹性力发生形变的物体，要恢复原来的形状而作用在与它相接触的物体上的力，叫做弹性力。以物体发生形变为先决条件。产生的弹性力可作用在人体上，加大人体运动的速度或动作幅度虎克定律K为屈强系数，单位“牛吨/米”；弹力的方向与形变方向相反。讲解：XX二、牛顿运动定律及其应用（一）  定义如举重，动作中途停顿，则会加大动作的难度，甚至会导致动作的失败。任何物体，在不受力作用时，都保持静止状态或匀速直线运动状态。这就是牛顿第一定律。保持一定的速度比改变速度要容易、省力的多，特别注意动作的连贯性，尽可能避免平凡地改变运动速度，以减少不必要的负荷。讲解：XX（二）  牛顿第二运动定律及其应用当一个物体受到的合外力不为零时，物体运动的加速度与合外力成正比，与其质量成反比，加速度的方向与合外力的方向一致。用公式表示为：力的单位：牛顿注意：对质点，方向性，1（N）=1（kg）×1（m/s2）1（公斤力）=9。8（牛顿）讲解：XX例题1：某滑冰运动员质量为50公斤，当不用力后，在20秒内滑行了32米停下（假设作匀速减速运动），求他在停下来的过程中，受到的平均阻力为多少？解：∵∴V0=2S/t=3.2(m/s)F=ma=50×(-0.16)=-8(N)Vt=0答：略已知：m=50kg；t=20s；s=32m求：F讲解：XX（一）牛顿第三运动定律及其应用（4）作用力与反作用力等值反向，沿同一直线这一规律，不受相互作用的两物体的运动状态的影响。若物体A对物体B作用一力FAB，则物体B同时以力FBA反作用物体A，两力的大小相等，方向相反，并在同一直线上，即FAB=-FBA1.      正确理解和应用牛顿第三定律应注意的几点（1）   作用力和反作用力分别作用在不同的物体上，分别产生各自的效应。（2）   作用力和反作用力互为存在条件。（3）   作用力和反作用力必是同种性质的力。讲解：XX2.  第三运动定律在体育运动中的应用最重要的是提高肌肉收缩速度和力量，以加大蹬地力从而得到一个更大的反作用力，使人体运动状态发生变化。创造良好的作用条件鞋钉、起跑器讲解：XX（四）牛顿运动定律在体育运动中的应用实例1.  向心力与离心力公式Fn=man=mV2/r其中：an=V2/r是向心加速度圆周运动速度方向沿切线不断变化。链球，正确解释是，松手后链球不再受向心力的作用，因惯性的缘故沿切线方向飞出去。单杠，为约束物对人体施加的向心力，是由于单杠的形变而产生的弹性力。讲解：XX2.      支撑反作用力在原地纵跳中，下蹲和蹬伸的过程，动态支撑反作用力是不断变化的静态支撑反作用力动态支撑反作用力讲解：XX三、动量定理、动量守衡定律及其应用F为常量。冲量的单位为“牛顿·米/秒”（一）  动量和冲量1. 动量力学上就定义速度与质量的乘积作为物体运动量的量度，称为动量。动量是矢量，其方向与速度方向一致，单位为“千克·米/秒”（kg·m/s）。2. 冲量在力学中，将作用于物体上的外力与外力的作用时间的乘积，定义为力的冲量：讲解：XX（二）  动量定理物体在运动过程中，在某段时间内动量的改变量△K等于所受合外力在这段时间内的冲量I。即：△K=I由F=ma得：即：动量定理具有矢量性：讲解：XX例题1：质量为0.3千克的棒球，以10米/秒的速度朝向运动员飞来。被棒打击后以15米/秒的速度反向运动，设棒与球的接触时间为0.001秒，求：（a）棒给球的冲量；（b）球所受的平均冲力。解：F△t=mVt-mV0=0.3×(-15-10)=-7.5（公斤·米/秒）答F=7.5/0.001=7500（牛顿）已知：m＝0.3kg；V0＝10m/s；Vt＝15m/s；△t＝0.001s求：F△t；F讲解：XX（三）动量定理在体育运动中的应用运用动量定理还可以计算人体运动中的一些力学参数。用测力台测出踏跳力随时间的变化曲线，就可以求出人体所受的冲量。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。正确的作法是，在保证发挥肌肉最大用力的同时，通过延长力的作用距离来延长作用时间。要求在最后用力前使身体尽可能超越器械。若要减少对人体的冲力，就得延长作用的时间，各种落地缓冲动作就是典型的例子。