《简明运动生物力学》课件34动力学参数.ppt

1、第四节第四节 人体运动的动力学因素人体运动的动力学因素力的概念力的概念 力力(运动中的力运动中的力)是物体间的相互作用。是物体间的相互作用。三要素三要素:。我们所研究的主要是人体与地面或流体或器械的相互我们所研究的主要是人体与地面或流体或器械的相互作用。这种相互作用的结果使物体改变运动状态作用。这种相互作用的结果使物体改变运动状态（外效应）或发生形变（内效应）。（外效应）或发生形变（内效应）。在体育动作中力的相互作用的效果表现为以下在体育动作中力的相互作用的效果表现为以下3 3种形式种形式 一、人体运动中的力一、人体运动中的力（一）人体内力（一）人体内力 若将人体整体看作一个生物力学系统，则人

2、若将人体整体看作一个生物力学系统，则人体内部各部分相互作用的力称为人体内力体内部各部分相互作用的力称为人体内力。由于人体内力是人体力学系统内各部分之间的相互由于人体内力是人体力学系统内各部分之间的相互作用，虽然可引起人体力学系统内各部分之间的相作用，虽然可引起人体力学系统内各部分之间的相对运动，但不能引起人体整体（以重心位置表示）对运动，但不能引起人体整体（以重心位置表示）运动状态的改变运动状态的改变。问题问题1 1：人是否可以提着自己的头发使自己站起来？举重运动员力大无穷能否自举其身。问题问题2 2：骑自行车后座带一个同学，如后面那个同学用力推自行车或前面的同学，自行车速度是否会加快？人体内

3、力不能改变人体重心的运动状态（二）人体外力（二）人体外力 若将人体整体看作一个生物力学系统，则外界其若将人体整体看作一个生物力学系统，则外界其他物体对人体的作用称为人体外力。他物体对人体的作用称为人体外力。使人体运动状态改变的原因，只能是其他物体对使人体运动状态改变的原因，只能是其他物体对人体的作用即人体外力的作用。人体各环节的运人体的作用即人体外力的作用。人体各环节的运动只能是环节以外的力对环节的作用结果。动只能是环节以外的力对环节的作用结果。牛顿第二定律：牛顿第二定律：（三）人体内力与人体外力的相对性（三）人体内力与人体外力的相对性及其相互关系及其相互关系 1人体内力和人体外力概念是相对的

4、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体来说是内力，但肌力对于作用的人体环节来说是外力。是外力。1_02.mp4 2支撑状态时人体内力可以改变人体外力支撑状态时人体内力可以改变人体外力 虽然人体内力不能直接引起人体整体的运动，但是可以通虽然人体内力不能直接引起人体整体的运动，但是可以通过人体局部环节的作用，改变

5、人体对外界物体力的大小，过人体局部环节的作用，改变人体对外界物体力的大小，外界物体则以大小相等、方向相反的力反作用于人体，从外界物体则以大小相等、方向相反的力反作用于人体，从而使人体发生整体运动。而使人体发生整体运动。人体内力和人体外力是相互联系的，人体内力是人体整体人体内力和人体外力是相互联系的，人体内力是人体整体运动的必要条件，但是内力只有在支撑状态下才能形成作运动的必要条件，但是内力只有在支撑状态下才能形成作用于人体的各种外力，使人体产生整体运动。用于人体的各种外力，使人体产生整体运动。跑步蹬地动作的人体内力和人体外力 3外力外力是发展是发展人体内力的主要手段人体内力的主要手段 肌力（人

6、体内力）是肌肉紧张或收缩时产生的力，肌力（人体内力）是肌肉紧张或收缩时产生的力，肌力的大小除与肌肉的解剖生理特点有关外，还肌力的大小除与肌肉的解剖生理特点有关外，还与中枢神经系统对肌肉的协调控制等有关，因此与中枢神经系统对肌肉的协调控制等有关，因此发展肌力时必须不断给予肌肉各种负荷刺激。在发展肌力时必须不断给予肌肉各种负荷刺激。在运动训练中常见的方法是阻力训练法，就是利用运动训练中常见的方法是阻力训练法，就是利用外界物体产生的阻力来训练肌力。外界物体产生的阻力来训练肌力。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，在跑鞋、跳鞋上安上钉子，起跑时用起跑器等

7、。思考：思考：跑步前倾角和步幅的关系；跑步前倾角和步幅的关系；前倾角和步频与跑速的关系。前倾角和步频与跑速的关系。人体受力特点人体受力特点 按作用面可分为按作用面可分为集中力集中力和和分布力分布力 人体受力基本上都是分布力，如重力、浮人体受力基本上都是分布力，如重力、浮力、地面支撑反作用力、器械反作用力力、地面支撑反作用力、器械反作用力 根据力的作用线与人体质心的位置关系分根据力的作用线与人体质心的位置关系分为为正心力正心力和和偏心力偏心力 人体所受的力绝大多数是偏心力，只有重人体所受的力绝大多数是偏心力，只有重力永远是正心力力永远是正心力二、体育运动中常见的人体外力二、体育运动中常见的人体外

8、力（一）重力（一）重力 人体重力是指地球对人体的引力，人体重力与人人体重力是指地球对人体的引力，人体重力与人体质量成正比，作用点就是人体重心，方向竖直体质量成正比，作用点就是人体重心，方向竖直向下，指向地心。向下，指向地心。上坡跑和下坡跑思考：常见的思考：常见的斜坡跑训练斜坡跑训练对人体的作用对人体的作用（二）弹力（二）弹力 弹力产生在直接接触而发生弹性形变的物弹力产生在直接接触而发生弹性形变的物体之间，方向总是与物体形变的方向相反，体之间，方向总是与物体形变的方向相反，大小为大小为 女子3米跳板跳水决赛.mp4（三）摩擦力（三）摩擦力 摩擦力是两个相互接触的物体做相对运动摩擦力是两个相互接触

