运动生物力学复习资料3.docx

1、运动生物力学复习资料3第一章 结论1生物力学是生物学和力学融合而成的一门边缘学科。2. 运动生物力学是研究体育运动中人体机械运动规律的一门科学。3. 运动生物力学研究的核心是体育动作.4. 论述运动生物力学的任务。可从以下五个方面来论述：（一）改进运动技术。（二）改善训练手段。（三）改革运动器材。（四）预防运动损伤。（五）运动康复与健康促进。5.论述运动生物力学与其他学科的关系。6.简述运动生物力学与运动解剖学、运动生理学、力学、运动技术等学科的相互关系。运动生物力学与运动解剖学：运动生物力学研究人体的运动动作，必然涉及到人体运动器系的形态结构，特别是运动器系的形态结构与其功能的统一性和相互制

2、约性。运动生物力学与运动生理学：运动生物力学研究人体的运动动作，必然涉及到肌肉活动的本体感受器、信息正负反馈和神经控制。这些都是正确实现人体运动动作过程中必不可少的条件，也是人体运动的重要特征。运动中能量的供给，释放能量的完成，是反映人体肌肉活动功率或整体活动效率的重要依据。运动生物力学与力学：应用经典力学理论于活体（人体）有适应的一面，同时还存在着不服从或不完全服从的另一面。如何摆脱用简单的力学原理解释复杂的人体高级运动本质的机械论思想，正确认识人体运动中丰富的物理学内容，需要寻求更适合研究活体运动力学规律的数学工具或分析方法。这也正是运动生物力学理论研究的基础工作和重要工作。运动生物力学与

3、运动技术：运动生物力学研究的核心是人体运动动作，运动动作是以一定的运动技术、技能的要求来体现的，人体表现出的个体之间动作技术千差万别，要研究引起差别的原因，研究人体运动技术极其变化的原因，寻找运动技术的合理化和最佳化，对于运动技术、身体素质训练方法的有效性和最佳化，也需要从运动生物力学理论中找到依据。第二章 人体动作结构的生物力学基础1质量是研究物体平动惯性大小的物理量，转动惯量是研究物体转动惯性大小的物理量。2平行轴定理：物体对某转动轴的转动惯量，等于物体对于通过其质心且与该轴平行轴的转动惯量加上物体的质量与两平行轴间距离平方的乘积。此为转动惯量的平行轴定理。根据平行轴定理，同一物体绕许多平

4、行轴的转动惯量，以绕通过质心的轴的转动惯量最小。3如果重力作正功，重力势能将减小，反之，如果重力作负功，则重力势能增大。4人体质心和重心一般被认为是共点。5、刚体：具有一定大小和形状，但不发生形变的物体，这种模型称为刚体。6.鞭打动作：手部游离（或持物），上肢作类似鞭子急速抽打的摆臂动作。同样的鞭打动作形式在下肢运动和全身运动中也存在。7. 单生物运动链：两个相邻环节及其之间的可动连接构成了单生物运动链，包括相邻的两个环节和连接在这两个环节之间的关节。双生物运动链：是两个生物运动链串联而成。8. 转运惯量是量度转运物体惯性大小的物理量，用以描述物体保持原有转动状态的能力。转运惯量越大，转动状态

5、越不容易改变。体重50公斤的撑竿跳高运动员，从5米高处落在高2米的海绵垫上，落垫缓冲时间为0.5秒，求运动员所受到的平均冲力。(g=10米/秒2)解：由g=10m/s2,h=5m根据自由落体的基本公式 v2=2gh得 v=10m/s 根据动量定理 Ft=mv2-mv1 规定竖直向下为正方向 则由 v2=0 v1=10m/s F=mg-N t=0.5s所以有：（mg-N）t=mv2-mv1代入已知量得 N=1500(N) 答：运动员所受到的平均冲力为1500牛顿。9.以周期循环的规律出现的动作组合为周期性动作系统。10. 试述人体内力与人体外力的相对性及其相互关系。 (1) 若将人体看作一个力学

