运动生物力学第三章人体运动的动力学
运动生物力学多媒体教学第三章
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跑的人体受力分析
牛顿第三运动定律及其应用 若物体A对物体B作用一力FAB，则物体B同时以力FBA反作用物体A，两力的大小相等，方向相反，并在同一直线—上。即： FAB= -FBA
正确理解和应用牛顿第三定律应注意的几点：
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。它们不同于一对平衡力。如踢足球，脚对球的作用力为F，作用在球上，使球产生加速度和形变。而球对脚的作用力F，同时作用在脚上，使脚产生向后，的加速度和受到压迫。虽然二力大小相等，但作用在不同的物体上，产生不同的效果。
例题：P73
动量定理的矢量性。
动量定理在体育运动中的应用
在投掷项目中，为了增加器械的出手速度，即增加器械的出手动量，应增加在最后用力阶段对器械的冲量。这要求在发挥最大力量的同时，延长力的作用时间。
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。
STEP2
STEP1
另外，实践中采取一些措施，利用外部条件在一定程度上也可提高地面对人体的作用力，例如，在跑些、跳鞋上安上钉子，起跑时用起跑器等 。
1
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跳高起跳过程中的外力作用
起跑过程中的外力作用
力量训练过程中人体肌肉收缩抵抗负荷的内外力作用
3.2牛顿定律及其应用
复习：人体的受力分析
掌握物体受力的分析方法
确定受力分析对象，取出隔离体 确定场力（重力、电磁场力等） 确定所有外力：动力，阻力（摩擦力、空气阻力等），接触力等。 画受力分析图
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，则可求出人体腾空的速度。
在另一些情况下，在动作的电影图片上可以计算出人体或器械的运动速度。反过来，也可以计算出相应的平均冲力大小。
运动生物力学基本理论完整
运动生物力学的基本理论概述运动生物力学biomechanics应用力学原理和方法研究生物体的外在机械运动的生物力学分支。
狭义的运动生物力学研究体育运动中人体的运动规律。
按照力学观点,人体或一般生物体的运动是神经系统、肌肉系统和骨骼系统协同工作的结果。
神经系统控制肌肉系统,产生对骨骼系统的作用力以完成各种机械动作。
运动生物力学的任务是研究人体或一般生物体在外界力和内部受控的肌力作用下的机械运动规律,它不讨论神经、肌肉和骨骼系统的内部机制,后者属于神经生理学、软组织力学和骨力学的研究范畴(生物固体力学)。
在运动生物力学中,神经系统的控制和反馈过程以简明的控制规律代替,肌肉活动简化为受控的力矩发生器,作为研究对象的人体模型可忽略肌肉变形对质量分布的影响,简化为由多个刚性环节组成的多刚体系统。
相邻环节之间以关节相连接,在受控的肌力作用下产生围绕关节的相对转动,并影响系统的整体运动。
对于人体运动的研究最早可追溯到15世纪达·芬奇在力学和解剖学基础上对人体运动器官的形态和机能的解释。
18世纪已出现对猫在空中转体现象的实验和理论研究。
运动生物力学作为一门学科是20世纪60年代在体育运动、计算技术和实验技术蓬勃发展的推动下形成的。
70年代中H.哈兹将人体的神经-肌肉-骨骼大系统作为研究对象,利用复杂的数学模型进行数值计算,以解释最基本的实验现象。
T.R.凯恩将描述人体运动的坐标区分为内变量和外变量,前者描述肢体的相对运动,为可控变量;后者描述人体的整体运动,由动力学方程确定。
这种简化的研究方法有可能将力学原理直接用于人体实际运动的仿真和理论分析。
由于生物体存在个体之间的差异性,实验研究在运动生物力学中占有特殊重要地位。
实验运动生物力学利用高速摄影和计算机解析、光电计时器、加速度计、关节角变化、肌电仪和测力台等工具量测人体运动过程中各环节的运动学参数以及外力和内力的变化规律。
在实践中,运动生物力学主要用于确定各专项体育运动的技术原理,作为运动员的技术诊断和改进训练方法的理论依据。
《人体运动的动力学》课件
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PART 06
实践与应用
REPORTING
人体运动的实践训练
实践训练的重要性
通过实践训练，学生可以更好地 理解人体运动的动力学原理，掌
握运动技巧，提高运动表现。
实践训练的方法
包括体能训练、技能训练、心理训 练等多方面，需要根据不同的运动 项目和个体情况进行针对性的训练 计划。
实践训练的评估