9、的物体做相对运动（或有相对运动趋势）时产生的力，也是（或有相对运动趋势）时产生的力，也是一种接触力。摩擦力的方向与物体相对运一种接触力。摩擦力的方向与物体相对运动（或相对运动趋势）的方向相反。动（或相对运动趋势）的方向相反。摩擦力分为静摩擦力、滑动摩擦力、滚动摩擦力分为静摩擦力、滑动摩擦力、滚动摩擦力三种。摩擦力三种。（1 1）静摩擦力）静摩擦力 相互接触的两物体有相对滑动趋势，在尚未产生相对滑动时，相互接触的两物体有相对滑动趋势，在尚未产生相对滑动时，在接触面上产生阻止其出现相对滑动的力称在接触面上产生阻止其出现相对滑动的力称静摩擦力静摩擦力。两物体两物体即将即将滑动时的静摩擦力称为滑动时的

10、静摩擦力称为最大静摩擦力最大静摩擦力。表达式：表达式：Fmax=Fmax=0 0N N（0 0为静摩擦系数，为静摩擦系数，N N为正压力）为正压力）（2 2）滑动摩擦力）滑动摩擦力当物体沿接触面滑动时，所产生的阻碍滑动的力称作当物体沿接触面滑动时，所产生的阻碍滑动的力称作滑动摩擦力滑动摩擦力。公式：公式：f=Nf=N。对同一物体来讲静摩擦系数大于动摩擦系数。对同一物体来讲静摩擦系数大于动摩擦系数。FffF（3 3）滚动摩擦力）滚动摩擦力 当物体沿接触面滚动时，所产生的阻碍滚动的当物体沿接触面滚动时，所产生的阻碍滚动的力称为力称为滚动摩擦力滚动摩擦力。产生滚动摩擦力的原因是滚动的物体在和接触产生

11、滚动摩擦力的原因是滚动的物体在和接触面相互作用时总有一些面相互作用时总有一些形变形变。（四）支撑反作用力（四）支撑反作用力 人体处于支撑状态时，力作用于支点（支人体处于支撑状态时，力作用于支点（支撑面）上，支点（支撑面）又反作用于人撑面）上，支点（支撑面）又反作用于人体，这种反作用力称为体，这种反作用力称为支撑反作用力支撑反作用力，它，它是一种约束反力。是一种约束反力。分为分为静力性支撑反作用力静力性支撑反作用力 动力性支撑反作用力动力性支撑反作用力。1 1、静力性支撑反作用力、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

12、反作用力，这体压向地面，地面给人体以反作用力，这种反作用力称为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。静。静力性支撑反作用力与人体所受重力力性支撑反作用力与人体所受重力 相等，相等，人体保持平衡状态人体保持平衡状态 。2 2、动力性支撑反作用力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，这力，支点（支撑面）给人体以反作用力，这种反作用力称为种反作用力称为动力性支撑反作用力动力性支撑反作用力。局部环节加速度有三种情况：局部环节

13、加速度有三种情况：A、加速垂直离开支点 例如，我们站在磅秤上竖直上跳，此时加速度向上，即R-mg=ma Rmg.经常出现在人体垂直向上摆臂、蹬离地面时如跳高时两臂的向上摆动。B、加速垂直朝向支点 我们站在磅秤上竖直下蹲，此时加速度向下 mg-R=ma R=mg-ma也就是Rmg 在人体各种制动作中较常见。C、加速斜向离开支点 加速斜向离开支点，支撑反作用力也会增大，并与水平面成一定角度。例如短跑的后蹬阶段，就是这种情况。在运动生物力学文献中，常用“是体重的多少倍”来表述力的大小，即用相对力量的要领。因为人体个体差异很大，用相对力量要领可以在不同动作、不同人体间作某种比较。力作用线的方向通常是用

14、相对于坐标系的X、Y轴的角度给出的，一个力的分解通常是用它在坐标轴上的投影来表示。而力的合成是用矢量加法。KISTLER测力平台测力平台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 生物力学数据采集与分析系统 3个正交分力：Fx、Fy、F

15、z3个正交分力矩：Mx、My、Mz压力中心(COP)摩擦系数(COF)力的梯度、功率和功质量中心的加速度、速度和位移其它模拟输入信号：如肌电仪(EMG)、测角仪、加速度计或其它传感器的信号数据处理功能：数字滤波、数据剪辑、频率分析(FFT)力的测量力的测量-等速测力系统等速测力系统力的测量力的测量-等速测力系统等速测力系统力的测量力的测量-握力计握力计力的测量力的测量-背力计背力计力的测量力的测量-表面肌电系统表面肌电系统 力的测量力的测量-角度测量与评估系统角度测量与评估系统 力的测量力的测量-角度测量与评估系统角度测量与评估系统 力的测量力的测量-角度测量与评估系统角度测量与评估系统 力的测量力的测量-三维运动分析系统三维运动分析系统 力的测量力的测量-体育运动训练的快速图像反馈系统体育运动训练的快速图像反馈系统 力的测量力的测量-压力分布测量压力分布测量-动态压力，静态负载和平衡分析动态压力，静态负载和平衡分析 动力学参数的特征 1、独立性 2、瞬时性 3、隐含性 4、生物性o 运动生物力学参数运动生物力学参数的特征的特征o 1 1、非线性特征、非线性特征o 2 2、相对性特征、相对性特征o 3 3、复杂性特征、复杂性特征 1、跳远起跳时积极摆腿、摆臂且在摆动时腿、臂的制动的生物力学的意义？2、跳高起跳阶段，腿和两臂的积极上摆的原因是什么？