運(yùn)動生物力學(xué)在體育運(yùn)動中的應(yīng)用

第一頁，共二十四頁，編輯于2023年，星期二1.運(yùn)動生物力學(xué)的概念2.運(yùn)動生物力學(xué)的發(fā)展過程與研究內(nèi)容3.運(yùn)動生物力學(xué)與其它學(xué)科的關(guān)系4.運(yùn)動生物力學(xué)在競技體育中的應(yīng)用5.運(yùn)動生物力學(xué)在康復(fù)醫(yī)學(xué)中的應(yīng)用第二頁，共二十四頁，編輯于2023年，星期二第一節(jié)概述運(yùn)動生物力學(xué)是研究體育運(yùn)動中人體機(jī)械運(yùn)動規(guī)律的科學(xué)。運(yùn)動生物力學(xué)要具體回答人體完成各項(xiàng)運(yùn)動動用時是怎樣運(yùn)動的和為什么會運(yùn)動，同時也要研究影響人體運(yùn)動的外界條件（如體育場地質(zhì)量及各種訓(xùn)練和比賽的器材設(shè)備等）與運(yùn)動技術(shù)的關(guān)系。根據(jù)人體的形態(tài)和機(jī)能的特點(diǎn)，結(jié)合對運(yùn)動場地、器材的改進(jìn)，研究最合理、最有效的運(yùn)動技術(shù)，以求達(dá)到最好的運(yùn)動成績。第三頁，共二十四頁，編輯于2023年，星期二20世紀(jì)30年代，英國生理學(xué)家Hill通過研究建立了肌肉收縮的力量-速度方程，獲得諾貝爾獎金，奠定了生物力學(xué)的基礎(chǔ)。第四頁，共二十四頁，編輯于2023年，星期二運(yùn)動生物力學(xué)的任務(wù)1、研究各項(xiàng)動作技術(shù)特點(diǎn)，動作技術(shù)原理，建立動作技術(shù)模式來指導(dǎo)教學(xué)和訓(xùn)練。2、結(jié)合運(yùn)動員個人的身體形態(tài)、機(jī)能和運(yùn)動素質(zhì)等的特點(diǎn)，研究適合個人的最佳技術(shù)方案和進(jìn)行動作技術(shù)診斷。3、探索預(yù)防運(yùn)動創(chuàng)傷和康復(fù)手段的力學(xué)依據(jù)。4、設(shè)計(jì)和改進(jìn)運(yùn)動器械。第五頁，共二十四頁，編輯于2023年，星期二運(yùn)動生物力學(xué)的研究層次與內(nèi)容運(yùn)動學(xué)動力學(xué)靜力學(xué)轉(zhuǎn)動力學(xué)流體力學(xué)骨杠桿肌肉收縮力學(xué)環(huán)節(jié)運(yùn)動人體運(yùn)動數(shù)據(jù)采集與處理動作技術(shù)分析第六頁，共二十四頁，編輯于2023年，星期二第二節(jié)人體運(yùn)動的力學(xué)基礎(chǔ)一、人體運(yùn)動的運(yùn)動學(xué)以經(jīng)典牛頓力學(xué)理論為基礎(chǔ)，把人體近似地看成質(zhì)點(diǎn)（只有質(zhì)量，忽略大小、形狀等）和剛體（形態(tài)不變的連續(xù)質(zhì)點(diǎn)）進(jìn)行研究。主要解決的是速度、加速度等問題。第七頁，共二十四頁，編輯于2023年，星期二如拋物線運(yùn)動水平加速度為零，垂直加速度為g水平方向?yàn)榈人俣冗\(yùn)動

Vx=V0Cosθ垂直方向?yàn)榈燃拥燃铀俣冗\(yùn)動

Vy=V0Sinθ-gt水平距離

R=Max(X)=V02Sin2θ/g當(dāng)出射角為45°時，水平距離最遠(yuǎn)垂直高度H=Max(Y)=V02Sin2θ/2g當(dāng)出射角為90°時，

