生物力学考试

生物力学考试复习资料前17题考6-8个题目，18-20考2题一.简答题1.举例说明牛顿第一运动定律在体育中的应用答：牛顿第一运动定律，又称惯性定律，它科学地阐明了力和惯性这两个物理概念，正确地解释了力和运动状态的关系，并提出了并提出了一切物体都具有保持其运动状态不变的属性——惯性。

1.如保持一定的速度比改变速度容易很多，因此在长距离的游泳，赛跑中，提倡用适宜的较稳定的速度游、跑等；2.如在体操中，特别注意动作的连贯性，避免频繁的改变动作速度，减少不必要的负荷；3.如上举杠铃、单杠及撑杆跳高中的引体向上动作，如能够保持动作的连贯性，则能够较容易的完成。

反之，动作中途停止，则会加大动作的难度；4.如自行车运动中对惯性的运用，在运动员蹬到最大速度的时候，自行车就可以利用惯性前进，减少运动员的体力损耗；5.如在羽毛球技术中的对惯性的运用，在击球的时候保持动作的连贯性，就可以击出更加省力、落点更加准确的球，对运动员的技术的发挥具有重要作用。

2.举例说明牛顿第三运动定律在体育中的应用答：两物体相互作用时，它们对各自对方的相互作用力总是大小相等而方向相反的。

作用力和反作用力分别作用在不同的物体上，分别产生各自的效应。

牛顿第三定律表明了力是物体间的相互作用。

相互作用力总是等大、反向、沿同一直线。

在走、跑、跳等动作时，人体获得的动力是人蹬地过程中，地面给人体的反作用力。

要获得较大的反作用力作为人体运动的动力，必须加大人对地面的蹬地力。

这又取决于人体肌肉活动引起的对地面作用力的大小。

肌肉活动是主动的。

为了提高人体运动效果，最重要的是提高肌肉收缩速度和力量，以加大蹬地力从而获得一个大的反作用力，使人体运动状态发生变化。

3.举例说明体育运动中出现的失重和超重现象答：失重现象：支撑反作用力小于体重；超重现象：支撑反作用力大于体重例如在原地纵跳中，在下蹲的时候支撑反作用力小于自身的体重，这时候是失重现象；而在蹬伸的过程中，支撑反作用力是大于自身体重的，这时候是超重现象。

在原地纵跳中，下蹲和蹬伸的过程中，动态支撑反作用力是不断变化的。

4.分析说明摆臂在跳跃动作中的作用答：1. 摆臂可以大幅度地提高身体的重心高，增加地面反作用力，增加蹬地的作用力；2.向上加速摆臂可以增加起跳力；3.良好的摆臂动作可以使脚在着地瞬间获得较大的运动速度。

5.举例说明动量定理在体育中的应用答：动量定理亦称动量原理，是描述物体机械运动状态变化规律的基本定理之一。

物体在运动过程中，在某段时间内动量的改变等于所受合外力在这段时间内的冲量。

动量定理在体育运动的研究中应用广泛，根据此定理，可以对运动技术提出一些一般性的原则1.在投掷项目中，往往要求在最后用力前使身体尽可能超越器械。

其作用：一是可使原动肌充分拉长，以提高肌肉的收缩力；另一方面可延长最后用力的作用距离，从而延长作用时间，达到最大冲量的目的。

这在体育中多见，如短跑中要求后蹬充分，以增大蹬地时的工作距离来增加力的作用时间；游泳运动员曲臂“s”型划水代替直臂划水，其目的也是增加力的作用时间；2.如若要减少对人体的冲力，就得延长力作用的时间，各种落地缓冲动作就是典型的例子。