本课程将介绍人体运动的动力学基础理论，包括运动生物力学、肌肉力学、骨关 节力学等方面的知识，旨在帮助学生理解人体运动的原理，提高运动表现和预防 运动损伤。
课程目标
01
掌握人体运动的基本力学原理，理解人体运动时的力、速度、加速度 、动量等物理量的变化规律。
02
了解运动生物力学、肌肉力学、骨关节力学等学科知识，提高对人体 运动过程的认识和理解。
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PART 04
人体运动的生物力学
REPORTING
生物力学的基本概念
基础定义
生物力学是研究生物体运动和力学的交叉学科，主要关注生物体的运动和功能。
生物力学的基本概念包括力、力矩、动量、动能等，这些概念在描述生物体的运动 时非常重要。
人体运动的生物力学分析
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分析方法
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人体运动的生物力学分析主要 采用实验和数学建模的方法。
人体平衡与稳定性的研究涉及到多个方面的因素，如肌肉力量、关节 角度、身体姿势等。
通过实验和理论分析，我们可以了解人体平衡与稳定性的机制，并制 定相应的训练计划和方法来提高人体的平衡与稳定性。
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PART 05
人体运动的优化与控制
REPORTING
人体运动的优化设计
运动生物力学试题及答案
运动生物力学试题及答案一、单项选择题（每题2分，共20分）1. 运动生物力学是研究体育运动中人体运动规律及其与力学因素之间关系的科学，其主要研究对象是（）。
A. 人体结构B. 人体运动C. 力学因素D. 体育运动答案：B2. 运动生物力学的研究方法不包括（）。
A. 实验法B. 理论分析法C. 计算机模拟法D. 心理分析法答案：D3. 在运动生物力学中，人体被视为一个（）。
A. 刚体B. 弹性体C. 流体D. 软体答案：A4. 运动生物力学中，下列哪项不是影响运动效率的因素（）。
A. 技术动作B. 肌肉力量C. 心理状态D. 运动装备答案：C5. 运动生物力学研究中，力的作用效果不包括（）。
A. 改变物体的运动状态B. 改变物体的形状C. 改变物体的颜色D. 改变物体的运动方向答案：C6. 在运动生物力学中，下列哪项不是运动技术分析的内容（）。
A. 运动轨迹B. 运动速度C. 运动节奏D. 运动装备答案：D7. 运动生物力学中，下列哪项是描述人体运动的动力学参数（）。
A. 位移B. 速度C. 加速度D. 以上都是答案：D8. 运动生物力学中，下列哪项不是描述人体运动的生物力学参数（）。
A. 肌肉力量B. 关节角度C. 心率D. 血压答案：D9. 在运动生物力学中，下列哪项不是运动损伤的预防措施（）。
A. 正确的技术动作B. 适当的运动负荷C. 充分的热身活动D. 过度的训练答案：D10. 运动生物力学中，下列哪项不是提高运动表现的途径（）。
A. 提高肌肉力量B. 改善技术动作C. 增加运动负荷D. 优化运动装备答案：C二、多项选择题（每题3分，共15分）11. 运动生物力学的研究内容包括（）。
A. 运动技术B. 运动训练C. 运动损伤D. 运动装备答案：ABCD12. 运动生物力学中，影响运动效率的因素包括（）。
A. 技术动作B. 肌肉力量C. 运动装备D. 环境条件答案：ABCD13. 运动生物力学中，人体运动的动力学参数包括（）。
运动生物力学_人体运动的动力学
（四）支撑反作用力
• 人体处于支撑状态时，力作用于支点（支 撑面）上，支点又反作用于人体，这种反 作用力称支撑反作用力。 • 1） 静力性支撑反作用力 由于受到重力对支点产生的压力，支点则 对人体产生一个反作用力，它是一种约束 反力，称静力性支撑反作用力。
• 2） 动力性支撑反作用力 人体处于支撑状态，而人体局部环节作加 速运动，其结果是给支点以作用力，支点 则给人体一个反作用力，称动力性支撑反 作用力。其中局部环节加速度有三种情况： （1）加速垂直离开支点 （2）加速垂直朝向支点 （3）加速斜向离开支点
（二）动量矩定理
M(t2-t1)=Iω2-Iω1。其中，M(t2-t1)称 冲量矩，它的意义是表示外力矩对物体转 动的累积效应。Iω称动量矩，它是表示 刚体的转动状态。不同时刻刚体动量矩的 变化是外力引起冲量矩的作用结果。外力 矩越大，作用时间越长，刚体转动状态的 变化也越大。
• 当肌力矩大于阻力矩时，环节做克制性工 作；当肌力矩小于阻力矩时，环节做退让 性工作；当肌力矩等于阻力矩时，环节处 相对平衡状态。
（二）动量守恒定律在体育运动中 的应用
