运动生物力学知识点

运动生物力学知识点

第一章概述

知识点1: 生物力学——生物力学的定义；生物力学的分类。

知识点2: 运动生物力学——运动生物力学是研究体育运动中人体、器械机械运动规律的科学。其主要内容有：运动生物力学的定义；运动生物力学任务；运动生物力学与生物力学的关系；运动生物力学的发展史

知识点3: 运动生物力学主要测试手段——技术动作拍摄；运动图像解析；三维测力等。

第二章人体结构的力学特性

知识点1: 骨的材料力学特性——骨的形态与结构；骨的伸展性和弹性；骨的成分特点

知识点2: 骨的受力形式——骨的受力形式与力的大小对运动效果直接相关，对骨的形变与损伤也至关重要。因此骨的压缩负荷、拉伸负荷、弯曲负荷、扭转负荷以及不同运动状态下骨的形变特点是本知识点的主要内容。

知识点3: 骨的结构与形态特点——骨的结构、形态特点与肌肉的配布以及运动中肌肉的发力直接相关，骨在外力作用下其应力、应变的概念、人体长骨的形态、骨中空的成因等本知识点的主要内容。

知识点4: 骨的功能适应性理论——是指骨对所担负工作的适应性。本知识点中Wolff定律、Raach的见解以及机械应力与骨组织之间的生理平衡是其主要内容。

知识点5: 软骨的力学特性——软骨的渗透性、软骨的形变与速度关系以及椎间盘的蠕动性质。

知识点6: 关节结构的力学特性——身体不同部位的关节因其自身的结构不同而灵活性与稳固性存在差异。而以灵活性为主的结构主要有：关节面软骨、滑液、滑膜皱襞、粘液囊、关节腔、关节内软骨等。以稳固性为主的结构主要有：关节囊、韧带、关节腔内的负压等。知识点7: 关节的运动幅度——是指在关节运动的方向上骨环节运动极限之范围。因此影响关节运动幅度的因素是：第一，与相连两骨关节面的弧度差有关；第二，与关节周围软组织的特性有关；第三，与年龄、性别、运动项目和训练水平有关。

知识点8: 肌肉结构的力学模型——三元模型，该模型由收缩元、并联弹性元和串联弹性元三部分组成。模型中收缩元产生的张力成为主动张力，并联弹性元产生的张力称为被动张力。此外，肌肉结构力学模型混联的特点是：模型间的并联对收缩力量有良好的影响，但与收缩速度无关，模型间的串联构成肌肉的长度，对肌肉的收缩幅度和速度有良好的影响，但与收缩力量无关。

知识点9: 肌力产生的机制——当被拉长的肌肉大于平衡长度时，并联弹性元首先产生弹性力，如果此时肌肉的收缩元参与工作，在肌肉的末端必将产生较大的拉力。因肌肉的收缩存在着潜伏期，在肌肉的收缩元刚开始工作时，在加肌肉的末端还记录不到肌力的变化，由此可知，串联弹性元主要起传导肌力的作用。

知识点10: 肌肉松弛——肌肉不具备完全弹性，而有明显的时间效应，其时间愈长，力值就愈下降，肌肉的这种特性称为松弛。

知识点11: 肌肉收缩的力学特性——主要包括肌肉收缩的力量-速度特性和肌肉收缩的功率特性。肌肉收缩的力量-速度特性可由希尔方程进行解释，肌肉收缩的力量与速度应合理匹配，因此训练中不能偏废。肌肉收缩的功率实际上是指爆发力的大小，而爆发力（速度力量）不是力的概念，只是爆发能力的简称。

知识点12: HILL方程——HILL方程是以动物的骨骼肌为实验对象建立的，但也符合人体肌肉的运动特点。HILL方程P=（T+a）（V+b）反映了肌肉收缩的力量与速度的关系。

知识点13: 肌肉功率及差异性——在运动生物力学和运动技术理论中把“力*速度”（F*V）

叫做爆发能力，简称为爆发力。肌肉收缩时的最大功率也就是身体所具有的最大爆发能力，这种能力不仅使身体运动，而更重要是快速运动。肌肉的功率在性别上存在差异，在专项上也存在差异。