6、系统，则人体内部各部分相互作用的力称为人体内力。若将人体确定为研究对象，即人体力学系统，那么外界对人体作用的力称人体外力。(2) 内力和外力的区分是相对的。如何确定某个力是内力或是外力，取决于研究对象。由于研究对象的不同，同一个力既可看作内力又可看作外力。人体内力和外力是相互联系的，内力是人体运动的必要条件，但内力只有通过外力才能使人体产生整体运动。(3) 人体内力不能直接引起人体整体的运动，但可以通过人体与外界环境的相互作用，这时人体内力的合效应可以引起人体特定外力，从而使人体发生整体运动。11 述粘弹性材料具有哪三个特点？第一，当物体突然发生应变时，若应变保持一定，则相应的应力将随时间的增

7、加而下降，这种现象称为应力松弛。第二，若令应力保持一定，物体的应变随时间的增加而增大，这种现象称为蠕变第三，对物体作周期性的加载和卸载，则加载时的应力-应变曲线同卸载时的应力-应变曲线不重合，称这种现象为滞后。第三章 人体运动的生物力学原理1、静参照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照系，称为静参照系。运动员高台跳水腾空阶段，若不计空气阻力的影响，则人体的总动量不守恒，但总动量矩守恒。转动定律是转动力学中的牛顿第二定律。2、角位移：人体绕某一转轴转动，在一定时间内所转过的角度。3. 动量矩定理：刚体动量矩的增加量等于它所受到的冲量矩。4力偶是一对大小相等方向相反

8、的平行力。5. 力若加一力偶可平行于自身移动到任意一点。6在静力学中，人体平衡的力学条件是合外力为零和合外力矩为零或简写为M=0、F=07. 生物系统的运动能力的单项极限指标是不可能准确地加以计测的，这就是运动能力的测不准原理。8. 当流体在圆管内流动流速较慢时，流体质点的运动有条不紊，呈现出分流的状态，这种状态称为层流。9. 当管中流速增大，直到分层流动的状态被破坏，发生相互混杂，并且有纵向脉动时，这种流动状态称为湍流。10、由于流动时流束变形以及涡旋的出现等原因，在物体的前方和后方产生压强差所引起的阻力，称为压差阻力。11. 由于流体作非定常流动或运动物体在流体中作加速运动所引起的阻力，称

9、为惯性阻力。12、由于存在自由液面而产生波浪所引起的阻力，称为兴波阻力。13游泳时，压差阻力在总阻力中占比例最大。14相向运动就是人体在腾空状态下身体某部分的转动能够引起身体另一部分向相反方向转动。15、定向作用：转动物体在不受外力距作用时，具有保持其转轴方向不变的特性。16、稳定系数是指稳定力矩与倾倒力矩之比值。即K=稳定力矩/倾倒力矩。17. 在转动中，用角速度从整体上描述转动物体的快慢，用线速度 具体考察转动物体上某点的转动快慢。18. 人体处于腾空时，不考虑空气阻力则总动量矩等于零。19流体的升力方向有时不是向上的。20. 根据动量矩定理，刚体动量矩的增加量等于它所受到的冲量矩。21、

10、惯性参照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照系，通常又称为静参照系。22动参照系是指以相对于地球作变速运动的物体，或者说以相对惯性参照系做加速运动的物体作为参照系。23、实体轴：当人体绕固定在地面上的运动器械转动时，器械就是人体转动的实体轴，习惯上把体外的转动轴称为实体轴。24、非实体轴：当人体局部肢体或整体绕位于人体内部的某假设直线，的基本轴转动时，基本轴就是人体转动的非实体轴，上把体内的转动轴称为非实体轴。25、人体内任意两点的连线，在运动过程中始终保持平行，物体上的任何一点瞬时运动都具有相同的速度或加速度，这种运动称为平动。26、转动定律：刚体绕定轴转动

11、时，转动与角加速度的乘积等于作用于刚体的合外力矩，即：M=I，称为转动定律。27. 在转动中，用角速度从整体上描述转动物体的快慢。人体腾空后，内力能引起各环节的相对运动，但不能改变人体重心的运动轨迹。28. 作用线的延长线相交于一点的力系，称为汇交力系.29.运动的叠加原理：人体或物体同时参与几个运动，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故又称运动的叠加原理。30.压力中心是飞行中空气动力对器械的合力作用点，受冲角变化的影响，其位置在运动中不是固定不变的。31. 在长跑中，匀速运动可以提高运动成绩的理论依据是牛顿第一或惯性定律。32、伯努利定律：

