人体运动的运动学
人体运动的运动学分析
研究地球绕太阳运动， 地球可以当作质点
2 刚体模型：相互 间距离始终保持不 变的许多质点组成 的连续体，有体积， 考虑其形状和大小 及质量。
3 多刚体系统：在研究人体的空间位置变化时，
常把人体的肌肉和内脏等形变忽略不计，而把人 体简化为由多个刚体（环节）组成的刚体系统， 称为多刚体系统或人体模型。
“小小竹排江中游，巍巍青山两岸走”
“游”描写的对象是什么？ --竹排
“走”描写的对象是什么？
--青山
动画中哪些是在运动的？ 哪些是静止的？ 竹排相对于青山是运动的，相对于竹排上的人是静止的。 青山相对于竹排是运动的，相对于树木是静止的。
物体的运动是永恒的，静止是相对的。
在何种情况下，飞机能进行空中加油！
（2） 转动：在运动 过程中，如果人体内 的各点都围绕同一轴 线（转轴）做圆周运
动，这种运动就叫转 动。
（3） 复合运动：人 体的运动往往不是单 纯的平动和转动，绝 大多数的运动包括平 动和转动。两者结合 的运动成为复合运动。
（二）人体运动的运动学特征
1 时间特征
（1）时刻
时刻是人体或器械空间位置的时 间度量，是时间上的一个点，它 用于运动的开始、结束和运动过 程中许多重要位相的瞬时。
用公式表示 V= ωR
当角速度不变时，线速度与半径成正比，半径 一定时，线速度与角速度成正比。
六 体育运动中的抛体运动
（一）平抛与斜抛运动
v0
平抛运动
斜抛运动
（二）抛点与落点在同一水平面上的斜抛运动
（二）抛点与落点在同一水平面上的斜抛运动
设：V0=20m/s θ=300
求：足球可能达到的最大高度及飞行远度。
质点
（一） 人体 运动 分类
人体运动学
总论1、运动学（kinesiology）是理论力学的一个分支学科，它是运用几何学的方法来研究物体的运动，主要研究质点和刚体的运动规律。
2、人体的运动的三个面: 水平面：与地面平行的面，把人体分为上下两部分；额状面：与身体前或后面平行的面，把人体分成前后两部分；矢状面：与身体侧面平行的面，把人体分为左右两部分3、人体的运动有三个轴：横轴（与地面平行且与额状面平行的轴）纵轴（额状面与矢状面相交叉形成的、上下贯穿人体正中的轴）矢状轴（与地平面平行且又与矢状面平行的轴，在水平方向上前后贯穿人体）屈曲(flexion),伸展(extension):主要是以横轴为中心,在矢状面上的运动；一般向前运动为屈，向后运动为伸，膝关节以下各关节的运动方向相反；内旋(internal rotation),外旋(external rotation) :主要是以纵轴为中心,在水平面上的运动，一般肢体各环节由前向内的运动称内旋（前臂称旋前），由前向外旋转称旋外（前臂称旋后）头、骨盆、脊柱均为向左向右侧回旋。
前臂和小腿有旋前和旋后运动。
足踝部还有内翻(inversion)和外翻(eversion)运动。
4、人体的基本运动形式运动生物力学将人体看作是由上肢、头、躯干和下肢组成的多环节链状形式，它的基本运动形式如下：1）.上肢的基本运动形式由上肢各关节共同完成。
（1）推：在克服阻力时，上肢由屈曲态变为伸展态的动作过程。
如胸前传球。
（2）拉：在克服阻力时，上肢由伸展态变为屈曲态的动作过程。
如游泳。
在运动中，上肢往往是推、拉动作相结合的运动形式，如划船；有时在伸直时做推拉。
（3）鞭打：在克服阻力或自体位移时，上肢各环节依次加速、制动，使末端环节产生极大速度的动作形式，叫鞭打动作。
如投掷。
2）下肢的基本运动形式（1）缓冲：在克服阻力时，下肢由伸展态转为较为屈曲态的动作过程。
如跳远落地动作。
（2）蹬伸：在克服阻力时，下肢由屈曲态主动转为伸展态的动作过程。
人体运动的运动学
随着科技的不断发展，人体运动学将在更多 领域得到应用，如智能医疗、智能家居、智 能交通等，为人类的健康和生活提供更多便 利。