第三章人体运动的静力学

知识点1: 人体平衡的分类——根据支点与人体重心的位置关系，人体的平衡分为：上支撑平衡，下支撑平衡，混合支撑平衡。根据人体维持平衡的稳定性来划分，人体的平衡分为：稳定平衡，不稳定平衡，有限的稳定平衡和随遇平衡。

知识点2: 人体平衡的必要条件——和外力为零，保证人体处于平动的平衡状态；和外力矩为零，保证人体处于转动的平衡状态。人体的平衡状态：在平动平衡中包括：静止、匀速直线运动；在转动平衡中包括：静止、定轴匀速转动。

知识点3: 影响身体平衡的力学因素——支撑面的大小，重心的高低，稳定角的大小，稳定系数，物体的质量，摩擦力的大小

知识点4: 重心——人体重心的概念：

人体重心的理解：人体整体所受到的重力可以由人体身体各部分所受的重力简单地求代数和。人体的整体可以看成是由各环节组成的，各环节又是各细微的身体质点组成的。人体各环节受到的重力所构成的力系是空间平行力系。人体总重心坐标为各环节相对重量与所对应的环节重心坐标乘积的和。

知识点5: 人体重心的变化特点——人体运动中，随着人体姿态的变化，人体重心也会发生移动。环节移动时，人体重心随之发生移动，环节对于重心移动幅度具有决定性的因素为：环节质量、环节移动的距离；大环节移动相对于小环节的移动对于身体重心移动的影响更大。人体重心的移动与人体环节移动，在运动学方面表现出一致性，这种一致性主要体现为：幅度、方向、速度。尽管人体重心是由人体环节决定的，但有时人体重心会溢出到人的体。各项目运动员身体重心性相对高度按高低排列依次为：艺术体操、田径、游泳、举重。运动员身体重心相对高度的范围值：50%~70%。

知识点6: 测定人体重心的方法——环节的重心半径系数；环节的相对重量；环节的重心坐标。

第四章人体运动的运动学

知识点1: 基本运动学量——位移、速度、加速度、时间、角度；

对于基本运动学量的理解：人体在运动过程中，有运动速度的变化则必有加速度。描述人体运动幅度的参量：前后距离、环节运动角度。表征人体运动节奏的运动学量是：运动速度、运动周期。

知识点2: 人体运动形式——人体运动形式的分类：按运动轨迹来区分，可分为直线运动和曲线运动；按运动速度特征来分，可分为匀速运动、匀变速运动和变速运动。

人体运动形式的认识：在原地纵跳中，运动员蹬伸阶段所做的运动为变加速运动；在体操的鞍马动作中，人体的运动属于变速曲线运动。当人体所受到的外力与运动速度的方向有一定的夹角时，人体即做曲线运动。

知识点3: 匀速直线运动特点及规律——运动生物力学常用的运动学研究方法：分段记时、影像解析、速度仪，其中，影响解析是运动生物力学最常用、最重要的运动学研究方法。摄影解析的方法能得到的运动学参数：空间位置坐标、空间运动的速度、加速度和空间转动的速度与角度。高速摄影拍摄频率越快，则对于运动员运动学参数解析的结果更加准确。分段记时仪的基本原理是将光信号转化为电信号。

知识点4: 匀速直线运动的特例分析——

知识点5: 匀变速直线的特点及规律——匀加速直线运动，匀减速直线运动

知识点6: 匀变速直线的特例分析——运动中，常见的减速运动：急停、制动、缓冲等；常见的加速运动：蹬跳、游泳的跳水出发、100米的起跑等。

知识点7: 运动独立性原理——任何一个合运动都可以分解为几个分运动。各个分运动之间相互不发生干扰；每个分运动都具有各自独立的规律。合运动与分运动具有同时性。

知识点8: 运动的合成与分解——两个匀速直线运动合成，其合运动为：匀直线运动。一个匀速直线运动和一个匀变速直线运动的合成，合运动为：匀变速直线运动。两个匀变速直线运动的合成，合速度为：匀变速直线运动。两个不在同一直线上的运动合成，其合速度发生的变化为：方向不可能与原来某一速度的方向相同；大小可能比原来两个的速度大，也可能比原来两个速度都小。