12、在流体中，流动速度大的地方压强小，流动速度小的地方压强大，这称为伯努利定律。33 Z。参看教材82，83页. 参考教材：陆爱云主编全国体育院校教材委员会审定的运动生物力学人民体育出版社 2010.6（1）34 人体惯性参数是指人体整体及环节的质量、质心位置、转动惯量、转动半径。33影响人体平衡动作的生物学因素。（1）人体不能绝对静止。（2）人体有效支撑面小于支撑面。（3）人体姿势的改变可以调节平衡。（4）人体平衡动作易受心理因素的影响。35试从角动量角度讨论投掷项目的上肢鞭打动作的力学意义。鞭打动作遵循角动量由大质量环节向小质量环节传递的法则，其力学意义在于：由大质量环节(转动惯量较大)传递给

13、相邻质量较小环节(转动惯量较小)的角动量，因其质量较小、使之在大质量环节减速制动时，可以大大增加小质量环节的角速度。36试述踢足球时“大腿带小腿”的理论依据。根据动量定理，为了给物体以强大的冲力，要求给予物体接触的时间要短。踢足球前，大腿先后摆，小腿屈膝等动作，这些动作既有省力因素，又可以加大踢球时的工作距离，延长肌力的作用时间，踢球前大腿后摆拉长了屈大腿肌肉的长度，提高该肌肉的兴奋性，有利于增大肌肉力量，使大腿带小腿加大髋关节转动角速度，踢球前屈膝拉长了股四头肌(1)，提高该肌兴奋性，有利于伸膝踢球时增大股四头肌肌力，从而加大膝关节转动角速度(1)，最终提高足球运动的线速度，如若足接触球的时

14、间短，就有利于给球较大的冲力。37足球“香蕉球”的力学原理。当球体受到一个偏心力，在流体中即有平动又转动，由于球体表面并非光滑，和空气本身具有粘滞性，使空气在球体表面形成一定厚度的环层流，随着球体一起转动；在球体的上方，环流的方向与空气流向相同，在球体的下方，环流的方向与空气流向相反，所以上方的速度大于下方的速度，由流体力学的伯努利方程，可知上方的压强小于下方的压强，从而造成压力差，上方压力小于下方压力，由此，将改变球的运动方向，使球的运动轨迹向上偏转。因物体平动速度减小快，而旋转角速度减小较慢，最后所受的侧压力影响大，所以偏转厉害。38举例说明冲量在运动实践中的应用。可从运动中增加冲量可增加

15、人体或物体的运动速度或从运动中增加冲量可以减小人体或物体的运动速度两个角度结合例子来阐述。（详细参考教材87页（1）（2）参考教材：陆爱云主编全国体育院校教材委员会审定的运动生物力学人民体育出版社 2010.6（1） 运动中增加冲量可以增加人体或物体的运动速度， 由冲量和动量的关系可知为了使人体或机械获得较大速度通常需增加作用力并延长作用力的时间，既增加对人体或物体的冲量来实现，如跳跃项目中要求在起跳发力前身体先下蹲，在投掷项目中要求在最后用力前使身体尽可能超越器械。 运动中增加冲量可以减小人体或物体的运动速度在体育运动中如果需要使运动的人体或物体停下来，即减小人体或物体的动量通常采用的办法是

16、延长力的作用时间怎加冲量，如运动中的各种落地缓冲动作通过前脚掌着地，并迅速分散到全脚掌同时伴有屈膝屈髋伸裸动作以延长脚与地面相互作用的时间减少人体运动的伤害。又如通过手屈肘回收，或者体操中用的海绵垫和跳高用的海绵包以及拳击用的手套等等。39体重为50的运动员作竖直起跳，如果起跳时的蹬伸距离为0.5米，蹬伸时间为0.2秒，假定蹬伸时身体的重心是用匀加速直线运动，求：(1) 运动员离地时重心的速度。(2) 运动员重心上升的高度。(3) 起跳时人受到的地面给人的作用力。（没有特别说明取g=m/s2）解：根据题意，已知m=50kg s=0.5m t=0.2s 求V、 H、 F (1)蹬伸时身体重心作匀

