1、運動生物力學運動生物力學任課教師：李再菊 第一章 運動生物力學概論 第二章 人體運動實用力學基礎 第三章 骨、肌肉的力學特性及人體基本活動 第四章 人體運動數據采集及處理 第五章 動作技術的生物力學 第一章 運動生物力學概論 二、運動生物力學的任務和內容 四、運動生物力學的發展簡史 一、運動生物力學的概念三、運動生物力學的指導思想 一、運動生物力學的概念一、運動生物力學的概念 運動生物力學的概念：是以人體的解剖學、人體的生理學、力學的理論與方法，研究人體運動器系的生物力學特性和人體運動動作的力學規律以及器械機械運動力學規律的科學。最佳運動技術：是考慮個人的身體形態、機能、心理素質和訓練水平來應

2、用一般技術原理，已達到最理想的運動成績。動作技術原理：指完成某項動作技術的基本規律，它適應于任何人，不考慮運動員的性別、體型、運動素質的發展水平和心理素質的差異，是具有共性特點的一般規律。二、運動生物力學的任務和內容二、運動生物力學的任務和內容 (一)運動生物力學的任務有以下幾點： 1、研究運動員身體結構和機能的生物力學特征，以生物力學的觀點來研究運動器科學官系統、呼吸系統、循環系統和神經系統的結構及身體運動素質的力學特征，并考慮不同年齡、性別訓練水平和心理特點來評價其運動能力2、研究各項動作技術，確立動作技術原理，建立動作技術模式指導教學和訓練，在體育教學中，講清楚動作技術原理是非常重要的，

3、要使學生懂得怎樣做何為什么要做3、結合運動員個人的身體形態、機能和運動素質等的特點，研究適合個人的最佳運動技術和進行動作技術診斷，對高水平運動員的動作技術進行生物力學分析，可以總結出共性的一般原理，對各個運動員的動作技術進行診斷，發現其個人的技術特點和存在的問題，提出改進技術的措施。4、探索預防運動創傷和康復手段的力學依據 通過對人體結構和機能的力學研究和對動作技術的生物力學分析，能揭示運動器官的形態結構與機能相一致的關系。 5、設計和改進運動器械 運動實踐中，人體位移或器械的飛行，都是人體育運動場地或器械兩物體相互作用的結果(二)運動生物力學的內容： 1、運動生物力學概論 2、人體運動實用力

4、學基礎3、骨、肌肉及人體基本活動的生物力學基礎4、人體運動數據采集級處理5、動作技術的生物力學分析三、運動生物力學的指導思想三、運動生物力學的指導思想1、發展的觀點2、對立統一的觀點3、內外力相互作用中內力起主導作用的觀點4、低級運動形式受控于高級運動形式的觀點。高級運動形式即思維活動。人體的機械運動又表現為兩種形式：人體自身發生的形變；相對于其周圍的環境而發生的位因此，在研究活體系統的運動時要注意到各種力對生物體所做的功，即消耗于整體的位移，又消耗于自身的形變。這正是我們用生物力學和力學的觀點來研究人體運動的可行性與必要性。 運動生物力學發展簡史1最早對人和動物運動的力學問題進行研究的是古希

5、臘哲學家和自然科學家阿里士多德2最早提出：大腦-運動沖動-神經-肌肉-關節運動理論的是意大利著名醫生加倫3提出人體運動必須服從力學定律的觀點的是：意大利科學家達芬奇。4第一部運動生物力學著作是：意大利醫生解剖學家阿鮑列里論動物的運動。5最早采用照相技術對人體運動進行研究的是法國生理學家馬勒。6影片分析萌芽是指1877年美國的麥布里奇第一次用24架照相機按順序拍攝了騎馬奔跑的連續動作。7首次提出從神經控制論觀點來研究人體運動的是蘇聯的伯恩斯坦。論動物的結構8因對肌肉力學進行分析而獲得諾貝爾獎是英國的生理學家希爾。 第一章第一章 人體運動實用力學基礎人體運動實用力學基礎 第一節第一節 人體運動的運

6、動學人體運動的運動學 為了方便研究人體的運動，必須對人體進行簡化處理，建立人體的簡化模型，下面就介紹幾種常見的簡化模型。 一一 人體的簡化模型人體的簡化模型 (一一 )退化模型（可變剛體系）退化模型（可變剛體系） 這種模型是把人體的200多個環節簡化為若干個環節，(15個環節) ，并把每個環節抽象為剛體（用理想的幾何圖形的特征代表人體的環節）組成可變剛體系。各個環節都有理想的幾何外形，再根據人體環節的幾何數據（長、高、寬）和慣性數據（質量、慣量、質心位置）對給出的參數進行數學表達。形狀如圖 （二）瘦化模型（可變質點系）（二）瘦化模型（可變質點系）當人體各個環節的運動效應不明顯時，可以把環節的運

