运动学测量方法
运动学实验速度与加速度的实验测量与分析
运动学实验速度与加速度的实验测量与分析速度与加速度是研究运动学的重要概念。
在物理学中，我们可以通过实验来准确地测量和分析运动中的速度和加速度。
本文将介绍一种实验方法，用于测量和分析速度与加速度。
实验材料和仪器：1. 直线运动装置2. 磁传感器（用于测量位置和时间）3. 计算机或数据采集设备4. 纸张和笔（用于记录实验数据）实验步骤：1. 将直线运动装置安装在水平台面上，并用螺丝固定。
2. 将磁传感器固定在直线运动装置上的合适位置。
3. 将计算机或数据采集设备连接到磁传感器，并设置合适的数据采集参数。
4. 校准磁传感器，确保其准确地测量位置和时间。
5. 将一小球放在直线运动装置上，并用适当的力将其推动。
6. 启动数据采集设备，记录小球的位置和时间数据。
7. 根据记录的数据计算小球的速度和加速度。
数据处理和分析：1. 使用计算机软件或手动计算，根据位置数据和时间数据计算小球的速度。
速度可以通过以下公式计算：速度 = 位移 / 时间。
2. 将速度与时间绘制成图表，以可视化数据。
3. 对速度数据进行分析，观察速度的变化趋势。
如果速度保持不变，则小球处于匀速运动状态；如果速度增加，则小球处于加速运动状态；如果速度减小，则小球处于减速或反向运动状态。
4. 根据速度数据，确定小球的加速度。
加速度可以通过以下公式计算：加速度= （终止速度- 初始速度）/ 时间。
5. 将加速度与时间绘制成图表，以更好地理解和分析数据。
6. 比较速度和加速度的图表，观察它们之间的关系和趋势。
通常情况下，加速度是速度变化的导数，即加速度的曲线是速度的变化率曲线。
7. 进一步分析数据，探讨速度和加速度随时间的变化规律。
实验注意事项：1. 在进行实验之前，确保实验装置的稳定和安全。
2. 在推动小球时，力度要适中，以避免小球从装置上脱落或产生过大的摩擦。
3. 在记录数据时，注意准确记录位置和时间。
4. 在计算速度和加速度时，使用准确的公式和数据处理方法。
体育测查方案
体育测查方案引言概述：体育测查方案是一种科学、系统的方法，用于评估个体的体育素质和运动能力。
通过体育测查，可以了解个体的身体状况、运动能力水平，并制定相应的训练计划，匡助个体提高体育素质和运动能力。
本文将介绍体育测查方案的五个部份，包括身体成份测量、心肺功能测量、肌肉力量测量、灵敏度测量和柔韧性测量。
一、身体成份测量：1.1 体重测量：通过称重仪器测量个体的体重，了解个体的身体质量指数（BMI）。
1.2 体脂率测量：使用皮脂测量仪或者测脂仪，测量个体的体脂率，了解个体体脂情况。
1.3 身体围度测量：使用卷尺测量个体的胸围、腰围、臀围等，了解个体的身体形态。
二、心肺功能测量：2.1 最大摄氧量测定：通过有氧运动测试，如跑步机测试，测量个体在最大负荷下摄氧量的能力，了解个体的心肺功能。
2.2 无氧运动能力测定：通过短期高强度的无氧运动，如踏步测试，测量个体在无氧运动下的耐力水平。
2.3 心率变异性测定：通过心率变异性测试，了解个体的心脏自主神经调节功能，判断个体的心脏健康状况。
三、肌肉力量测量：3.1 握力测定：使用握力计测量个体的手握力，了解个体的上肢肌肉力量。
3.2 腿部爆发力测定：通过垂直跳跃测试，测量个体的腿部爆发力，了解个体的下肢肌肉力量。
3.3 核心肌群力量测定：通过仰卧起坐测试，测量个体的腹肌力量，了解个体的核心肌群力量水平。
四、灵敏度测量：4.1 反应时间测定：通过反应时间测试，测量个体对外界刺激的反应速度，了解个体的神经传导速度。
4.2 协调性测定：通过平衡测试，如单脚站立测试，测量个体的身体协调性，了解个体的身体控制能力。
4.3 动作灵便性测定：通过柔韧性测试，如坐位体前屈测试，测量个体的身体柔韧性，了解个体的关节活动范围。
五、柔韧性测量：5.1 关节活动度测量：通过关节活动度测试，测量个体各关节的活动范围，了解个体的关节灵便性。
