最新人体运动的生物力学原理
人体运动控制中的生物力学研究
人体运动控制中的生物力学研究人体运动是我们日常生活中不可缺少的一部分，然而，我们如何掌控运动的过程呢？生物力学研究人体运动的过程，可以更好地深入了解人体肌肉骨骼的结构功能，寻求更有效的控制方式。
第一段：人体运动控制的现状人类的身体是由骨骼、肌肉、肌腱、关节等多个部分组成的。
人体运动是由神经系统和肌肉系统协同作用完成的，人体内部医学科学家已经证实了许多神经的功能以及神经和肌肉的运作模式的规律。
通过对人体运动过程的研究，可以确定肌肉的力量大小和方向、长度和速度，以及骨骼的运动轨迹和变量等信息。
基于这些数据，科学家可以更好地了解人体运动控制的特点和原理，从而研究出更科学、有效的训练和康复方案。
第二段：生物力学研究人体运动控制生物力学是研究生物体结构、力学和动力学的科学，涵盖了机械工程、物理学、生物学等诸多科学领域。
人体运动过程中的各种力和运动，都可以通过生物力学方程式进行计算和模拟。
生物力学的研究方法包括实验研究和计算模拟。
实验研究可以通过设备、特殊环境或模型来观察和记录人体运动的过程和特点，以及受到各种条件和因素的影响。
计算模拟则是在电脑上建立模型并进行各种运动和力学模拟，得到各种数据和变量的预测和计算。
第三段：人体运动控制的应用生物力学研究人体运动控制的应用十分广泛，涵盖了运动训练、康复治疗、医疗设备和医疗技术等多个方面。
以运动训练为例，通过生物力学研究，可以确定每个肌肉的位置和力量的方向，制定科学的运动计划和训练方案，从而增强肌肉力量，提高身体的耐力和柔韧性，降低运动和锻炼的潜在风险。
康复治疗领域也可以利用生物力学技术，根据身体运动的特点和需要，设计出个性化的治疗方案、辅助训练工具和康复训练系统等。
在医疗设备和技术方面，生物力学也扮演着重要的角色。
例如，通过生物力学研究，医生能够更精确地评估肌肉和骨骼系统的功能，并用3D打印技术制作出高品质的假肢和支架等器材，替代肢体功能，缓解痛苦。
最后，人体运动控制中的生物力学研究已经引起了广泛关注。
运动生物力学
人体处在腾空无支撑的状态中,满足动量矩守恒的条件.
W运动生物力学的分析方法？
(1)系统分析的观点
(2)发展变化的观点
(3)对立统一的观点
W运动生物力学学科特征:
(1)研究对象的复杂性
(2)研究方法的综合性
(3)测量技术的先进性
(4)研究内容的实践性
W疲劳骨折的机制
骨受到低重复载荷的作用时,可观察到疲劳性细微骨折.疲劳骨折的产生不仅与载荷的大小和循环次数有关,还与载荷的频率有关骨具有一定的修复能力,只有疲劳断裂过程超过了骨的重建过程时疲劳骨折才会发生.一般的,运动可先引起肌肉疲劳,肌肉疲劳后,肌肉的收缩力降低,改变了骨的应力分布,随着循环次数和载荷的增加,导致疲劳性骨折.
惯性力和相互作用力的区别:(1)惯性了不是物体间的相互作用,不存在惯性力的反作用力；(2)只有在惯性系中才可观察到惯性力.
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W转动定律(M=Jβ):(转动力学中的牛顿第二定律)刚体绕定轴转动时,转动惯量与角加速度的乘积等于作用于刚体的合外力距.
W缓冲动作的生物力学原理:
(1)结束性动作稳定性好坏往往是运动员在重大比赛中取得优异成绩的关键
4.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,当外力撤销时,人体回复平衡状态,但是当偏离平衡位置超过某一限度时,人体失去平衡.例如,站立时的左右摇晃.
W.影响人体平衡的力学因素:
答:人体平衡的稳定性是人体处于有限稳定平衡状态时,抵抗各种破坏的作用而保持平衡的能力.
因素:
1.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.
W人体骨骼的受力形式分为拉伸、压缩、弯曲、剪切、扭转和复合载荷.