讲解：XX（四）  动量守衡定律及其应用任何物体系统在不受外力作用或所受外力和为零时，其总动量保持不变。设质量分别为m1,m2的两个小球，在极光滑的玻璃槽中（摩擦力小到可忽略不计），沿同一直线作同方向运动。初速度分别为V1，V2，如两球发生碰撞，碰撞时间为△t，碰撞后速度分别为U1,U2(图2-37）。在整个过程中，两球所受合外力为零。mV2-mV1=0即：mV2=mV1=常数F1△t=m1U1-m1V1F2△t=m2U2-m2V2∵F1=-F2∴m1U1-m1V1=-(m2U2-m2V2)m1U1+m2U2=m1V1+m2V2V1V2m1m2讲解：XX系统所受的合外力为零，则系统的总动量保持不变。系统的内力只能使动量在系统内部个物体之间传递转移。某环节动量的改变量传递到其它环节。排球扣球、鞭打动作、振浪动作等讲解：XX四、人体运动中的功能关系正功和负功是外力对物体做功，还是物体克服阻力做，功没有方向。功的大小等于力与物体沿力的方向所发生的位移乘积。αFW=FScosα功只有大小没有方向是标量。功的单位是“焦耳”1焦耳（J）=1牛顿·米（N·m）功率：反映做功快慢的物理量。平均功率:瞬时功率：功率的单位为“瓦特”1瓦特=1焦尔/秒讲解：XX例题一举重运动员以150公斤的力将100公斤的杠铃举起，杠铃的垂直位移为2米，求杠铃受合力所做的功？解：先算正功，再算负功，然后求和。正功：W正=150×9.8×2=2040（J）负功：W负=100×9.8×2=1960（J）合力所做的功W合=W正－W负=2040–1960=980（J）答：已知：求：讲解：XX机械能1、动能平动动能转动动能2、势能重力势能弹性势能能量是标量，单位与功的单位相同为：“焦尔”讲解：XX功能原理质量为m的物体在恒力F的作用下，在光滑的桌面移动一段距离S后，速度由V0逐渐增大到V根据牛顿第二定律：F=ma匀加速直线运动定律Vt2-V02=2as即：把F、S代入功的公式得：∴力对物体所做的功等于物体动能的增量。讲解：XX机械能守恒和转化定律如果系统只有保守力（重力、弹性力）的作用，其它合外力为零，则系统总机械能保持不变。即：E2-E1=0E2=E1或：例如单杠大回环，重心轨迹是圆，半径为R，求最低点的速度。（不考虑单杠弹性、磨擦力、空气阻力）解：由机械能守恒公式得：答：讲解：XX第三节      人体运动的静力学静力学是研究物体系在外力作用下处于平衡状态的性质和行为的力学分支。讲解：XX一、人体平衡（1）力矩的概念力矩亦称“转矩”（力对点之矩）。表示力对物体作用时产生转动效果的物理量。（一）  平衡动作的定量分析rF0dpθZM0=F·d=Frsinθ力矩是力F与0点到力作用线垂距的乘积。1.力矩、力偶和力偶矩从转轴的正面看去，力矩使物体转动逆时针为正，顺时针为负。讲解：XX只有与轴既不平行也不相交的力才能使物体转动，而且起作用的仅是在垂直转轴平面内的分力zoff1f2讲解：XX（2） 力偶和力偶矩的概念大小相等、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，物体同样会产生转动，这一对力称为力偶。FFdM=±Fd逆时针为正，顺时针为负。力和力偶臂的乘积为力偶矩；讲解：XX2.受力分析在研究人体或器械的平衡问题时，首先要对研究的对象进行受力分析，即确定研究对象受到哪些力的作用，力的作用点和方向等。TNG肋木侧平衡吊环十字支撑受力分析讲解：XX3、力的平移定理可以把力平移到重心上，并且不改变对身体的作用效果，但必须附加上一个力偶，此力偶等于原力对重心之矩。这种分析方法也叫力向重心简化。在分析运动时，往往需要了解力对整个人体的作用情况，通常把力平移到重心上加以分析。d跳远起跳跳马推手动作分析时力向重心的简化。M=Fd讲解：XX4、平衡的力学条件当物体保持平衡时，作用在物体上的一切外力相互平衡，也就是物体所受合外力为零，所受合外力矩为零。“燕式”平衡保护带5、力系的简化和平衡（1）共线力系的简化和平衡（2）平面汇交力系的简化和平衡（3）共面平行力系的简化和平衡讲解：XX例题：P99体重为G1的举重运动员将重G2的杠铃放置在足支点前a处的肩上，求足支点的反作用力R和重力作用线间的垂直距离b解：本题属平面平行力系问题，可由平衡方程求解。