知识点9: 斜抛体运动的特点与规律——实例分析：篮球在空中飞行的上升期，其垂直分速度是逐渐减小的，当达到最高点时其速度为0，但加速度仍为重力加速度g。篮球出手后，沿一定的弧线运动，其整个过程中篮球的分速度有：水平方向上为恒定的分速度、从离手点到最大高度有垂直向上的分速度、从最大高度到最低点有垂直向下的分速度。

最佳出手角度小于45o的运动项目：跳远、投掷、游泳的跳水出发；最佳出手角度大于45o的运动项目：跳高、篮球投篮。各项目的最佳出手角度：铅球的最佳出手角度为38o~42o；投篮的最佳出手角度为46o~53o；跳远的最佳起跳角度为25o左右。

知识点10: 影响斜抛体运动的因素——出手速度、出手角度、出手高度。

各个因素的对比分析：在影响铅球成绩的因素中，最后用力是决定运动员出手速度的因素之一，出手高度取决与运动员的身高。抛物体在空中运动时间的长短主要取决于物体腾空的高度。运动员的出手速度、角度和高度是影响标枪运动成绩的主要因素，流体的影响是次要因素。影响抛物体运动成绩的排列主次为：出手速度、出手角度、出手高度。

第五章人体运动的动力学

知识点1: 牛顿第一定律及应用——第一，注意动作的连贯性；第二，完成动作过程中注意肌肉用力顺序；第三，运动中注意能量的合理分配；第四，注意助跑与缓冲动作。

知识点2: 牛顿第二定律及应用——物体间的相互作用产生力，而力是使运动体产生加速度的原因。因此作用力和加速度两者之间是什么关系可以用牛顿第二定律解释，即运动体的加速度与其所受的合外力成正比，与其质量成反比。

知识点3: 牛顿第三定律及应用——作用力和反作用力必定是一对同性质的力，此外作用力与反作用力必定是同时产生、同时消失的。

知识点4: 动量与冲量——描述物体运动强弱和冲劲大小的物理量称为动量。描述物体动量发生变化的物理量称为冲量。在低速宏观运动中，要增大运动体的速度只能靠增大对运动体的冲量来实现。

知识点5: 动量定理——运动体动量的变化量等于运动体在同一时间内所受的冲量。

知识点6: 动量定理的应用——第一，增大冲量达到速度的目的；第二，延长外力的作用时间，减少其冲力；第三，缩短力的作用时间，增大冲力；第四，由冲量曲线来认识技术动作。知识点7: 功与能——能是做功的本领，功是能的体现，功与能之间是可以互相转换的。

知识点8: 动能定理及其应用——合外力对物体所做的机械功等于运动体动能的变化量，这一结论称为动能定理。应用动能定理时，只需考虑运动体的始末状态，而不必考虑运动体的运动过程。

知识点9: 功能原理及其应用——外力对物体做的功在数值上等于物体的机械能的增量。由功能原理可知，如果系统所受的合外力为零时，系统的总机械能将保持不变。

第六章人体运动的转动力学

知识点1: 人体运动中的转动类型——人体运动中的转动类型一般是根据有支撑状态和无支撑状态来划分的。

知识点2: 形成人体转动的力学条件——是人体受到了非平衡力矩的作用。当人体加速转动时，作用于身体的动力矩必然大于阻力矩，否则身体作减速转动。

知识点3: 转动惯量——描述身体转动时，其转动惯性大小的物理量称为转动惯量。影响人体转动惯量大小的因素是：身体的质量；身体的姿势；所绕的转轴。

知识点4: 动量矩——是描述转动体绕定轴转动时，其转动强弱的物理量。动量矩是矢量，因此既有大小也有方向。影响其大小的因素是，转动体的转动惯量与转动速度。

知识点5: 冲量矩——描述运动体动量矩发生变化的物理量称为角冲量或者冲量矩。冲量矩是矢量，影响其大小的因素是，转动体所受外力矩的大小与外力矩作用时间的长短。

知识点6: 转动运动学原理——描述转动体运动学特征的物理量主要是，角速度、角位移和角加速度等。要提高运动器械在空中飞行的稳定性，在器械出手时应该做到，适当增大对其的力矩，以保证运动器械的自传速度。