运动生物力学原理一PPT课件
摆动的主要目的是： 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。 例如：在走或者跑时，当左腿向前迈出时，两臂不做相应的 摆动，其结果不但增加了向前伸出的困难，而且同时使身体 纵轴产生旋转，使人体动作失去平衡和协调，这对走或者跑 是不利的。 还如：在跳跃类的动作中，上肢的摆动不但可以保持人体平 衡，还可以通过摆动产生的惯性力，增加跳跃腿的起跳力； 改变人体重心位置。
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（二）、摆动动作的转动力学：
一般而言，上肢的摆动是以肩关节为轴转动，下肢的摆动是以髋 关节为轴转动。所以摆动的本质就是转动。 1、转动定律：
M=J 思考：要增加肢体摆动的角加速度，该如何做？ ⑴、减少转动惯量； ⑵、增加肌力矩。 前者可以通过肢体的弯曲来改变转动惯量的大小，后者可以通 过增大肌肉力量和肌力臂来增加肌力矩。
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2019/12/1
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2、动量矩定理（角动量定理）：
M=J 进行推导
动量矩定理表明：刚体动量矩的增加量等于它所受到的冲量矩。
3、动量矩守恒定律： 当合外力为零时，动量矩不变。 应用：就是人体在腾空时，可以通过改变姿态和环节的变化，实 现人体转动速度和动量矩在轴之间的转移。
4、动量矩的转移： 动量矩在身体内的转移或传递主要就是利用某些身体环节的突 然制动，从而使这些环节原已获得的动量矩向相邻环节传递或 转移。
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（三）、实例分析： 1、短跑途中跑摆腿动作的力学分析： 加大摆腿的力量和幅度，提高步长； 加快摆动的速度，提高步频：有两条途径：增加摆动腿的转动 力矩，根据转动定律，角加速度与转动力矩呈正比，与转动惯 性呈反比。转动惯性与转动半径有关。 2、跳跃项目中摆动动作的力学分析：
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三、动作特征： 1、减小摆动肢体的转动惯量和增加肌力矩可以加大摆动的角速 度。 2、摆动动作与主体动作的合理配合： 3、摆动肢体的适时制动是动量矩转移的关键。
人体平衡的生物力学--力学原理
人体平衡的生物力学—力学原理1基本概念目录| Contents2力学条件03案例分析什么是人体平衡？怎样才能做到平衡？力系的简化：将作用于物体上的力系用一个合力和相应的力矩来表示的过程。
1（1）力与力系力的概念定义：力是物体之间的相互作用，力的作用离不开物体。
表现：人体运动中的力主要是人体与地面、器械、流体的相互作用。
要素：大小、方向、作用点。
单位：牛顿N（2）约束与约束反力约束——是指阻止物体自由移动的限制。
约束反力——是指约束反作用于物体的力，其大小等于物体加在约束上的力，方向相反。
（３）主动力与被动力主动力是指使物体运动或有运动趋势的力。
被动力是指约束对于物体的约束反力。
（４）力矩定义：量度力对物体作用时产生转动效果的物理量。
大小：力与力臂的乘积。
方向：力矩的方向根据右手螺旋法则判定，即右手握拳，四指由r 的方向转向F 的方向，外展的大拇指所指的方向为力矩的方向。
通常规定产生逆时针方向转动（或转动趋势）的力矩为正值，而产生顺时针方向转动（或转动趋势）的力矩为负值。
（５）力偶矩力偶是指一对大小相等，方向相反的平行力，力偶的作用是产生力偶矩，即力偶产生的力矩。
M = F d其中F 为力偶中的一个力，d 为力偶中两平行力之间的距离。
（６）力的可传性原理力可沿其作用线任意移动而不改变其对物体的效应。
（沿着力的作用线等额传递。
）条件：力的作用线、等额传递（７）力的平移定理力的平移定理：力可平行于自身移动到任一点，但需增加力偶，其力偶矩等于原力对于新作用点的力矩。
大小：力偶矩M=Fd方向：逆时针为正，顺时针为负。
特点：力偶矩的大小与矩心位置无关，这一点与力矩是不同的。