5.2 身体伸展度测量：通过身体伸展度测试，测量个体的身体伸展度，了解个体的肌肉柔韧性。
测量步距的方法物理
测量步距的方法物理测量步距是一种常见的实验，可以通过测量一个人在行走时所走的步长与步频来计算。
步距通常用于人体运动学分析、运动生理学实验、步态分析等领域，对于评价个体的运动能力以及康复治疗中的进展非常重要。
下面将介绍几种常用的方法来测量步距。
一、行走距离法这是一种简单直接的步距测量方法。
步骤如下：1.在平坦或标定好的行走距离上选择一个起始点。
2.从起始点出发，按照正常步态行走到终点。
3.到达终点时，使用测量工具（如卷尺）量取从起始点到终点的实际距离。
这种方法的优点是简单易行，不需要特殊设备，适用于室内室外环境，适合大样本数量测量。
但是，由于受到行走者个体差异、步态的改变以及误差的影响，测量结果可能不够准确。
二、计步器法这是一种利用计步器来测量步距的方法。
步骤如下：1.在行走者的鞋子上固定计步器。
2.行走者按照正常步态行走一定距离。
3.记录计步器显示的步数。
计步器法的优点是简单易行、准确度较高，适用于长距离测量和长时间连续监测。
然而，它也存在着一些局限性，例如无法记录行走者的步长变化、不适用于速度较快的运动以及对行走者的步数计算要求较高。
三、3D动作捕捉技术使用3D动作捕捉技术可以实现对行走者步伐的精确测量。
这种技术利用多个传感器或摄像机来跟踪行走者在三维空间中的运动，以获取步长、步宽等相关参数。
具体步骤如下：1.摆放传感器或摄像机系统，确保其能够覆盖到行走者的运动轨迹。
2.行走者穿戴相关传感器或对其进行贴片。
3.计算机软件对传感器或摄像机捕获的数据进行处理和分析。
4.通过分析得到行走者的步长、步频等参数。
3D动作捕捉技术的优点是精确度高，可以获取更为详细的步态参数，适用于科学研究和专业领域。
然而，设备需求较高，费用较高，适用范围较窄。
综上所述，测量步距可以选择适合场景和要求的方法，如行走距离法、计步器法和3D动作捕捉技术。
实际应用中，可以根据实验目的、条件和经费等因素选择合适的测量方法来评估个体的步距和运动能力。
测量物体的位移和速度
测量物体的位移和速度物体的位移和速度是物理学中重要的概念，在很多领域都有广泛的应用。
测量物体的位移和速度可以帮助我们更好地理解物体的运动规律，并为科学研究和工程实践提供有力支持。
本文将介绍一些常见的物体位移和速度测量方法，并讨论它们的原理和应用。
一、位移的测量方法1. 直尺法直尺法是测量物体位移最简单常用的方法之一。
它适用于物体的直线运动，并假设物体在运动过程中保持直线运动路径。
测量时，只需将直尺与物体的参考位置和末位置对齐，读取直尺上的位移数值即可得到物体的位移量。
然而，直尺法对于曲线运动或运动过程中的方向变化无法准确测量，因此在一些复杂情况下并不适用。
2. 高精度测距仪法高精度测距仪是一种利用电子测量技术测量物体位移的设备，具有高精度和灵活性的特点。
它可通过测量物体运动过程中的时间和速度来计算位移。
一种常用的高精度测距仪是激光测距仪，它利用激光束测量物体与测距仪之间的距离。
该方法适用于较长距离的位移测量，且可以实时测量运动物体的位移变化。
3. 光电测量法光电测量法常用于测量物体的短距离位移。
它利用光电编码器或光电门等装置，通过测量光源被物体遮挡的时间来计算位移。
该方法具有快速、精确的特点，广泛应用于机械加工、自动控制等领域。
二、速度的测量方法1. 平均速度法平均速度法是一种简单易行的测量物体速度的方法。
它通过测量物体在一段时间内的位移与时间的比值来计算速度。
公式为：速度=位移/时间。
然而，平均速度法只能得到物体在整个时间段内的平均速度，无法反映物体速度变化的细节。
2. 瞬时速度法瞬时速度法是一种能够准确测量物体速度变化的方法。
它通过测量物体在某一瞬间的位移与时间的比值来计算速度。
对于直线运动，可以通过微分法求得瞬时速度的导数形式。
对于曲线运动，需采用微元法进行计算。
瞬时速度法在研究物体运动规律和分析速度变化时具有重要应用价值。