17、加速直线运动则依S=V0t+at2/2 (V0=0)得：a=2s/t2=2*0.5/0.22=25(m/s2)则：V=V0+at=at=25*0.2=5(m/s) (2)此时V0=V=5m/s Vt=0依V02-Vt2=2gH得：H=V02/2g=1.25m(3)起跳时，人受地面的作用力F，重力G，此时a=25m/s2则依：F=ma 取向上为正方向得：F-mg=maF=m(a+g)=50*(25+9.8)=1740牛40足球运动员用20m/s的初速度向与水平成45角的方向将足球从地面踢出，求足球可能达到的最大高度及飞行远度。(sin45=cos45=0.707，g=10m/s2，不考虑空气阻力

18、。)解：先求出足球向上的初速度V0Y=V0sin45=200.707=14.14m/s 上升最大高度H=V0Y2/2g=10m 上升到最大高度的时间t=V0Y/g=1.414s 空中飞行总时间T=2.828s 水平方向速度为V0x=V0cos45=14.14m/s 球飞行的远度为S=V0xt=40m 41动量定理：物体动量的增量等于其所受的冲量，即：Ft =mV2-mV1。(是描述物体机械运动状态变化规律的基本定理。)第四章 动作技术分析的一般方法与测量手段1. 理想的动作技术应遵循的三个原则。（1）转好地继承前一阶段的目标成果；（2）较好地实现此阶段的目标任务；（3）较好地为下一个动作阶段的

19、目标实现做好准备。2. 所谓系统研究方法，就是把对象放在系统的形式中，从系统观点出发，从系统和要素、要素和要素、系统和环境之间的相互联系和相互作用的关系中综合地、精确的考察对象，已达到最佳的处理问题的一种方法。说明：1 g取10，不考虑空气阻力。2试卷中最后一页纸可撕下演算。3 论述题要展开论述，多进行总结和扩展。4. 按复习题纲或教材好好地看一下，以便心中有数。第五章 动作技术的生物力学1饼或标枪的飞行中，当压力中心在器械质心的后边时，器械飞行的稳定性较高。2掷铁饼逆强风时比无风时投得远。3面擦板投篮时，球向后旋转比不旋转时，擦板点可略高些。跳远起跳的作用是在尽量保持水平速度的同时获得垂直速

20、度。4在投掷项目中，为什么在最后用力前要使身体尽可能超越器械？要点：根据动量定理解释。一方面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，达到增大冲量的目的。5足球前大腿预摆及大腿带动小腿的生物力学机制。根据动量定理，为了给物体以强大的冲力，要求给予物体接触的时间要短。踢足球前，大腿先后摆，小腿屈膝等动作，这些动作既有省力因素，又可以加大踢球时的工作距离，延长肌力的作用时间，踢球前大腿后摆拉长了屈大腿肌肉的长度，提高该肌肉的兴奋性，有利于增大肌肉力量，使大腿带小腿加大髋关节转动角速度，踢球前屈膝拉长了股四头肌，提高该肌兴奋性，有利于伸膝踢球时增大股

21、四头肌肌力，从而加大膝关节转动角速度，最终提高足球运动的线速度，如若足接触球的时间短，就有利于给球较大的冲力。6助跑线一般为“J”形，其优点概括起来有以下几点：（1）降低身体重心。背越式最后34步弧线跑，因身体承受离心力作用，致使身体向弧心倾斜，半径越短跑速越快，人体内倾越大，这就自然降低了身体重心。研究资料证实：身体内倾30度可降低重心13厘米。重心降低，自然加长了起跳时的工作距离。（2）由于背越过杆的要求，起跳后身体要转成背向横杆的姿势，采用弧线助跑在不影响跑速的情况下，至起跳时身体已成侧对横杆了，最后一步与横杆约成20度至30度角，以保证人体在腾空后，有一个适宜的相对于横杆的垂直位移距离