条件：力与作用线不在一条线上，增加力偶矩。
当物体保持平衡时，作用在物体上的一切外力相互平衡，也就是物体所受的合外力为零，所受的合外力矩为零。
∑F外=0（1）=0（2）∑M（1）表示物体不产生平动的力学条件。
（2）表示物体不产生转动的力学条件。
人体运动的生物力学分析
r F
A A
r F
B
作用于刚体上的力的三要素为：大小、方 作用于刚体上的力的三要素为：大小、 作用线。 向、作用线。 作用于刚体上的力是：滑动矢量。 作用于刚体上的力是：滑动矢量。
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公 理 三 力 的 平 行 四 边 形 法 则
推 论 三 力 的 平 移 定 理
力可平行于自身移动到任意一点，但需增加一 个力偶，其力偶矩等于原力对新作用点的力矩。如 所示。物体在点A受一个力F，若在任一点B加上一对 平衡力和，并使3个力的大小相等，作用线互相平行， 则和正好构成一对力偶，它对物体只起转动作用。 因此，作用于点A的力可用作用于点B的力和力偶矩M 来代替。
当变形体在已知力系作用下处于平衡时， 当变形体在已知力系作用下处于平衡时，如果 把该物体变成刚体，则平衡状态保持不变。 把该物体变成刚体，则平衡状态保持不变。
它建立了刚体力学与变形体力学的联系。 它建立了刚体力学与变形体力学的联系
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（四）平衡中的受力分析
解决力学问题时，首先要选定需要进行研究的物 解决力学问题时， 确定研究对象；然后考查和分析它的受力情况， 体，即确定研究对象；然后考查和分析它的受力情况， 这个过程称为进行受力分析 受力分析。 这个过程称为进行受力分析。 1.分离体 把研究对象解除约束， 1.分离体——把研究对象解除约束，从周围物体 分离体 把研究对象解除约束 中分离出来，画出简图。 中分离出来，画出简图。 2.受力图 受力图——将分离体所受的主动力和约束反力 受力图 将分离体所受的主动力和约束反力 以力矢表示在分离体上所得到的图形。 以力矢表示在分离体上所得到的图形。
人体运动生物力学分析
人体运动生物力学分析生物力学是人类研究机体结构和运动规律的一门学科，它涉及了力学、生理学和解剖学等多个学科。
在人体运动方面，生物力学能够帮助我们理解人体的运动规律，从而减少运动损伤、提高运动表现等。
人体运动的生物力学分析可以分为静态和动态两个方面。
静态的生物力学分析主要是在静止的状态下，通过测量和计算人体的力学参量，如重量、力矩和压力等，来分析人体各部分的结构和功能特征。
例如，通过对人体轮廓和肌肉结构的分析，可以了解到不同个体之间的形态和大小变异，从而为定制体育器材或医疗器械提供基础数据。
动态的生物力学分析则主要是针对人体在运动状态下的生物力学状态进行分析。
这种分析方法可以通过计算和测量运动中的各种参量，如运动的速度、加速度、力矩、力量和能量等来反映人体在运动过程中的运动规律和运动学特征。
例如，在田径比赛中，通过对选手步伐的分析，可以在一个循环周期内精确地计算出他们的步频和步幅，从而更好地了解和优化运动的节奏。
除了运动学之外，生物力学还可以用来研究人体在运动过程中的动力学特征。
在运动过程中，人体的肌肉和骨骼系统会相互作用，产生力量和阻力，从而实现运动。
生物力学可以通过模拟和计算人体的肌肉力量、关节强度和动力学特征等参量，帮助我们更好地理解人体在运动中的顺畅性、稳定性和效率性。
举个例子，我们可以考虑在一个跑步的场景中，我们如何对人体进行生物力学分析。
首先，我们可以通过对身体接触地面的压力分析，了解人体在跑步时承受的压力大小和分布。
接着，我们可以通过运动和位置传感器测量人体的运动学参数，例如，步速、步长和步宽等。
最后，我们可以利用人体动力学分析来计算肌肉和关节的力量和力矩，并将这些信息与跑步表现相结合，从而进行更好的运动优化和预防运动损伤的方法。
总的来说，人体运动生物力学分析是一种研究人体运动规律和生理特征的重要方法。
它可以帮助我们更好地了解人体在运动中的力学状态和最佳运动方式，从而更好地保护和提高人体健康。
第一章 人体运动的力学原理.