由得：R－G1－G2=0G2=R－G1Ra－G1(a+b)=0由得：即：G2G1Rab讲解：XX（4）共面一般力系的简化和平衡合力和合力偶(主矢和主矩）：非平衡共面一般力系的简化结果是一个合力和一个合力偶。共面一般力系平衡时，三种形式：A、B、C是平面内任意三点（不共线）。例题：田经运动员后蹬中受力情况讲解：XX5、下支撑静力性动作稳定性的判定（3）稳定角：所谓稳定角就是重心垂直投影线（或称重力线）和重力至支撑面边缘相应点的连线间的夹角。稳定角愈大，物体的稳定程度愈大，即物体在某方位上平衡稳定性的储备能力愈大。（1）支撑面：在下支撑物体的平衡中，都有一定的支撑面。支撑面愈大，总的来讲物体平衡的稳定性也愈大。（2）重心的高低：重心愈低，稳定性就愈大。讲解：XX（4）平衡角一个物体是否失去平衡，取决于该物体重心垂直投影线是否落在支撑面内。平衡角等于某方位平面上稳定角的总和。（5）稳定系数讲解：XX稳定系数当K＞1时，倾倒力矩不能使物体倾倒失去平衡。当K＜1时，倾倒力矩将使物体倾倒稳定系数就定义为倾斜力开始作用时稳定力矩与倾斜力矩的比值。所以，决定下支撑平衡稳定性的因素为：稳定角（重心高度，支撑面），人体（或物体）的重量。讲解：XX（二）  平衡动作的定性分析（3）   混合支撑平衡1、根据平衡物体重力与支撑点的位置关系，平衡种类可分为：（1） 上支撑平衡（2）  下支撑平衡支撑点在重心上方的平衡，如各种悬垂。支撑点在重心下方的平衡，如手倒立。既非完全上支撑，又非完全下支撑的平衡。如肋木侧平衡。讲解：XX2、平衡物体受到外力作用偏离其平衡位置时，根据物体保持其平衡的可能性分为（4）有限度的稳定平衡讲解：XX（三）  人体平衡的特点1、人体不能处于绝对静止的状态（射击运动员）2、人体内力在维持平衡中的作用（燕式平衡）3、人体的补偿动作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对于人体来说，既要符合刚体的平衡原理，但又具有人体的平衡的生物学特征。人体是受高级神经系统控制的杠杆系统。他不仅可以保持平衡，而且在平衡遭到破坏时还能恢复平衡。（走钢丝）讲解：XX第四节人体运动的转动力学人体各环节的运动都是绕关节轴的转动。为了研究人体运动的规律性，必须在一定条件下将人体当作刚体处理。因而，转动是人体最常见的运动，是运动生物力学研究的重要方面。讲解：XX一、体育运动中人体转动动作的类型（一）  转动轴与转动的类型可分为：定轴转动和动轴转动。刚体转动时，刚体上的各点都做圆周运动，形成大小不等的同心圆，各圆的中心都位于同一直线上，这条直线叫做转动轴。定轴转动：绕相对于某参考系固定轴的转动。动轴转动：相对于某参考系其转动轴的位置方向是变化的。讲解：XX（二）  人体转动的转动轴习惯上把体外的转动轴称为实体轴，把体内的转动轴称为非实体轴。2． 非实体轴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。1． 实体轴当人体绕固定在地面上的运动器械转动时，器械就是人体转动的实体轴。例如：体操运动员在单杠、双杠、高低杠上的各种转动，这些器械就是人体转动的实体轴。讲解：XX（三）人体转动动作的基本形式4、无支点无实体轴的空中多轴向复合运动单杠等冰上旋转，篮球、铁饼、链球的转体等1、 有支点有实体轴的转动2、有支点无实体轴的转动3、无支点无实体轴的空中单轴转动前、后、侧空翻体操、跳水的空翻转体讲解：XX二、转动运动学（一）  角位移在平动运动学中常用的物理量有时间、位移、速度、加速度、常称之为线量。在转动运动学中与之相对的时间、角位移、角速度、角加速度，称之为角量。常使用度、弧度、周等作为角位移的单位。OA（t1）B（t2）讲解：XX（二）  角速度和线速度物体在单位时间内转过的角度叫角速度。角速度的单位为：“弧度/秒”。平均角速度瞬时角速度线速度讲解：XX（三）  角加速度角加速度的单位为“弧度/秒2”对运动员单杠大回环的研究表明，各阶段的角速度是变化的，大时可达到9.8弧度/秒，小时为3.4弧度/秒。如要深入研究，就必须引进描述角速度变化的物理量——角加速度。