3. 高速摄影法高速摄影法是一种通过连续拍摄物体运动图像来测量物体速度的方法。
物理实验技术中运动学参数的测量与计算
物理实验技术中运动学参数的测量与计算在物理学领域中，运动学是研究物体运动以及与之相关的位置、速度、加速度等运动参数的学科。
在进行物理实验时，准确测量和计算这些运动学参数非常重要，因为它们能够提供对物体运动规律的深入理解。
一、测量运动学参数中的长度在测量物体运动时，输入的第一个参数是长度。
测量长度可以通过使用直尺、卡尺或其他测量器具来实现。
直尺是最常见的测量工具之一，可以用于测量较小的长度，如表面上的线段和间隔。
而卡尺则可以测量更精确和细小的长度，如机械零件的尺寸。
此外，对于较大范围的长度测量，可以使用测量仪器，如测距仪或激光测距仪。
这些仪器可以通过测量传感器和计算机算法来测量物体的位置和距离。
二、测量运动学参数中的时间另一个重要的运动学参数是时间。
准确测量时间对于计算速度和加速度等参数至关重要。
在过去，我们使用简单的手表或挂钟来测量时间。
然而，现代科技已经使得时间测量器具更加准确和精细。
例如，原子钟是一种非常准确的时间测量器具，它利用原子的振荡来计量时间。
这些钟具有极高的精度，能够测量到纳秒级别的时间。
在物理实验中，原子钟常常被用作参考时间，以确保实验的准确性和一致性。
三、计算速度和加速度测量了长度和时间后，我们可以计算物体的速度和加速度。
速度是物体在某一时间内移动的距离与时间的比率，用于描述物体的移动快慢。
同样，加速度是物体在单位时间内速度变化的比率。
根据物理定律，我们可以使用简单的数学公式来计算速度和加速度。
例如，速度可以通过将位移除以时间得到。
如果物体的位移为d，时间为t，则速度v = d / t。
同样，加速度可以通过将速度的变化量除以时间得到。
如果物体的速度从v1变化为v2，时间为t，则加速度a = (v2 - v1) / t。
四、使用传感器和计算机技术进行测量除了传统的测量仪器外，现代物理实验技术还采用了传感器和计算机技术来测量和计算运动学参数。
传感器可以将物体的位置、速度和加速度等数据转换为电信号，并传输给计算机进行处理。
运动学参数的测量
汇报人：文小库
2024-01-20
CONTENTS
• 引言 • 运动学参数的种类与测量方法 • 运动学参数测量的常用设备与
工具 • 运动学参数测量的实验设计与
实施 • 运动学参数测量结果的分析与
处理
01
引言
运动学参数测量的意义
运动学参数的测量是研究物体运动规律的重要手段，通过对运动学参数的测量，可以深入了解物体的 运动状态和变化规律，为相关领域的研究和应用提供重要的数据支持。
02
遵守操作规程
03
穿戴防护装备
严格按照实验操作规程进行测量 ，避免因操作不当导致意外事故 。
在进行可能产生危险的实验时， 应穿戴相应的防护装备，如护目 镜、手套等。
提高测量准确性的建议
选择合适的测量工具
根据测量需求选择精度高、稳定性好的测量工具。
多次测量求平均值
为减小误差，可对同一参数进行多次测量，取平均值作为最终结 果。
理。
数据记录仪
能够实时记录和存储测量数据，具 有数据存储、传输和处理功能。
数据处理软件
用于对采集到的数据进行处理、分 析和可视化，提供用户友好的界面 和功能。
04
运动学参数测量的实验设计与实施
实验目的与要求
确定测量运动学参数的目的
是为了研究物体的运动规律、评估运动性能还是优化设计等 。
明确测量参数的精度要求
• 交通工程：在交通工程领域，运动学参数测量可用于车辆动力学分析和交通安 全研究。例如，通过测量车辆的运动轨迹、速度、加速度等参数，可以评估车 辆行驶的安全性和稳定性，为交通管理和控制提供依据。
02
运动学参数的种类与测量方法
位移的测量
直接测量
运动生物力学参数测量
（松井秀治，15）
（汉纳范，15）
（扎齐奥尔斯基，16） （郑秀媛，16）
二、运动学参数测量
（一）运动学参数（指标）
质点位置矢量（位矢、矢径）：用来确定某时刻质点位 置（用矢端表示）的矢量。