7、動看作一個質點的運動或者說把環節運動看作環節質心的運動，這樣，上面的模型可以簡化為一個由15個質點組成的質點系。 （三）簡單模型（質點）（三）簡單模型（質點） 就是把人體看作一個質點，分析人體重心的軌跡。如跳高、跳遠就是把人體看作一個質點。 條件：人體各環節的運動效應不明顯，相對于整個人體整體運動而言可以忽略。 （四）隨機模型（四）隨機模型 以觀察、統計為基礎而建立的數學模型。 二二 運動的相對性及參考系運動的相對性及參考系 辯證唯物主義認為運動是絕對的。但是，如何對物體運動進行描述是擺在我們面前的一個問題。（一）運動的相對性（一）運動的相對性我們之所以判斷汽車是運動的是因為我們把它跟自己或者

8、路邊的樹木或建筑物而言，汽車是運動的，這說明運動是絕對的，而不是相對的。運動具有相對性，為此我們對物體的機械運動界定為一個物體相對于另一個物體的位置改變。（二）參考系與坐標系（二）參考系與坐標系 1 、參考系：描述物體運動時選定的參照物體或物體群。慣性參考系：相對于地球靜止或作勻速直線運動的參考系；非慣性參考系：相對于地球作變速運動的參考系。 2 、 坐標系：在體育運動中常用的坐標系市直角坐標系。這種坐標系通常有三種：一維坐標：描述直線運動；二維坐標：描述平面運動；三維坐標：描述空間運動。三三 人體運動的基本概念和運動形式人體運動的基本概念和運動形式（一）軌跡、路程、位移（一）軌跡、路程、位移

9、 1、軌跡：質點運動的路徑。例：百米跑中，人體總質心的軌跡是一條直線；跳遠時人體總質心的軌跡為拋物線。 2、路程、位移 路程為標量；位移為矢量。 （二）人體的運動形式（二）人體的運動形式關于人體運動的運動形式有兩種劃分方法：1、把人體簡化為質點按質點運動軌跡分為直線運動和曲線運動； 2、把人簡化為剛體，按機械運動的形式分為平動、轉動和復合運動 1、直線運動和曲線運動 勻速直線運動1直線運動 勻變速直線運動 變速直線運動 非勻變速直線運動 圓周運動(軌跡是一個圓)2曲線運動 斜拋體運動：軌跡為拋物線 2、平動、轉動、復合運動 1平動：剛體上任一兩點的連線保持平行而且長度不變的運動。包括直線平動和

10、曲線平動 直線平動 曲線平動 2轉動：運動過程中，物體上各點都繞同一條直線（即轉軸）做圓周運動。 3復合運動：平動和轉動相結合的運動。在研究中，通常將復合運動分解為平動和轉動兩部分分別討論。四 人體的速度和加速度（一） 速率、速度 1、速率和速度都是用來描述物體運動快慢的物理量。 速率是標量； 速度是矢量。 2、瞬時速度：是物體某一時刻或通過運動軌跡上某一點的速度，又叫即時速度。在我們對運動技術進行生物力學分析時，往往關心的就是瞬時速度和瞬時速率，例如在投擲項目中器械的出手速度，瞬時速度的計算方法為：逐漸逼近法和極限分割法。為了描述運動員的速度變化特點，通常采用的分段測量運動員的平均速度，如：

11、把100米分為10段、20段、100段、1000段每段為10米、5米、1米、0.1米每段長度愈短求出的平均速度越接近瞬時速度，當時間間隔t接近0時，平均速度就等于瞬時速度。（二）加速度 速度只是研究描述物體運動快慢的物理量，而速度的變化應用加速度來描述。 加速度 瞬時加速度：和求瞬時速度的方法一樣又叫加速度 平均加速度：a 恒定不變 為勻變速直線運動（三）運動的合成與分解 如果我們在研究物體的運動時，遇到比較復雜的情況如物體的復合運動，應該怎么處理？ 為什么我們可以對運動進行合成與分解呢？ 這是因為物體的運動遵循一定的原理。 1 、運動的獨立性原理又稱為運動的疊加原理。 內容：若一個物體同時參

12、與幾個運動（稱為分運動）則每一個分運動不受其他分運動的影響。物體的運動是由各個彼此獨立分運動疊加而成的，舉例說明（略）。這是物體運動合成與分解的理論基礎。常用的方法是平行四邊形法則和直角坐標法。對運動合成與分解一般是速度的合成與分解。 2、速度矢量的合成與分解 1) 速度的合成：已知兩分運動的速度（分運動），求合運動的速度。 2) 速度的分解速度的分解同樣遵循平行四邊形原則，即以合速度為對角線作平行四邊形而的分速度。一般采用正交分解法，即把合速度分解為豎直方向和水平分量。 不僅速度可以進行合成與分解，任何矢量都可以進行合成與分解，且遵循平行四邊形原則。在體育運動中，人體運動是非常復雜的。 3、