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保训练的科学性和有效性。
康复医学领域的应用
康复评估与治疗
利用运动学原理和方法，对患者进行康复评估，制定个性化的康 复治疗方案。
运动功能恢复
通过运动训练等手段，帮助患者恢复或改善运动功能，提高生活 质量。
康复器械设计与研发
根据人体运动学原理，设计和研发更符合患者需求的康复器械。
虚拟现实与仿真领域的应用
人体运动的运动学
目录
• 人体运动学简介 • 人体运动的基本原理 • 人体运动的生物力学分析 • 人体运动的运动学参数测量 • 人体运动中的动力学分析 • 人体运动学在相关领域的应用
01 人体运动学简介
定义与研究对象
定义
人体运动学是研究人体活动及运动规律的学科，探讨人体在运动过程中的机械 运动规律及其与身体结构和功能的关系。
其他领域的应用及展望
人机交互与智能穿戴设备
将人体运动学原理应用于人机交互和 智能穿戴设备的设计中，提高设备的 舒适性和便捷性。
军事领域
分析人体在战斗、训练等场景下的运 动学特征，为军事训练和装备设计提 供指导。
航空航天领域
研究人体在失重、超重等特殊环境下 的运动学特征，为航空航天领域提供 科学支持。
足，为技术改进提供科学依据。
运动生物力学研究
探究人体在运动过程中的力学 原理和机制，为运动训练和健 身指导提供理论基础。
运动损伤预防
分析运动员在运动过程中的受力情 况和运动轨迹，预测潜在的运动损 伤风险，制定相应的预防措施。
人体运动学
人体运动学
人体运动学是研究人体运动的科学领域，它主要关注人类运动的力学、生理和
解剖学等方面。
通过对人体运动学的研究，我们可以更好地了解人体在运动过程中的各种特征和运动机制，从而指导运动训练、康复治疗和运动技能的提高。
人体运动的基本要素
人体运动学主要涉及到人体运动的基本要素，包括运动速度、运动方向、力量、协调性等。
在运动学中，我们常常通过分析人体在运动过程中的姿势、轨迹和动作来研究人体的运动特征，以及在不同运动条件下人体的生理反应。
人体运动学的应用领域
人体运动学在各个领域都有着重要的应用价值。
在运动训练中，人体运动学可
以帮助教练更好地掌握运动员的运动技能和表现，指导运动员进行更科学的训练。
在康复医学领域，人体运动学可以帮助康复医师更好地了解患者的运动功能障碍，设计更有效的康复训练方案。
人体运动学的研究方法
人体运动学的研究方法主要包括运动学分析、运动力学分析和生物力学分析等。
通过这些方法，研究人员可以对人体在运动过程中的各种力学和生理特征进行详细的数值和图像分析，从而揭示人体运动的规律和机制。
人体运动学的发展趋势
随着科学技术的不断进步，人体运动学领域也在不断发展。
未来，人体运动学
将更多地应用于运动医学、人机交互、运动健康等领域，为人类健康和运动能力的提升提供更多科学依据。
综上所述，人体运动学作为一个重要的交叉学科，对于推动运动科学的发展和
促进人体健康有着重要意义。
通过不断深入研究和探索，人体运动学将为人类的健康和运动能力带来更多的益处。
运动生物力学课讲稿：第五章(2007)
2.为什么要选用参考系 例如： 车厢内某人竖直下抛一小球，观察小球的 运动状态，结果：
车厢内的人：
地面上的人： 孰是孰非？
垂直下落
抛物运动
答：运动的描述是相对的。
3.参考系的定义：
参考系是指描述人体是否运动时，所选定的作为 参考标准的物体或物体群。根据研究问题的性质和 方法的不同，可分为两类不同的参考系。
T
V
A
Δv a = lim Δt→0 Δt
a＞0,与运动同向，加速
o
t
t
a＜0,与运动反向，减速
（三）曲线运动中的瞬时加速度
A
曲线运动中 瞬时加速度 切向加速度 at 法向加速度 an
at
an
a
1．向心加速度（法向加速度）