运动函数机械运动是物体（质点）位置随时间的改变。 在坐标系中配上一套同步时钟，可以给出质点位置坐标和 时间的函数关系— 运动函数（function of motion） 。
回转半径（转动半径）
人体环节的划分方法
以人体的结构功能为依据：
以人体体表骨性标志为依据： 以关节上主要的骨性标志点 来确定环节的长度。易于测 量，但误差太大。
分割环节的切面通过关节 转动中心，以关节质心的 连线为环节长度。
人体惯性参数标准化的依据
（二）人体惯性参数的测量
尸体测量法：肢解-环节参数测定。采用称重法和悬挂法。
（a）鞋垫式
（b）平板式
（c）测量结果分析
脚底各个区域的压力、压强情况
压力中心及压力中心轨迹
美国Tekscan=F-scan 德国Novel=Pedar
4. 肌电测量
肌电测试通过对不同肌肉在运动过程中所表现出来的时域、频 域上的不同特征的分析，可以了解人体在完成运动动作时，不 同部位的肌肉参与活动的强度、时间顺序及相互协作关系，为 运动技术分析提供依据。现在应用较多有4通道、8通道肌电测 量分析系统。根据信号传输方式，可分为有线和无线两类系统； 根据数据接收和储存方式，可分为便携式大容量储存卡存储和 无线信号实时接收两种。
立定跳 远.。……
运动时的肌力大小和肌肉力矩一般用加速度大 小推算；偶见用肌电图推算
Isomed 2000（750NM）等速肌肉力量测试/训练系统
运动技能学习与控制第2章运动操作的测量
第二章 运动操作的测量
图2. 3运用半径误差RE测量 操作准确性的范例。操作任 务是个体向圆形目标投掷飞 镖，投掷的目标是击中圆形 的中心(在图中用+表示)。个 体击中目标的位置用O表示。 RE就是有X轴和丫轴围成的 直角三角形的斜边(h)。
图2. 4个体每次反应与目标之间的差异用 均方根误差《RMSE)计算《经授权摘自F ranks，I .M .et al.，1982 .The generatio n of movement patterns during the acqu isition of a pursuit tracking task. Human Movement Science，1:251-271.Copyrig hts 1982 Elsevier/North-Holland，Amst erdam，The Netherlands)。
•
图2. 6角-角图显示熟练跑步者(上图)和三例肘一膝切断手术患者(下图)在跑步时膝-大腿之间的关系。 图中的缩写同侧支撑( IFS)、同侧腾空(ITO )、对侧支撑(CFS)、对侧腾空(CTO》表示跑步的四个组 成部分
六、动力学（kinetics）
• 动力学是指在运动研究中对力的探讨。 运 动学在不考虑运动产生原因的条件下对运 动的描述。 • 举例：实验室中将要进的测力板。 • 七、肌电图的测量（EMG） 记录激活开始 和结束的时间。 观察肌肉激活记录序列可 以了 解动作过程的协调性。
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各位同学，大家早上好，今天我们来继续学习运动技术分析与诊断这门课程，在学习本节课之前，我们先来回顾一下，上节课学习的人体运动的运动学分析的主要内容。
复习：一、人体关节的相关概念
二、人体关节运动的基本形式
三、人体运动链的分类
四、人体运动的自由度
一、人体关节的相关概念
关节：骨与骨以结缔组织相连结构成关节。
根据连结组织的性质和活动情况，关节可分为不动关节（韧带联合、软骨结合和骨性结合）、动关节（肩、肘、腕、髋、膝、踝关节）和半关节（耻骨联合）。
二、人体关节运动的基本形式
1）角度运动
邻近两骨间产生角度改变的相对转动，称为角度运动。
通常有屈、伸和收、展两种运动形态。
2）旋转运动
骨绕垂直轴的运动称为旋转运动，由前向内的旋转称为旋内，由前向外的旋转称之旋外。
三、人体运动链的分类
开放运动链末端呈游离状态，它的某一关节固定，其余各关节产生运动。