13、質點的復合運動 （1）質點的絕對運動：運動著的質點（動點）相對于靜參考系的運動； （2）質點的相對運動：運動著的質點（動點）相對于動參考系的運動； （3）質點的牽連運動：動參考系相對于靜參考系的運動。 舉例：籃球行進間投籃：籃球相對于人的運動是相對的；籃球相對于地面的運動是絕對運動；人相對于地面的運動是牽連運動。 絕對運動、相對運動、牽連運動的關系可以如下表示： 動點 相對運動 絕對運動 動系 牽連運動 靜點（四）運動的描述方法 在運動生物力學，對運動的描述采用運動方程、圖象法和表格法。 1、運動方程 運動方程是人們根據對物體的研究加以總結，用數學公式（運動方程）來描述物體運動規律的一種公式。

14、如勻速直線運動公式就能描述作勻速運動的特殊規律，而自由落體公式，描述物體以每9.8米/秒2 加速度作勻加速運動的特殊規律。 2、圖像法： 1運動軌跡曲線 2位移時間曲線 3速度時間曲線 4加速度（非勻變速）曲線3、表格法四 人體和器械的斜拋運動 自由落體和豎直上拋都是拋體運動的特例，實際上在體育運動中最常見的是斜拋體運動（一）斜拋體運動的基本公式設拋體的拋射出初速度為v0 ,與水平面成角。以拋射點為坐標原點建立坐標系，如圖所示： y 沿豎直方向（沿y軸）的位移公式：v0y v0 y= v0sint1/2gt2v0 y h x= v0cost v0 x= v0cos x v0y =v0sin-g

15、t由以上四個運動方程，我們可以計算出拋物線運動的拋射距離、高度和飛行時間等參數。 （二）體育運動中常見的斜上拋運動(p193頁) 1、拋點與落點在同一水平面上的斜上拋運動。例如足球中發球門球。根據拋射體運動的基本公式，它的運動方程為：因為此時y=0,x=s(水平位移值)得： 0 = v0sint1/2gt2 s = v0cost 速度分量公式： v0 x = v0cos v0y = v0sin-gt 2、拋點高于落點的斜上拋運動 設拋點比落點高h ， 如圖所示： 首先，把拋點取為坐標原點，建立直角坐標系。 （1）全程飛行時間t（即騰空時間） t = t1 + t2 t1為上升到最高點d所需要時

16、間：t1 = v0sin/g t2 為由最高點d下落到落點c所需時間，這個過程在豎直屬于自由落體運動，下落的總位置為 h+h，由自由落體運動方程： s = gt2/2 可得 h+h = gt22/2 即下落的時間 t2 = 2(h+h)/g h = gt12/2 h = v02sin2/2g 將 h = v02sin2/2g代入t2 = 2(h+h)/g t2 = (v02sin2+2gh)/g2 故全程飛行時間 ： t = t1 + t2 t =（v0sin+ v02sin2+2gh ）/g s1 =（v02sincos+ v0cos v02sin2+2gh ）/g 水平距離: s1 = v

17、0cost 實踐距離： sm = s1 + s2 （ s2 為實測 ） 3、拋點低于落點的斜上拋運動（學生自己推） 例如：跳馬第一騰空運動的軌跡；籃球投籃。 t =（v0sin+ v02sin2-2gh ）/g s=（v02sincos+ v0cos v02sin2-2gh ）/g（三）拋射體運動的規律1、影響拋射體遠度的因素1 1) 當拋點和落點在同一水平面上的斜拋體運動 （學生自己推）p195 2)當拋點和落點不在同一水平面上的斜拋體運動 主要取決于出手的速度、角度、高度。 2、影響拋射體高度的因素：主要取決于：出手的速度與角度。五 、運動學量的特性 （一）瞬時性 （二）矢量性 （三）相對

18、性 （四）獨立性以上四個特性不是孤立的，并且在同一問題中同時出現。作業作業: 1在籃球比賽前在籃球比賽前,裁判員常用籃球的反彈高度來檢驗所用籃球充氣是否合適裁判員常用籃球的反彈高度來檢驗所用籃球充氣是否合適.若裁判員若裁判員將球從將球從1.6米的高度自由落下米的高度自由落下,且籃球與場地碰撞后以落地速度的且籃球與場地碰撞后以落地速度的7/8為初速度豎直向上彈起為初速度豎直向上彈起,求求:籃球的反彈高度籃球的反彈高度? 2運動員垂直縱跳運動員垂直縱跳,若蹬伸階段身體重心垂直位移若蹬伸階段身體重心垂直位移0.5米米,蹬伸時間蹬伸時間0.2秒秒,求求:他的起跳他的起跳速度和重心上升的高度速度和重心上升的高度. 3在射箭比賽中在射箭比賽中,射箭中靶前的速度為射箭中靶前的速度為40米米/秒秒,箭在靶中穿行箭在靶中穿行0.10米而靜止米而靜止,若箭在靶若箭在靶中的運動為勻減速運動中的運動為勻減速運動,求求:中靶后箭的加速度和運動時間中靶后箭的加速度和運動時間 4 4運動員起跑后運動員起跑后, ,在在2 2秒末達到秒末達到8 8米米/ /秒