22、。这为起跳作好了准备，有利于起跳时的身体绕纵轴旋转。（3）弧线助跑在起跳时有一个身体由内倾转向垂直的运动，弧线曲率由小变大，使身体逐步加大内倾,有关资料表明：其所产生的法向加速度可以加大支撑点的压力，增加起跳效果；所产生的切向加速度（即离心加速度）有助于向横杆方向的运动。这是身体起跳后由垂直转为水平的主要动力。（4）弧线助跑由于身体内倾，可以避免起跳时的过早倒向横杆。7远起跳过程中，摆动腿和摆动臂应如何摆动?试述其生物力学意义 跳远起跳过程分为着地、缓冲、蹬伸、离地四个阶段，就此分析：1 着地阶段：起跳脚踏板着地，摆动腿由后向前摆动，两臂由后向前加速摆，使身体获得向 前的加速度；缓冲阶段：起跳

23、腿被迫弯曲，摆动腿、两臂继续向前摆动，使身体继续保持向前的加速度，使地面给人的反作用力增大。蹬伸阶段：起跳腿伸直、蹬起，两臂向前向上摆动，给人体一个斜向上的加速度，使地面给人体的支撑反作用增大。（因为摆动腿和两臂的加速前摆，使人体获得一个向下的力m2a,而N=mg+m2a，因此增大了地面给人的支撑反作用力。）离地阶段：离地瞬间摆动腿和两臂突然制动，开始摆动腿和两臂向上方摆动所获得的动量，带动整个身体腾起更高，延长身体在空中的作用时间。8泳S型划水的速度比问号型和直线型快，试述其运动生物力学依据。根据动量定理解释。一方面可使原动肌充分拉长，以提高肌肉的收缩力；另一方面可延长用力的作用距离，从而延

24、长作用时间，达到增大冲量提高速度的目的。第六章 运动器系的生物力学与损伤1 关节的作用一是保证人体的运动，二是传递力。2 关节是人体运动的枢纽，骨杠杆活动的支点。3如果对试件施加一个不变的载荷，则试件的变形将随着时间的延长而增加，这一过程称为蠕变。压缩负荷能够刺激新生骨的生长，促进骨折的愈合。4当肌肉处于静息长度，肌肉收缩，则总张力为被动张力与主动张力之生物叠加，此时肌肉总张力最大。5 试述骨组织的力学特性。各向异性。由于骨的结构为中间多孔介质的夹层结构材料，因此这种材料是各向异性体（不同方向的力学性质不同）。弹性和坚固性。骨的有机成分组成网状结构，使骨具有弹性。骨的无机成分填充在有机物的网状

25、结构中，使骨具有坚固性，能承受各种形式的应力。骨是人体理想的结构材料。骨在人体中起着承重和杠杆作用。它不仅强度大而且重量轻。耐冲击力和持续力差。骨对冲击力的抵抗比较小；耐持续性能也比较差，同其它材料相比，抗疲劳性能亦差。机械力对骨结构的影响。在骨承受载荷的限度内，成人骨对机械力的反应是由应力的值所决定的，骨对生理应力刺激的反应往往处于平衡状态，应力越大，骨的增生和密度增厚越强。应力强度的方向性。由于骨结构中骨密质和骨松质中的密度不同，它们承受的力量也就不同。6物体速度恒定，则物体受到的合外力等于零。7体内力是人体力学系统内各部分之间的相互作用，可引起人体力学系统各部分之间的相对运动，但不能引起人体整体运动状态的改变。8掷链球时，离心力作用在人体上。第七章 肌肉力量训练的基础理论与应用1 论述影响肌肉力量的基本因素。 综合从以下方面论述：（1）肌肉生理横断面（2）肌纤维（3）肌肉长度（4）运动单位（5）肌肉的伸展性与弹性。参考教材298页 2 恒定的压应力会引起骨生长，而间歇的压力则促使骨的萎缩。参考教材：陆爱云主编全国体育院校教材委员会审定的运动生物力学人民体育出版社 2010.6（1）