运动生物力学研究应以体育动作为核心,运动生物力学作为体育科学学科体系中的一门交叉学科,是以机能解剖学、运动生理学和力学的理论与方法,研究人体运动器系的生物力学特征,人体运动动作的力学规律以及运动器械机械力学规律的科学。
古希腊被称为“运动学之父”的亚里士多德,是最早开始认识人体重心的作业和杠杆原理。
意大利科学家达·芬奇指出:一切能够运动的活体都遵从力学的定论而行动。
意大利数学家和天文学家阿·鲍里利曾著《论动物的运动》一书
美国生物力学家斯坦特勒是“现代运动解剖学和生物力学之父”
1871年美国摄影师伊·梅布里奇,1901年,发表了著名的《运动中的人体的图像集》,从而奠定了运动生物力学参数摄影分析测量的方法基础。
俄国学者谢切诺夫在《人体功能运动概论》中阐述“人体运动装置的结构是骨杠杆,产生杠杆运动的是肌肉张力及其神经支配”等观点
英国生理学家希尔取青蛙的缝匠肌为试样,测量肌肉在缩短过程中的肌张力、肌缩短速度、肌
肉产生的热量及肌肉维持孪缩状态所需的热量,并按热力学第一定律建立了希尔方程,因此获得诺贝尔生理学奖
任何一门发展相对完善的学科,必须具备两个条件,第一是要有自身比较完整的学科理论体系,第二是要有自身系统的研究方法
人体运动生物力学参数包括人体惯性参数、运动学参数、动力学参数以及生物学参数
人体惯性参数是指人体整体及环节的质量、重心位置、转动惯量及转动半径。
环节划分方法有2种,一种是以人体的结构功能为依据,分割环节的切面通过关节转动中心,并以关节中心间的连线作为环节的长度;另外一种是以人体体表骨性标志点作为划分环节的参考标志,并以此确定环节长度
人体惯性参数测量方法归纳分为尸体测量法、活体测量法、数学模型计算法
活体研究的传统方法有:水浸法、称重法、数学模型法、放射性同位素法、CT法、核磁共振(MRI)等
人体运动的运动学参数包括时间参数t、空间参数s、时空参数v。v=s/t
惯性参数系是指以地球或相对于地球静止不动的物体或做匀速直线运动的物体作为参考系,通常又称为静系参系
非惯性参考系是指以相对于地球做变速运动物体,或者说以相对于惯性参考系做变速运动的物体作为参考系,通常称为动参考系。
运动学参数包括位移、角位移、速度、角速度、加速度、角加速度等,利用摄影(像)方法来采集运动学参数的主要测量方法有平面定点定机摄影(像)法、平面定点跟踪摄影(像)法、平面定轨跟踪射影(像)法、立体定点定机射影(像)法、立体定点跟踪射影(像)法等
根据力的作用线与人体质心的位置关系,人体受力又分为正心力和偏心力。力的作用线通过人体质心的力称为正心力。如重力、跳水;力的作用线不通过人体质心的力称为偏心力,如摩擦力
人体动力学参数具有一般刚体动力学参数的独立性、瞬时性、隐含性等特性外,还具有生物
材料所具备的特性
足底压力测试系统是一种测量足底压力分布的专业设备。可应用于:1.测试在真实环境下各种运动的足底压力分布,诊断足底疾病;2.糖尿病足溃疡的早期诊断和预防3.矫形鞋垫和健康鞋的功能评价4.步态的研究
根据外力作用的不同,人体骨骼的受力形式可分为拉伸、压缩、弯曲、剪切、扭转和复合载荷几种形式
疲劳骨折是一种在运动中常见的低应力性骨折,例如行军骨折。
关节的基本功能是传递人体运动的力和保证身体各部分间的灵活运动。
关节软骨的力学性能:主要功能是减小关节活动时的阻力(润滑关节),减小关节而负载时的压强(适应关节面),减轻震动(缓冲)。
在病理条件下关节软骨的渗透性增大,会出现关节积水、疼痛等与关节软骨力学性能变化有关的症状。
粘弹性体相对于弹性体来说具有如下的三个特征:1.应力松弛。当物体突然发生应变时,若应变保持一定,则相应的应力会随时间的增加而下降。2.蠕变。当物体突然产生应力时,若应力保持一定,则相应的应变会随时间的增加而增大。3.滞后。在加载载荷和卸载过程中,应力应变关系不相同,即受力和恢复的状态不同。
椎间盘为密闭性“弹簧垫”,由相邻椎体上、下面的软骨终板、纤维环及髓核组成。
摆动的主要目的有:一是增加全身活动协调性,保持人体平衡;二是增加动作效果
人体处于腾空无支撑状态时,完整动量矩守恒的条件。动量矩是矢量,其方向为角速度w的方向。无论人体空中动作多么复杂,其总动量矩完全由腾空瞬间的初始条件所决定。借助人体姿态的变化和环节的相对运动,可以实现人体的转动速度的变化和动量矩在基本轴间的转移,但是,人体的总动量矩的大小和方向均守恒。(当M=0时,Jm=恒矢量)
在体育动作中,当希望环节链末端产生极大的速度和力量时,肢体的动作形式往往表现为由近端环节到远端环节依次加速与制动,各环节的速度也表现为由近端到远端的依次增加。人们把这种在克服阻力或自体位移过程中,肢体依次加速与制动,使末端环节产生极大速度的动作形式成为鞭打动作
人体鞭打动作不同于实际鞭子抽打主要表现在:1.人作为生物体,在鞭打动作过程中是一个有人的意识参与的过程。2.人体远端环节获得更大速度的原因除了来自近端环节动量矩的传递外,还有远端环节肌肉的主动收缩。3.人体作为生物体其关节结构有其自身的解剖学特点,由于受到人体关节解剖学特点的影响,人体鞭打动作不能像实际鞭子抽打那样随意运动,而表现为一定自由度内的运动。