华中科技大学同济医学院附属梨园 医院康复中心 程凯
第一章 人体运动的力学原理
力→人体→平衡 （equilibrium） 生物力学（biomechanics ） 运动（movement） 力：静力（static）维持人体平衡 的力 动力（dynamic）使人体运动 的力 人体生物力学：人体运动静力学 人体运动运动学
1.一个自由度铰链关节 一个自由度是指这个关节只有一个活动 轴。 如屈戊（hingo）关节—指间关节。 尺桡 关节 —前臂旋前，旋后。 2.两个自由度是指该关节具有两个活动轴 如髁状关节—掌指关节 ＼可作环绕动作 拇指鞍状关节—掌指关节／ 3.三个自由度是指具有三个活动轴的关节 球窝关节（ball and socket）→髋 、肩。 应注意：活动轴和活动方向是两回事。
9.下列哪种杠杆既产生力,又产生速度? #A.支点在重点和力点之间 B.支点在一端,重臂大于力臂 C.支点在一端, 力臂大于重臂 10.下列哪项可提高杠杆机械效率? #A.增加力臂 B.增加重臂 C.增加作用力 D.增加重力
问答题: 1.什么是开链和闭链?请各举一例. 开链是指远端是自由的运动链—如人体四肢和躯干。 闭链是指运动链的远端组合成环状---如骨盆带，胸腔→ 活动范围极小. 2.人体有哪三类杠杆?请各举一例,并说出各类杠杆的特 点. 第一类杠杆： 支点位于重点、力点之间 如，环枕关 节,又有力又有速度. 第二类杠杆：支点在一端，力臂>重臂 .如，小腿三头 肌做踮脚.产生力. 第三类杠杆:支点在一端，重臂 >力臂。四肢关节均属 此类。产生速度,移动较长距离.
二.以身体平面的运动术语 中立位 解剖位 （常用来描述运动的起始点）
三.关节运动的术语： 体段运动 关节运动 前臂上引＼ 体位上引— 屈肘 拉 锯 ／ 小腿抬高＼ 蹲 — 立— 伸膝 坐 —立 ／ 1.屈曲—伸展 2.外展—内收 3.外旋—内旋
第五节 人体运动系统的生物力学
研究人体运动状态变化的原 因。
2 牛顿运动定律
（一）牛顿第一定律 惯性定律
（二）牛顿第二定律
F=ma （三）牛顿第三定律
作用力与反作用力定律
3 动量定理在体育运动中的应用
F(t2-t1)=mV2-mV1
4人体运动中的力
人体内部各部分相互作用的力称为人体 内力，如肌肉张力、韧带张力、组织粘 滞力、关节约束力等。 外界对人体作用的力称人体外力。如重力、 摩擦力、支撑反作用力、向心力等。
2 骨骼的受力形式
剪载荷
弯曲载荷
拉伸载荷
压缩载荷
扭转载荷
复合载荷
（四）骨疲劳
剧烈运动 肌肉疲劳
人在不断运动 步态改变 储存能量的能力丧失 的过程中，骨会反复 载荷失常 受力，当这种反复作 用的力超过某一生理 改变应力分布 限度时会使骨组织受 加强压力 复合 加强张力 到损伤，这种循环载 荷下造成的骨的损伤 斜形裂缝 骨骼分离横行裂缝 为疲劳性损伤。
塑料材料：应力与应变成非线性，在外力作 用下外力功转变为变形能，外力消失后材料 的变形不可修复。
粘弹性材料：如果有一种材料，其力学性质 既具有弹性材料的力学性质，又具有粘性材 料的力学性质，那么这种材料就叫做粘弹性 材料。
（三）粘弹性材料的特点
当物体突然发 生应变时，若应变 保持一定，则相应 的应力随时间的增 加而下降，这种现 象叫应力松弛，
关节角：构成关节的两环节之间的夹角称为关 节角。
（2）肩关节
肩关节运动中的稳定性， 主要依靠三角肌和肩袖肌的 作用维持。冈上肌拉肱骨头 靠紧关节盂形成支点，同时 三角肌起主要悬吊作用，以 防止上肢的重力或因持重而 造成肩关节脱臼。