垂直高度最高第八頁，共二十四頁，編輯于2023年，星期二若初始高度高于落地高度(h>0)，則使水平距離最遠(yuǎn)的出射角小于45°鉛球、鐵餅、標(biāo)槍的出射角略小于45°跳遠(yuǎn)的起跳角<45°(約20°)第九頁，共二十四頁，編輯于2023年，星期二二、人體運(yùn)動的動力學(xué)運(yùn)動學(xué)描述人體或器械在空間和時間上的運(yùn)動狀態(tài)及變化規(guī)律，是外部幾何性質(zhì)的描述。動力學(xué)研究的則是人體運(yùn)動的動力與原因。1、牛頓第一運(yùn)動定律（慣性定律）任何物體，在不受力作用時，都保持靜止?fàn)顟B(tài)或均速直線運(yùn)動狀態(tài)。如在長距離游泳、賽跑中保持速度穩(wěn)定；在上舉杠鈴、撐竿跳等動作的連貫性要求，都是其應(yīng)用。第十頁，共二十四頁，編輯于2023年，星期二2、牛頓第二運(yùn)動定律∑F=ma主要進(jìn)行運(yùn)動中阻力、作用力及加速度方面的計(jì)算。如測力臺與影片解析中參數(shù)的計(jì)算。3、牛頓第三運(yùn)動定律FAB=－FBA釘鞋、起跑器的設(shè)計(jì)為這一定律的應(yīng)用。第十一頁，共二十四頁，編輯于2023年，星期二4、動量定理、動量守恒定律應(yīng)用動量：速度與質(zhì)量的乘積。K=m×V（Kg·m/s）沖量：作用于物體的力與作用時間的乘積。I=F·⊿t（N·s）動量定理：物體在運(yùn)動過程中，在某段時間內(nèi)動量的改變等于所受合外力在這段時間內(nèi)的沖量。⊿K=I投擲項(xiàng)目器械出手前保持最大用力同時，延長力的作用時間。游泳運(yùn)動員屈臂“S”型劃水。運(yùn)動中力學(xué)參數(shù)計(jì)算。第十二頁，共二十四頁，編輯于2023年，星期二動量守恒定律物質(zhì)系統(tǒng)在不受外力作用或受外力之和為零時，其總量保持不變。當(dāng)F·⊿t=0時，mVt－mV1=0在碰撞及力量傳遞方面應(yīng)用。如鞭打動作，大環(huán)節(jié)帶動小環(huán)節(jié)，借近側(cè)環(huán)節(jié)制動加大遠(yuǎn)側(cè)環(huán)節(jié)速度。第十三頁，共二十四頁，編輯于2023年，星期二三、人體運(yùn)動的靜力學(xué)主要研究運(yùn)動中的平衡問題力矩（轉(zhuǎn)矩）：表示力對物體作用時產(chǎn)生轉(zhuǎn)動效果的物理量，力與力臂的乘積。第十四頁，共二十四頁，編輯于2023年，星期二影呼平衡穩(wěn)定性的因素支撐面大，穩(wěn)定支撐面小，不穩(wěn)定第十五頁，共二十四頁，編輯于2023年，星期二較穩(wěn)定較不穩(wěn)定重心高重心位于支撐面邊緣最不穩(wěn)定第十六頁，共二十四頁，編輯于2023年，星期二四、人體運(yùn)動的轉(zhuǎn)動力學(xué)1、轉(zhuǎn)動運(yùn)動學(xué)研究角位移、角速度和線速度、角加速度等。2、轉(zhuǎn)動動力學(xué)轉(zhuǎn)動慣量與物體的質(zhì)量、質(zhì)量的分布及轉(zhuǎn)軸的位置有關(guān)。第十七頁，共二十四頁，編輯于2023年，星期二五、人體運(yùn)動中的流體力學(xué)1、浮力原理（阿基米德定律）浮體所受的浮力數(shù)值等于它所排開的液體的重量，方向向上。第十八頁，共二十四頁，編輯于2023年，星期二2、阻力：空氣迎面阻力：F=1/2ρ·S·Cd·V2在水中有形狀阻力、摩擦阻力、波浪（興波、碎波）阻力。如自行車輪設(shè)計(jì)、鯊魚裝設(shè)計(jì)等。第十九頁，共二十四頁，編輯于2023年，星期二3、馬格努斯效應(yīng)旋轉(zhuǎn)前進(jìn)的球體，受轉(zhuǎn)動引起的環(huán)流和平動引起的片流雙重作用，上下層氣流速度不同，而引起受力偏轉(zhuǎn)方向的現(xiàn)象。如乒乓球的弧旋球、足球的香蕉球。第二十頁，共二十四頁，編輯于2023年，星期二第三節(jié)人體運(yùn)動數(shù)據(jù)采集與技術(shù)分析一、運(yùn)動生物力學(xué)主要的測試儀器運(yùn)動生物力學(xué)的數(shù)據(jù)采集和處理可分為四大類：運(yùn)動學(xué)參數(shù)—高速攝影機(jī)、高速錄像動力學(xué)參數(shù)—三維測力臺肌肉工作特征