由动量定理可知，如果动量的变化量是一个常量，既冲量值也是一个常量。

这时延长作用时间，就可以减少冲力的大小。

如落地动作，一般要求从前脚掌着地，迅速过渡到全脚掌，同时屈膝，屈髋，伸踝，其目的就是延长与地面的作用时间，减少冲力对人体的作用。

又如接高速来球，当手接球的同时屈肘回收，顺势接球，可以延长手与球的作用时间，从而减少球对手的冲力；3.运用动量定理还可以计算人体运动中的一些力学参数。

在跳跃项目中，用测力台测出踏跳力随时间的变化曲线，就可以求出人体所受的冲量，运用动量定理，则可以求出人体腾空的速度。

6.举例说明增加肢体转动效果的方法答：（1）增加肌肉对骨杠杆的拉力矩。

由转动定律和动量守恒定律可知，肢体转动惯量不变时，增加肌力距，可加大肢体的转动角速度。

肌力距等于肌力与肌力臂的乘积。

欲增大肌力距，一方面增大肌力的大小，另一方面增大肌力臂。

在肢体的运动过程中，由于肌肉拉力角的变化，会引起肌力臂的变化。

当肌肉拉力角为90度时，其力臂达到最大值。

（2）减小肢体的转动惯量。

人体肌肉力量是有限的，肌力对某一轴的肌力距也是有限的。

当肌力距一定时，减少肢体的转动惯量，可以增大转动角速度，最终可以增加转动的角速度。

因而，在肢体的转动中，如果将肢体的各组成环节的质量尽可能靠近转动轴，减少肢体对轴的转动惯量，从而加大肢体的摆动速度。

例如在跑步中的摆臂摆腿动作，为加快摆动的角速度，采用屈肘摆臂；小腿在后摆时，尽量靠近大腿折叠动作，使整个下肢绕髋关节轴的转动惯量减少，以提高摆动的角速度。

7.举例说明动量矩守恒定律在体育中的应用。

答：腾空状态时人体转动动作的基本力学原理，当物体所受的合外力距为零时，其总动量距保持不变，这就是动量矩守恒定律。

人体处于无支撑的腾空状态完成动作时，由于人体两端均无约束，因此身体某一部分向某一方向活动（转动）时，身体的另一部分会同时产生相反方向的活动（转动），这种身体两部分相互接近（或远离）的运动形式称相向运动。

如挺身式跳远的空中动作，运动员空中动作的任务是采取适宜的姿势，减少在起跳制动时所产生的绕额状轴转动的角速度，并为落地动作做好准备。

因此，要求运动员在起跳后摆动腿伸前，然后向后下方摆动，两腿在身体后方并拢并背腿，同时两臂向后上方摆，使整个身体呈背伸挺胸姿势。

此时，头、臂与下肢产生相向运动。

当落地前做收腹举腿动作，上身的前屈下压动作，有利于举腿前伸。

这上下两部分的相向运动是在内力距的作用下产生的。

8.说明人体腾空状态下为什么会产生身体相向运动，试举两例说明在哪些项目中运动员表现出身体的相向运动。

答：腾空状态时，所受的合外力距为零，其总动量距保持不变。

肢体的相向运动:腾空状态，人体某部分肢体以一定大小的动量矩绕轴的某一方向转动时，另一部分肢体便以大小相等的动量矩绕同一轴向相反的方向转动，这种现象称为“相向运动”。

作相向运动的力学条件就是动量矩的矢量和等于零。

在体育运动中，相向运动的现象在许多项目中都可以看到。

如在跨栏时上下肢运动；排球扣球的背伸挺胸和收腹挥臂的扣杀，都可以用动量守恒定律进行力学分析。

9.画图说明香蕉球产生原理答：香蕉球又称弧线球。

伯努利原理：“在流水或气流里,如果流速小,对旁侧的压力就大,如果流速大,对旁侧的压力就小。

”足球队员用脚踢球时,只踢球的一小部分,把球“搓”起来,球受力,就发生旋转,而当球在空中高速旋转并向前飞行时,球的两侧一边速度大,一边速度小,相对讲,空气在球的两侧也就一边流速大,一边流速小。

根据伯努利原理, 球就受到了一个横向的压力差,这个压力差,使球向旁侧偏离,而球又是不断向前飞行着,在这种情况下,足球同时参与了两个直线运动,便沿一条弯曲的弧线运行了。