如果运动链首尾相连，形成闭合状态，末端无游离的环节，称为闭合运动链。
四、人体运动的自由度
假如物体不受任何限制(约束)，它可以在三度空间运动，也既是相对于三个相互垂直轴的平动及绕三个轴的转动，物体有六个自由度。
当把物体某一点固定时，其自由度为三个，这时不能产生平动，只能以三个坐标轴为轴发生转动（可把原点放在固定点）。
当物体的某两点固定时，只有一个自由度，既以两点的连线为轴的转动。
当物体上任意三点固定时，则自由度为零，不产生任何方向的平动和转动。
在前面运动技术分析与诊断中我们所讲的是一些运动学、动力学和肌肉力学的一些理论知识，通过上半程的学习对技术分析有个理论上的知识，在后面的学习中将主要进行的是一些实际的应用操作。
那么，今天所要学习的就是运动技术分析与诊断的工作环节以及现场数据采集。
第六章运动技术分析与诊断的工作环节及现场数据采集
第一节运动技术数据的意义
运动技术数据是指从人体运动过程中采集到得能够准确描述其运动状态的相关性息。
人体运动与时间、空间相关的信息称之为运动学数据；人体运动与作用力、时间相关的信息称之为动力学数据。
一、运动学数据对运动技术的意义
运动学数据包括关节位置和关节角度、位移和角位移、速度和角速度、加速度和角加速度。
1）关节位置和关节角度
人体关节位置和关节角度数据可以准确描述人体运动的姿势。
A.关节位置
人体运动系统的支架是由骨骼和关节组成的一种链状结构，当这种链状结构的枢纽位置（关节位置）发生变化时，便会引起整个支架的形态发生变化。
因此，人体运动时身体姿势可以看成是由各个关节在空间位置决定的。
图中显示了关节位置与动作姿态相关的情况。
从图中可以看出，当人体任何一个关节点的位置发生变化时，都必然会引起动作姿态发生变化；反之，当人体动作姿态发生变化时，也必然会伴随关节位置的变化。
B.关节角度
人体每个关节的角度决定相邻两个运动环节之间的相互关系，关节角度数据直接描述动作姿态中每个关节的伸展和弯曲状况。
在分析评价运动技术姿势时，关节角度也是一个重要的指标。
2）位移和角位移
A.位移
人体动态运动过程可以看成是由一系列有序的静态姿势所组成，当人体从一个姿势连续变化到另一个姿势时，肢体各部位的位置会发生一系列的连续变化，位置变化的距离称之为位移。
我们以100米途中跑时人体总重心的位移情况为例，通过运动员途中跑的影像资料求出途中跑每个瞬时的总重心位置坐标，便可以在坐标中做出途中跑人体
总重心的运动轨迹。
100米途中跑总重心的位移变化情况可以分为左右水平方向上的位移和垂直方向上的位移，以此来了解运动员的技术水平。
当垂直位移数据较大时说明运动员跑动时身体重心在垂直方向起伏较大，当左右位移数据较大时说明运动员跑时身体重心在左右方向摇摆较大。
因此，左右水平摆动太大和垂直方向上起伏太大都表明运动员技术上存在一定的缺陷。
B.角位移
当肢体各部位的位置会发生一系列的连续变化时，各个关节角度的大小也会相应变化，关节角度变化的幅度称之为角位移。
髋关节角度是衡量短跑运动员大腿摆动时的重要技术指标。
大腿前摆时髋关节角位移可以帮助我们了解运动员大腿摆动技术的情况。
膝关节角度是衡量短跑运动员小腿折叠时的重要技术指标。
小腿折叠时膝关节角位移的大小可以帮助我们了解运动员小腿折叠技术的情况。
3）速度和角速度
A速度
速度是指位移量与时间的比值。
速度反应了在单位时间内肢体某点位置移动距离的大小。
在日常的生活中，我们习惯于使用平均速度，但是平均速度指标用于分析运动技术时，是远远不够的。
例如100米跑的成绩为10秒，如果按平均速度我们就认为该运动员的速度为10m/s，我们可以将其在直角坐标系上作出速度-距离曲线。
经验告诉我们：100m跑的速度实际上是非匀速的。
在起跑阶段速度是逐步增加的，在途中跑和终点冲刺阶段，其速度应该相对较大，应该超过其平均速度，而且有一定幅度的波动，从图中可以看出三名运动员在起跑加速阶段、途中跑阶段和终点冲刺阶段的速度变化情况。
相比之下，这种瞬时类型的速度-距离曲线。