知识点7: 转动动力学原理——当身体绕固定轴转动时，身体的转动惯量与角加速度的乘积等于作用在身体上的合外力矩，这一定律被称为转动定律。运动中身体所受的合外力矩为零时，其转动惯量与角速度的乘积为一常量，这一关系被称为动量矩守恒定律。

知识点8: 人体转动的力学依据——人体的转动离不开力，而有力人体不一定发生转动。因此，力矩、动量矩定理、动量矩守恒定律、转动定律等是评价人体转动效果的主要力学依据。知识点9: 加大人体转动效果的方法——第一，线运动的制动；第二，动量矩的传递；第三，加大偏心力矩。

知识点10: 转动惯量与转动速度的关系——当人体所受的合外力矩为零时，转动惯量与转动速度成反比，即要提高人体或环节的转动速度时，只有靠改变人体的姿势，减小其转动惯量。知识点11: 定向作用——转动体在所受合外力矩为零时，具有保持绕其转轴方向不变的特性，称之为转动体的定向作用。

知识点12: 相向运动——人体腾空后，在所受合外力矩为零时，身体某一环节以一定大小的动量矩沿某一方向转动，则必会导致身体其它一些环节以等大的动量矩反向运动，这种特性称为运动中的相向运动。

第七章体育运动中的流体力学

知识点1: 流体的连续性原理——当流体流经一段流管时，流管截面积与流速成反比，即流量保持恒定。流体流动的连续性原理的依据：质量守恒定律。流体的连续性原理的物理意义：阐述的是流体的流动时流管截面积与流速的关系。

知识点2: 伯努利定律——伯努利定律：当流体流经一段流管时，流体的动能、位能与压能的总和保持恒定。伯努利定律的意义：流体流速快，流体产生的压强小；流体流速慢，流体产生的压强大。伯努利定律的依据：能量守恒。流体连续性与伯努利定律的关联结论：流管截面大，流体流速小，流体产生的压强大；流管截面小，流体流速大，流体产生的压强小。实例分析：飞机的机翼是上凸下凹，气流流过时，上表面气流速度大，压强小；下表面气流速度小，压强大。

知识点3: 马格努斯效应——马格努斯效应：当球体既平动又转动时，其运动轨迹将会改变方向而成曲线。它指球体的弧线运动。马格努斯效应产生的理论基础是伯努利定律。马格努斯效应的产生必须满足的条件：球体，空中飞行时发生旋转。

知识点4: 游泳时的动力——游泳时的动力主要来源于：推进阻力、升力、浮力。推进阻力：

其实质是肢体的形状阻力；对人体整体而言，其实际作用效果是推动人体前进的动力；增大肢体推进阻力的方法是增加肢体推水面积和增加推水动作的速度。

知识点5: 游泳时的阻力——游泳时的阻力主要有：摩擦阻力、形状阻力、波浪阻力、肢体回返动作阻力。提高泳进速度的主要途径：改变泳姿，减小迎水面积；改善运动员体表的光滑度；尽量抢在前面，改善水的流动状态。

知识点6: 流体对铁饼运动的影响——为了提高铁饼的运动成绩，在铁饼出手时应根据风速和风向采取相应的变化，对于出手角度做适当的调整：顺风投应适当增大出手角度，逆风投应适当减小出手角度。铁饼在空中的旋转的作用：增加飞行稳定性。投铁饼的运动中，为了提高运动成绩，除加强力量训练与技术训练以外，还需要重点考虑的问题有：根据风速、风向合理调整出手角度；加强铁饼的旋转效应。

知识点7: 流体对标枪运动的影响——标枪在空中飞行时重心的运动轨迹必然是一条跑五线。标枪在空中飞行的稳定性，与其在空中飞行的自转速度成正比；与其在空中飞行时的进动和章动成反比。标枪在空中飞行时的基本运动形式：抛物线与自转。标枪的出手角度：在顺风状态下投掷铁饼时，对应适当增加出手角度。

知识点8: 流体对球类运动的影响——马格努斯效应的概念：球体平动的同时带着旋转，则球体将会改变速度方向而成曲线。球类的运动中属于马格努斯效应的有：乒乓球的弧圈球，足球的香蕉球。排球的飘球不属于马格努斯效应。