肩关节在后矢状面上向 后侧上举后后伸可以达到 60°左右，水平屈曲（上 臂在水平平面向前运动）， 正常范围约135°，做相反 方向的正常范围的45°。 在冠状面上举90°的位置 上，内旋和外旋各达到 90°，提供最大的总旋转 度180°。
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人体运动的时空特征分析
---人体运动的表现形式
人体运动的时空特征分析
---人体运动的时空特征
• 时间特征 • 空间特征 • 时空特征
人体运动的时空特征分析
---人体运动的时空特征
•时间特征 时刻 & 时间
时刻是物体在空间某一位置的时间度量，时刻指某一瞬时； 时间是运动的时间度量，指两时刻间隔。
人体运动的时空特征分析
---人体运动的时空特征
•空间特征 （1）位移、轨迹和路程 （2）角位移
人体运动的时空特征分析
---人体运动的时空特征
•时空特征 （1）速度与速率 （2）加速度 （3）绝对速度、相对速度和牵连速度 （4）角速度和角加速度
人体运动的时空特征分析
---人体运动的描述
• 表格法 • 图示法 • 公式法
区别：人是生命体、人体运动是自控的、人体运动源动力来 自肌肉等； 联系：都遵从牛顿运动定律
人体运动的时空特征分析
• 运动是物体存在的属性，一切物体都是运 动的，人体也不例外。
人体运动的时空特征分析
•参照物（系）选取
惯性参照系 & 非惯性参照系
人体运动的时空特征分析
人体运动的时空特征分析
---人体运动的表现形 式
人体运动的平衡与稳定
---体育运动中的人体平衡
• 人体平衡的类型
• 依据重心和支撑点的位置关系：上支撑平衡、下 支撑平衡和混合支撑平衡。
人体运动的平衡与稳定
---体育运动中的人体平衡
• 人体平衡的类型
• 依据平衡的稳定程度：稳定平衡、有限稳定平衡、 不稳定平衡和随遇稳定平衡。
人体运动的平衡与稳定
---体育运动中的人体平衡
•影响人体稳定性的因素
（1）支撑面大小 （2）重心高度 （3）稳定角 （4）稳定系数
人体运动的平衡与稳定
---体育运动中的人体平衡
•人体平衡的特点
（1）人体不能绝对静止 （2）人体形状可变 （3）人体内力起重要作用 （4）心理因素的影响
人体运动的生物力学原理
主要内容
• 人体运动的时空特征分析 • 人体运动的平衡与稳定 • 人体运动的改变及其原因 • 人体运动的功能及其转化 • 体育运动中的流体力学
人体运动的时空特征分析
•什么是机械运动？
一个物体相对于另外一个物体在一定时间内容的空间位 置改变为机械运动，简称运动。
•人体运动与非生命机械运动的区别和联系
人体运动的平衡与稳定
人体运动的平衡与稳定
• 人体平衡状态是指相对于惯性参照系静止 或做匀速直线运动的状态，是人体运动的 一种特殊状态。
• 人体的静止平衡状态称为静态平衡 • 人体的匀速直线运动平衡状态称为动态平衡
人体运动的平衡与稳定
---人体平衡的力学条件
• 平衡力系：同时作用在同一人体或器械上 的许多力称为力系，人体或器械在力系作 用下处于平衡状态，这种力系被称为平衡 力系。
人体运动的平衡与稳定
---人体平衡的力学条件
• 共点、共线力系平衡 • 平面汇交力系平衡 • 平面平行力系平衡 • 空间一般力系平衡
人体运动的平衡与稳定
---体育运动中的人体平衡
•稳定性：是指人体或物体抵抗各种干扰作用 保持平衡的能力。稳定性又称稳定度或稳定 力，即静态稳定平衡性 （2）人体重心偏移平衡为之后，干扰因素除去时，人体仍 能恢复到初始平衡范围，即动态稳定性