人体作匀速圆周运动时沿法线方向的加速度， 其公式为：
an = V2/R
注意：运动的人体或物体做曲线运动时，即使速度 大小不变也会产生加速度，加速度就是其做匀速圆 周运动时沿法线方向的加速度。
2.变速圆周运动中的加速度
变速圆周运动是指物体运动速度不断变化的 圆周运动。 对于匀速圆周运动，法向加速度就是其总的 加速度；对于变速圆周运动，其总的加速度为：
a=at+an
三、速度的合成与分解
（一）运动的独立性原理 人体或物体同时参与几个运动(分运动)，则每一 个运动不受其他分运动的影响，人体或物体的运动是 由各个彼此独立进行的运动叠加而成。 如：在匀速行使的车上 同速上抛同 高度的小球 落地时 间相同
6.坐标系
坐标系指设置在参考系上的数轴，是参考系的 数学抽象。它在性质上起着参考系的作用，而在数 量上又能进行精确描述。
三要素：原点、方向、单位。
第二章 第二节 人体运动学及研究方法
人体运动学及研究方法
一、运动的相对性及参考系
1、运动的相对性
“运动包括宇宙中发生的一
切变化和过程，从简单的位
置变动起直到思维。
”
——恩格斯《自然辩证法》
——
运动本身是绝对的，运动描述是相对的
一、运动的相对性及参考系
2、参考系与坐标系
描速物体运动时被选作参考的物体称为参照体，又称参照系
具有单位长度的参照系称为坐标系
平动与转动
复合运动
V0θ
h
四、运动学参数的测量方法
（S、V、t、a、α、ω、β）
1.高速摄影与影片解析
加速度计
电测角器
排球扣球动作（鞭打动作）三维图像。
人体运动学中的重要知识点
人体运动学中的重要知识点人体运动学是运动生理学的一个重要分支，研究人体在运动过程中的力学原理和机制。
在运动过程中，人体的骨骼肌肉系统承受着各种力的作用，因此了解人体运动学的重要知识点对于运动员的训练和运动表现具有至关重要的意义。
本文将介绍人体运动学中的几个重要知识点。
一、运动学的基本概念在人体运动学中，有一些基本概念需要我们了解。
首先是位置和位移，位置是指物体在空间中的位置，位移是指物体从一个位置到另一个位置的移动。
其次是速度和加速度，速度是物体在单位时间内移动的距离，加速度是物体在单位时间内速度的改变量。
最后是力、质量和惯性，力是物体之间相互作用的结果，质量是物体所具有的惯性程度。
二、质心和重心质心是指物体的质量均匀分布的中心，重心是指物体所受的合外力所产生的合力的点。
在人体运动学中，质心和重心的位置对于运动员的动作和平衡具有重要影响。
例如在跳远中，运动员需要通过控制身体的重心位置来获得较好的起跳姿势和飞行姿势。
三、力的作用点和方向在人体运动过程中，力的作用点和方向非常重要。
力的作用点指的是力所作用的物体上的具体位置，力的方向指的是力的作用线的方向。
通过合理地控制力的作用点和方向，运动员可以发挥出更大的力量，提高运动表现。
例如在投掷项目中，运动员通过控制手臂和肩膀的力的方向和作用点，可以增加投掷物体的速度和力度。
四、杠杆原理杠杆原理是人体运动学中的重要概念，通过合理地运用杠杆原理，运动员可以在运动中发挥出更大的力量。
杠杆原理包括杠杆的定义、杠杆的作用和杠杆的平衡条件。
在运动中，肢体骨骼和关节构成了人体的杠杆系统，通过改变杠杆的长度和作用点，运动员可以调整杠杆的力臂和力矩，从而实现更大的力量输出。
五、摩擦力和空气阻力在人体运动学中，摩擦力和空气阻力是运动员需要克服的两个重要力。
摩擦力是由物体表面接触而产生的力，可以分为静摩擦力和动摩擦力。
空气阻力是运动员在高速运动中所受到的阻力，影响着运动员的速度和稳定性。
人体运动学
人体运动学人体运动学是研究人体运动的科学，它主要涉及到人体各个部位的运动、力的作用以及运动时所产生的力的变化。
通过对人体运动进行系统的分析和研究，人体运动学可以帮助我们更好地理解人体的生理结构和运动特征，为运动训练、康复治疗和工作环境设计等方面提供依据。