当足球以W角速度旋转使A方的气体流速加大，而使B方气流速度减慢，由伯努利定律可知：P B> P A,V球的方向将向A方偏转，产生香蕉球。

10.分析说明高尔夫球的“凹坑”的作用。

答：空气动力学家把这个力分成两部分：升力及阻力。

阻力的作用方向与运动方向相反，而升力的作用方向则朝上。

高尔夫球表面的小凹坑可以减少空气的阻力，增加球的升力。

一颗高速飞行的高尔夫球，其前方会有一高压区。

空气流经球的前缘再流到后方时会与球体分离。

同时，球的后方会有一个紊流尾流区，在此区域气流起伏扰动，导致后方的压力较低。

尾流的范围会影响阻力的大小。

通常说来，尾流范围越小，球体后方的压力就越大，空气对球的阻力就越小。

小凹坑可使空气形成一层紧贴球表面的薄薄的紊流边界层，使得平滑的气流顺着球形多往后走一些，从而减小尾流的范围。

因此，有凹坑的球所受的阻力大约只有平滑圆球的一半。

小凹坑也会影响高尔夫球的升力。

一个表面不平滑的回旋球，会像飞机机翼般偏折气流以产生升力。

球的自旋可使球下方的气压比上方高，这种不平衡可以产生往上的推力。

高尔夫球的自旋大约提供了一半的升力。

另外一半则是来自小凹坑，它可以提供最佳的升力。

大多数的高尔夫球有300～500个小凹坑，每个坑的平均深度约为0.025厘米。

阻力及升力对凹坑的深度很敏感：即使只有0.0025厘米这么小的差异，也可以对轨迹和飞行距离造成很大的影响。

小凹坑通常是圆形的，但其他的形状也可以有极佳的空气动力性能11.游泳运动员在游进过程中受到的阻力都有哪些？试说明高科技泳装是如何减小游进阻力的？答：一、阻力：1.摩擦阻力，由于水具有粘滞性，运动员游进时，紧贴体肤有一层水随着运动员的皮肤前进，因而形成边界层，产生切应力，即摩擦力。

2.形状阻力（压差阻力）它是由于水的粘滞性原因、运动员游进时使其背部和身后产生涡旋和伴流、使人体消耗一定的能量而形成阻力。

它与运动员的体型、姿势及游进的速度有关，故称形状阻力。

因为它是运动物体前后的压强差所致，也称之为压差阻力。

3.兴波阻力和碎波阻力，游泳时，身体部分体积浮出水面进行正常的划臂和打腿，运动员是在两种流体的共界面运动。

当运动员游进时破坏了液体的平衡而使液面产生振荡，使液面产生波浪所消耗的能量造成阻力，称为兴波阻力。

当运动速度较快或划臂和打腿的动作会使波浪破碎形成飞沫，造成水花这部分能量损耗形成的阻力称为碎波阻力。

二、高科技泳衣：1.可以使阻力减少7.5%；2.使游泳的成绩提高3％；3.高科技泳装具有嵴状物突起，这种嵴状物突起可以有效地减少形状阻力；4.高科技泳装具有特别的组成部分——纤维炸弹，可以有效地减少肌肉颤动，减少能量的损耗；5.增大浮力，减少摩擦阻力。

6. 高科技泳衣比一般泳衣要紧70倍，高科技泳衣在胸部、臀部等人体阻力最大的部位，采用特殊材料对肌肉进行压缩，以便把运动员的身体尽可能“塑造”成流线型。

12.人体骨骼的力学特点有哪些？答：1．骨骼是各向异性材料，载荷方向不同其力学性质也不同。

局部解剖位置不同其力学性质也存在差异。

2．成熟密质骨压缩强度最高，拉伸强度次之，剪切强度最差。

顺着纤维方向的剪切强度低于横着纤维方向的剪切强度。

松质骨的强度远远低于密质骨的强度。

3．应力集中会使骨骼的强度降低4．加载速度增加，骨的强度和刚度增加，吸收能量的能力增加。

13.人体骨骼可能受到的力学载荷有哪些？人体骨骼最能抵抗和最难抵抗的载荷形式分别是什么？答：可能受到的力学载荷有：1.压缩载荷。

常见于身体处于垂直姿势中，作用力从骨的两端作用于骨，一端是人体的重力和外加的载荷的力，另一端是支撑反作用力，骨骼承受压缩载荷的能力最强；2.弯曲载荷：通常是在骨骼起杠杆作用时出现的。

常见于肌肉力以及关节的压力作用于骨上，使骨产生弯曲载荷，通常这种载荷骨骼都能够承受，但是突然的非正常载荷或外来较大的冲力作用下骨骼易损伤。