超等长收缩之所以能够爆发出强大的力量,主要取决于两个重要原因:1.肌肉离心收缩弹性能量的产生、储存以及向心收缩时储存弹性势能的再利用程度2.运动神经中枢对肌肉的放射性调节作用。
人体要想获得良好的鞭打动作效果应重点抓住三个关键因素:1.肌肉的牵拉长度2.肌肉的牵拉速度3.离心-向心收缩的耦联时间
相向动作:人体在腾空状态,由于肌的收缩使身体两部分同时向相反方向转动。如挺身式跳远空中动作过程、排球空中大力扣(发)球动作
缓冲动作:肢体末端环节与外界发生相互作用,肢体由伸展到屈曲以延长力的作用时间减少冲力作用或控制外界物体的动作。
蹬伸动作:人体在有支撑的状态下,下肢各环节积极伸展,配合以正确的摆臂技术,给支撑面施加压力,以获得较大支撑反作用力的动作过程。
根据支点相对于人体重心的位置不同,将人体平衡分为:上支撑平衡、下支撑平衡、混合支撑平衡
上支撑平衡:当人体处于平衡,且支点在人体重心的上方。如体操中的各种悬垂动作。
下支撑平衡:当人体处于平衡,且支点在人体重心的下方。如站立、田径、游泳、举重等。
混合支撑平衡:是一种多支撑点的平衡状态,这时有的支撑点在人体重心上方,有的支撑点在人体重心的下方。如肋木侧身平衡。
根据平衡的稳定程度可以把人体平衡分为:稳定平衡、不稳定平衡、有限度的稳定平衡、随遇平衡
稳定平衡:人体在外力作用下偏离平衡位置后,当外力撤除时,人体自然回复平衡位置,而不需要通过肌肉收缩恢复平衡。
不稳定平衡:人体在外力作用下偏离平衡后,当外力撤除时,人体不仅不能回复原来的平衡位置,而且更加偏离平衡位置。
有限度的稳定平衡:人体在外力作用下,在一定限度内的偏离平衡位置时,当外力撤除时,人体回到平衡状态,但是当偏离平衡位置超过某一限度时,人体失去平衡。
随遇平衡:物体在外力作用下偏离平衡位置,当外力撤除后,物体既不回到原来位置,也不继续偏离新位置,而是在新位置上保持平衡。
人体处于平衡状态的力学条件是人体受到的合外力等于0,人体受到的合外力矩等于0。
流体的特征:流动性、粘滞性
伯努利方程的物理意义:在重力作用下理想不可压缩流体,定常流动时,沿流线单位质量流体的总机械是守恒的。
流动总阻力包括:摩擦阻力、压差阻力、兴波阻力和惯性阻力。
简答:
一、 学科的主要任务是:
1. 研究人体结构与运动功能的关系
2. 研究人体运动技术的规律
3. 研究人体运动技术的最佳化
4. 设计与改进运动器械
5. 研究运动损伤的力学原因
二、 摆腿和摆臂动作在跳高项目中的意义:
1. 协调人体动作,维持身体平衡
2. 摆动所产生的惯性力可反射性地加大地面对人体的支撑反作用力
3. 摆动的结果提高了起跳离地瞬间的身体重心的高度
4. 摆动动作的突停,可促进摆动肢体的动量矩向全身的转移
三、 缓冲过程是物体因受冲量作用而产生动量变化,在动作特征上表现为:
1. 延长力的作用时间,减小对人体的冲击力
2. 促使非代谢能的产生与利用
3. 缓冲动作与人体解剖特点有关
4. 利用器械,增加缓冲效果
四、 影响人体平衡的力学因素:
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1. 支撑面。支撑面是由各支撑部位的表面及它们所包围的面积。支撑面越大,物体平衡的稳定性就越好。
2. 重心高度。重心越低,稳定性越好。上述两个因素,可以用稳定角的概念来表示支撑面和重心高度对人体的影响。稳定角是重心作用线和重心至支撑面相应边界的连线之间的夹角。
3. 体重。在摔跤、拳击、柔道这些项目中运动员按体重分级的原因是体重对人体的稳定性也有影响。
五、 影响人体平衡的生物学因素:
1. 人体不能绝对静止
2. 人体有效支撑面小雨支撑面
3. 人体具有一定的自身平衡调节能力
4. 人体平衡受心理因素的影响
5. 人体平衡动作消耗肌肉的生理能
六、 影响跳跃的主要生物力学因素:
1. 主动肌的功率
2. 身体重心的高度
3. 体重
4. 关节的运动幅度
七、 怎样才能加快摆腿的速度:
1.增加摆动腿的转动力矩。根据转动定律,物体转动的角加速度跟力矩成正比,跟物体转动惯量成反比,在转动惯量一定时,力矩增大,角加速度增大;二是减小转动肢体的转动惯量。转动惯量等于转动物体的质量乘以转动半径的平方,对于转动的肢体,质量是一定的,因此,主要是应当缩短肢体的转动半径以减小转动惯量。
因此,在加大摆腿力量和幅度的基础上,要缩短转动半径,半径越短,则转动惯量越小,因而角加速度越大,即转动越快。所以正确的摆腿动作,在摆动腿向前摆动时,大、小腿要折叠,以减小摆动腿的转动惯量,优秀短跑运动员的摆动腿前跟往往可触及臀部。
判断21-21、22-23、50-51、67-68、75-76、99 、40-41、72、85-89、93
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