定义角加速度如下：如果在△T时间内物体转动角速度由ω0，变为ω，则角加速度：讲解：XX对于匀变速转动在t0=0时，物体的角速度为ω0，在时刻t角速度为ω，角加速度为β，那么有：物体上各点作圆周运动的切向加速度a与角加速度β的关系向心加速度与转动角加速度之间的关系讲解：XX三、转动动力学3.对于人体整体的转动，在腾空后是绕人体基本轴的转动。（一）  形成人体转动的力学条件从力学条件出发，人体转动的条件是，作用在人体上的外力对某一转轴的力矩的矢量和不为零，即：∑M≠01.绕实体轴的转动条件是对该轴的合外力矩不为零2.局部肢体绕关节轴的转动条件是阻力矩之和不为零。单轴、双轴、多轴。讲解：XX（二）  人体的转动惯量1.转动惯性，平动物体惯性的大小用物体的质量来量度。转动物体同样也具有惯性。在力学中，物体转动惯性的大小是用“转动惯量”来描述的。理论上，对于质量为m的质点，如果它离转轴的垂直距离为r，那么这个质点对该转动轴的转动惯量I=mr2为：一般物体可视为质点的集合，转动惯量为各质点对该转动轴的转动惯量的总和。I=m1r12+m2r22+‥‥+mnrn2=∑miri2讲解：XX（三）  局部肢体的转动动作为增大肢体的转动效果，通常采用以下途径：1.增加肌肉对骨杠杆的拉力矩2.减小机体的转动惯量讲解：XX（四）  人体整体转动动作在体育运动中，产生和加大人体整体的转动动作的方法通常有以下三种：1.利用助跑平动时身体某点的制动2.加大偏心力矩的作用3.利用动量矩的转移加大转动动作的效果讲解：XX五、人体在无支撑状态下的转动动作1.肢体的相向运动：（1）在跑步中，肩轴同髋轴的相同转动（2）站在凳子上的人（3）挺身式跳远的空中动作2.空中角速度的改变腾空状态中某些要求角速度变化的动作，可以通过改变转动惯量I来实现（一）  动量矩守恒定律——腾空状态时人体转动动作的基本力学原理（二）  动量矩守恒定律的应用讲解：XX六、转动作用在体育中的应用当高速旋转的球体在空气飞行时，由于流体的作用，使球的飞行方向发生弯曲。（一）  定向作用因此转动体在不受外力矩作用时，具有保持其转轴方向不变的这一特性，称为转动体的定向作用。自行车、铁饼、射出的高速旋转子弹花样滑冰的旋转动作（二）  弯曲作用讲解：XX（三）  旋转和反弹1.不旋转球体的反弹：（1）正撞时（2）斜撞时2.旋转球体的反弹（1）前旋球体的反弹（2）后旋转体的反弹（3）左、右侧旋球体的反弹讲解：XX第五章动作技术的生物力学第二节分析研究动作技术的一般方法（一）划分动作技术的范围（二）划分动作阶段划分动作阶段的依据1、肌肉工作形式等解剖学条件2、作用力的性质3、动作方向4、动作的任务和性质5、人体工作环境一、了解动作技术的一般过程讲解：XX（三）确定动作技术的特征画面（四）明确各动作阶段的相互影响及其作用二、明确动作技术所要达到的目的三、明确动作技术的关键环节四、揭示动作技术的生物力学特征技术、战术，（美国女排的研究）吊环正吊两周的研究讲解：XX五、做出结论（一）揭示动作技术的一般测试结果（二）揭示生物力学原理（三）揭示高水平运动员动作技术的生物力学特征（四）对完成动作技术做出生物力学诊断讲解：XX讲解：XX讲解：XXEdwardMuybridge(1830-1904)Pioneerinhigh-speedphotography“HorseinMotion”1877年讲解：XX讲解：XX讲解：XX讲解：XX讲解：XX讲解：XXMovementAnalysis讲解：XX讲解：XX讲解：XX讲解：XX理想翼黑秃鹫在翱翔时展开的翼快速滑翔时的翼后掠角讲解：XX原虫门，海蝎子无颚鱼有甲鱼多刺鱼较高等的有骨鱼Osteolepis有肺鱼软骨鱼杀人鲸讲解：XX讲解：XX生物材料研究1、人造骨材料金属—陶瓷—陶瓷包金属—生物材料—生物降解材料2、我国已研制成功生物降解材料新华社武汉2001，2，24报道：“生物可吸收聚乳酸/羟基磷灰石骨折内固定件的中试”项目今天通过鉴定。武汉理工大学李世普教授主持科研。特点：生物相容性，力学强度，可显影讲解：XX机器人研究讲解：XX假肢研究讲解：XX步态立体分析讲解：XX讲解：XX讲解：XX讲解：XX讲解：XX感谢您的阅读收藏，谢谢！