下面将详细介绍人体运动学的相关内容。
人体运动学最早起源于20世纪初的欧洲，随着科学技术的不断进步，人体运动学研究也逐渐得到了发展。
它主要包括人体各关节的角度、角速度、角加速度、肌肉力量等参数的测量和计算。
通过运动捕捉系统、力学分析仪器等工具，人体运动学可以精确地记录和分析人体运动的细节，从而对人体运动特征进行深入研究。
人体运动学的研究内容主要涉及静态和动态两个方面。
静态包括人体的静止姿势、关节的静态角度以及静止时的肌肉力量等。
动态则侧重于人体在运动过程中各关节角度的运动变化、肌肉力量、力的作用等。
通过静态和动态的研究分析，可以揭示人体在不同活动过程中的运动特征、肌肉协调性以及对外界环境的适应能力。
人体运动学的研究可以广泛应用于不同领域。
在运动训练中，运动员的动作规范、技术优化和受伤预防都需要运用人体运动学的知识。
通过对运动员的运动过程进行分析和优化，可以提高他们的技术水平和竞技能力。
在康复治疗领域，通过人体运动学的测量和分析，可以评估患者的运动能力和康复进展，制定更科学的康复计划。
此外，人体运动学还可以应用于工作环境设计、人机界面研究等领域，帮助改善工作效率和减少工伤事故的发生。
人体运动学的研究方法主要包括实验研究、数值模拟和计算分析等。
实验研究通过运用专业仪器记录和测量人体运动过程中的各种数据，以获取准确的运动信息。
数值模拟则通过计算机模型和仿真软件模拟人体运动过程，从而得出相应的运动学参数和结果。
计算分析则是利用运动学公式和数据处理方法进行数据的计算和分析，以便更好地理解和解释人体运动的特征和规律。
总之，人体运动学是一门综合性的学科，它研究人体运动的力学性质和动作特征。
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• 1、惯性参考系(静参考系）
惯性参考系是指以地球或相对于地球静止 不动的物体、或作匀速直线运动的物体作为参 考系。
2、非惯性参考系（动参考系）
是指以相对于地球作变速运动的物体 作为参考系。
说明以下运动的参考系性质
• 短跑运动员在跑道上奔跑 • 体操运动员从踏板上起跳 • 研究短跑运动中的摆臂动作，以人体重心
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
H=1/2gt2
Vt= 2gh
• 竖直上抛运动的公式：t= V0/g； H=V20/2g。 • 曲线运动 例如；弯道跑。
• 平动：人体内任意两点的连线，在运动过程中始终保持平
行。
例如；滑冰运动员蹬冰后在直线上依惯性滑行，即为直
线平动。
• 转动：人体内的各点都绕同一轴线（转轴）作圆周运动。
例如；投掷铁饼的旋转动作。
人体运动的运动学
一、相对性 二、坐标系 三、运动学变量 四、位移与时间的关系 五、速度的合成与分解 六、抛体运动
一、人体运动的相对性和参照系与坐标系 二、物体运动的基本概念
重点：运动的相对性和人体运动中如何选择 参照系、运动学基本概念 难点：对于坐标系的理解
一.运动的相对性和坐标系
• （一）运动的相对性
是描述人体运动快慢的物理量。
直线运动中为 曲线运动中为
• 2． 速率
V=ΔS/Δt， V=r2-r1/t2-t1=Δr/Δt。
• 速率是指人体运动所经过的路程与通过这段路程所用的时 间之比，是描述人体运动快慢程度的物理量，只有
大小不表明方向。
人体运动的分类
•
人体简化为质点：可将人体运动分为直线
运动和曲线运动；
• 复合运动：既有平动又有转动的运动。
例如；走、跑、滑冰、滑雪都是一种复合运动，在研究 中通常将复合运动分解为平动和转动两部分分别 进行讨论，然 后加以综合，以达到简化的。
运动学量的特征
• 运动学量的特征
瞬时性 矢量性 相对性 独立性
• 思考题： • 1. 人体运动分为哪几类请举例说明?