• 1．动量守恒的条件是系统所受合外力等于 零 • 即使，合外力不等于零，但远比系统内各 物体间的相互作用力要小的得多，动量守 恒定律也近似成立。 • 系统的总动量守恒，是指系统内各物体的 动量矢量和不变，但系统内的动量可以互 相传递。
• 当系统所受合外力不等于零时，则系统总 动量并不守恒；但系统仍可能在某一方向 上保持守恒，只要在该方向上系统所受的 合外力分力等于零。 • 各种打击过程、碰撞过程，人与器械、人 与人、器械与器械间的相互作用力可能远 远大于系统所受的外力，如摩擦力，原则 上可以近似地使用动量守恒定律。
b、增大偏心力矩的作用 人体受偏心力作用时，将对质心产生偏心 力矩，此力矩将使人体产生对质心的角加 速度。例如在完成前空翻动作时，地面对 人体的支撑反作用力F通过人体重心后方， 力的作用线至身体重心的力臂为R，偏心 力矩M=FR。根据动量矩定理，在蹬地阶 段人体将获得一定的动量矩，并以此动量 矩进入腾空，从而有利于完成前空翻动作。
《简明运动生物力学》课件3-4动力学参数
KISTLER测力平台 KISTLER测力平台是由四个预加载的3分量力传 感器和面板组成的。四个力传感器的12个输出 信号在测力台内部被合并为能够确定3向力和力 矩的8个分量。力作用点(COP)的坐标和测力平 台的法向扭矩也可由此确定。石英测力台有如下 一些独特的性能： 极为灵敏，且抗过载能力强
量程宽：比如同一测力台既可测体重，又可测心 跳 固有频率高：可记录高速变化的力 绝对稳定，工作寿命几乎无限（5年保修期） 无需重新校准 极高的可靠性及准确性
力的测量----等速测力系统
力的测量----等速测力系统
力的测量----握力计
力的测量----背力计
力的测量----表面肌电系统
力的测量----角度测量与评估系统
力的测量----角度测量与评估系统
力的测量----角度测量与评估系统
力的测量----三维运动分析系统
力的测量---体育运动训练的快速图像反馈系统
1、静力性支撑反作用力
• 当人体静止不动站立在地面时，重力使人 体压向地面，地面给人体以反作用力，这 种反作用力称为静力性支撑反作用力。静 力性支撑反作用力与人体所受重力 相等，
人体保持平衡状态 。R G
2、动力性支撑反作用力 当人体处于支撑状态，人体局部环节做变速 运动，其结果是给支点（支撑面）以作用力， 支点（支撑面）给人体以反作用力，这种反 作用力称为动力性支撑反作用力。
• 1．人体内力和人体外力概念是相对的
• 如何确定某个力是人体外力还是人体内力，取决 于研究对象。由于研究对象的不同，同一个力既 可看作为外力也可看作为内力。肌力对于人体整 体来说是内力，但肌力对于作用的人体环节来说 是外力。
1_02.mp4
• 2．支撑状态时人体内力可以改变人体外力
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。
03人体运动的生物力学分析.ppt
（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。
1.分离体——把研究对象解除约束，从周围物体中 分离出来，画出简图。
2.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。
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3.刚体——在任何情况下形状和大小始终不变的物 体。
刚体内任意两点的距离始终保持不变。刚体是一个 理想化的力学模型。
4.力系——作用于物体上的若干个力 ❖若两力系对同一物体作用效果相同——等效力系； ❖一个复杂力系用一个简单力系等效替换的过程——力 系的简化。 ❖若一个力系可用一个力等效替换，则该力叫合力；力 系中的各力叫分力。 ❖若作用于物体上的力系使物体保持平衡，则该力系称 为平衡力系。此时力系所满足的条件称平衡条件。
推
作用在刚体上的力可沿其作用线任意移动，而
论
不改变该力对刚体的作用。
一
力
的
F
F
B
可
A
A
传
性 原 理
作用于刚体上的力的三要素为：大小、方向、 作用线。
作用于刚体上的力是：滑动矢量。
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公
理
作用于物体某一点的两个力的合力，亦作用于
三 同一点上，其大小和方向可由这两个力为邻边所构
3.受力分析的步骤
确定研究对象，取分离体； 先画主动力，明确研究对象所受周围的约束，进一步 明确约束类型，什么约束画什么约束反力。 必要时需用二力平衡共线、三力平衡汇交等条件确定 某些反力的指向或作用线的方位。
注意：（1）受力图只画研究对象的简图和所受的全部 力；（2）每画一力都要有依据，不多不漏；（3）不要 画错力的方向，反力要和约束性质相符，物体间的相互 约束力要符合作用与反作用公理。