思考题：
• 运动的绝对性
自然界一切物质都是永恒地运动着、变化着， 所有自然现象都是物质运动的各种形式。从这种 意义上来说运动是绝对的。
• 运动的相对性
物体随时间变化而导致空间的位移，是物质
运动最基本的形式。
（二）．参照系
• 参照系又称参考系，是指描述人体是 否运动时，所选定的作为参考标准的物体 或物体群。根据研究问题的性质和方法的 不同，可分为两类不同的参考系：
作为参考系
（三）.坐标系
• 概念：
• 坐标系是指设置在参考系上的数轴，是参考系的 数学抽象。它在性质上起着参考系的作用，而在 数量上又能精确描述。
• • 三要素是：参照原点、参照方向、参照单位。
坐标系原点的设置
1．描述整体运动原点 ——起点 2．环节相对重心的移动 ——运动原点在重心 3．绕定点转动的原点．
（二）时间特征
• 1．时刻
时刻是人体或器械空间位置的时间量度，是时 间上是一个点，它用于运动的开始、结束和运动过程 中许多重要位相的瞬时。
• 2．时间
时间是运动结束时时刻与开始时刻之差值，运
动持续时间是运动始末两个时刻之间的时间间隔。
（三）时空特征
• 1．速度
• 速度是指人体所经过的位移与通过这段位移所用时间之比，
• 1．什么叫参照系以及参照系的分类? • 2．参考体是如何设置的,试举例说明?
总结
• 本节重点：在人体运动中如何选择参照系 • 本节难点：对于三维坐标系的理解
——环节相对关节点的运动原点在关节
常用的坐标系
一维坐标系（沿着一个方向运 动。
二维坐标系（沿着两个方向运 动。
三维坐标系（沿着三个方向运动。
二、描述物体运动的基本的物理量和 运动形式
• 1．轨迹：轨迹是物体运动的路径
• 2．路程：是指物体从一个位置移到另一个 位置时，物体的实际移动路线的长度
• 3．位移：位移是表示物体在整个运动过程 中位置的总的变化。它既有大小又有方向， 在运算中要进行矢量相加，是对物体运动 的直线量度，因此是矢量
•
人体简化为刚体：可将人体运动分为平动、
转动和复合运动。
变速直线运动
人体运动的分类
直线运动 和曲线运动
匀变速直线运动
自由落体 竖直上抛
平动、转动、复合运动
• 变速直线运动：在任意相等时间内通过的路程并不都相等。
• 匀变速直线运动：当人体沿任意相等的时间内，速度变化
量 都相等。
• 自由落体的公式为：Vt=gt
• 4 ．速度:单位时间内物体的位移 • 5 ．加速度:单位时间内速度的变化量
三.人体运动的运动学特征
• （一）空间特征 空间特征是表明人体在运动时的空间位置以
及描述人体运动的范围，包括路程和位移。路程 是指人体从一个位置移到另一个位置时的实际运 动路线的长度，它是一个标量，只有大小，没有 方向。位移是指人体运动的起始点到终止点的直 线距离，它是一个矢量，既有大小又有方向。
• 1． 直线运动的位移和路程
• 在直线运动中，路程数值的大小等于位移数值的大小。
例如，100m从起点跑到终点，其位移大小与路程大小是相 等的。
• 2． 曲线运动的路程和位移
•
在曲线运动中，位移数值的大小并不等于路程数值的大小，
一般小于路程。
例如从起点绕400m田径场内跑一圈，经过的路程为400m， 而位移则等于零。跑200m内道时，路程为200m，位移则为 112.13m。位移是矢量，按三角形法则或平行四边形法则合成