运动生物力学第二章人体运动的运动学.ppt

第二章,人体运动的运动学,2.1 人体运动的运动学,人体运动的运动学任务就是通过位置、速度、加速度等物理量描述和研究人体和器械的位置随时间变化的规律或在运动过程中所经过的轨迹，而不考虑导致人体和器械位置和运动状态改变的原因。,人体的简化 人体极为复杂，而人体的运动更为复杂，因此必须把人体简化，这样可为分析人体动作提供方便，,人体的简化,人体多刚体模型示意图,2.1.1 运动的相对性及参考系,1. 运动的相对性 运动是绝对的，物体运动取决于参考物体的性质叫做运动的相对性。 2. 参考系与坐标系 描述物体运动时选作为参考的物体或物体群叫做参考系（或参照系）。 用于定量描述物体运动的参考系叫做坐标系。1、2、3维直角坐标系。 3. 惯性参考系（静系）与非惯性参考系（静系）。,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。,常用的坐标系有三种：,一维坐标系（沿着一个方向运动。如100跑、游泳等 坐标系 二维坐标系（在某一个固定平面上运动） 三维坐标（在空间随意运动）,1、2、3维坐标系,矢状面,矢状轴,水平面,额状面,额状轴,垂直轴,惯性参考系（静系）与非惯性参考系（静系）,2.1.2 人体运动的形式和基本概念,1. 轨迹、路程和位移 轨迹的概念，路程和位移的区别。 2. 人体运动的形式 人体运动的形式多种多样，如把人体简化为质点，按质点运动的轨迹可分为直线运动与曲线运动。,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； 人体简化为刚体：可将人体运动分为平动 转动和复合运动。,人体运动的分类,竖直上抛,（质点）直线运动,（质点）曲线运动,自由落体,变速直线运动,匀变速直线运动,（刚体）平动、转动、复合运动,匀速直线运动,圆周运动,一般曲线运动,匀速直线运动：在任意相等时间内通过的路程都相等。V=C,a=0 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。a=C, a0, a0 变速直线运动：在任意相等时间内通过的路程并不都相等。,自由落体的公式为： Vt=gt H=1/2gt Vt=(2gH)1/2,竖直上抛运动的公式：t= V0/g； H=V20/2g。,艺术体操的抛接球动作,曲线运动 例如；弯道跑，和回环类动作。,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，即为直线运动。,高台跳雪,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。,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。,乔依娜短跑（点击图像播放）,刘翔110米跨栏（点击图像播放）,2.1.3 人体运动的速度和加速度,1、 速率和速度（单位：米/秒） 速率： 速度： 瞬时速度： 在体育运动应用中重要性。,关于瞬时速度,优秀运动员100m跑速度与时间变化,2、加速度（单位：米/秒/秒） 描述速度变化快慢的物理量。 平均加速度： 加速度的方向：a=0,a0,a0的三种情况分析。 瞬时加速度：,2.1.4 运动合成与分解,1. 运动独立性原理（运动叠加原理） 若一物体同时参与几个运动（分运动），则每一运动不受其它运动影响。物体的运动可以看成几个各自独立分运动叠加而成。,2. 速度矢量的合成与分解（p27图示）,V=V1+V2, 速度合成（矢量和的运算,平行四边形法则） 速度大小： 方向： ，为合速度v与水平方向的夹角。, 速度分解,是速度合成的逆运算。,3. 质点的复合运动 质点的绝对运动、相对运动和牵连运动 绝对运动：动点相对静止参考系的运动 相对运动：动点相对动参考系的运动 牵连运动：动参考系相对静参考系的运动,三种运动之间关系,乘电梯问题，投掷问题, 质点运动速度合成,P30例题,X,Y,Va,Ve,Vr,30,60, 质点加速度合成（介绍）,作业：教材P51:4,7,8题,2.1.5 运动的描述方法,1. 运动学方程 匀变速直线运动的规律和应用 基本方程：,当t0=0时，x0=0，公式简化为：,位移,速度,自由落体运动(忽略空气阻力)： 加速度为重力加速度g=9.8米/秒2的匀加速直线运动，方向指向地心。 运动方程：,竖直上抛运动： 重力加速度方向与运动方向相反的匀减速直线运动，到达最高点后为自由落体运动。,2、 图像法,运动轨迹曲线,抛射体运动的轨迹,位移与时间曲线,匀速直线运动,变速直线运动,物体的位移与时间曲线 什么运动形式？,匀变速直线运动,速度与时间曲线,匀速直线运动,匀变速直线运动（加速）,变速直线运动,匀减速直线运动,加速度与时间曲线,匀加速（红）、减速（蓝）直线运动,非匀变速直线运动,曲线的特点,分析其运动形式,2.1.6人体和器械的斜抛运动,受到重力和空气阻力，有一定的初速度和恒定加速度的平面曲线运动。 形式上有竖直上抛、平抛、竖直下抛、斜上、下抛等运动。,1、 抛射运动的基本公式,2、体育运动中常见的斜上抛运动, 抛点与落点在同一水平面 a.全程飞行的时间,（抛射体上升到最高点时间）,全程时间,b. 最大高度,c. 水平射程, 抛点高于落点的斜上抛运动,a.全程飞行的时间,c. 水平射程,抛点低于落点的斜抛运动（同上） 平抛运动,总结与习题P47,P53-13题,3、抛射体运动的规律, 影响远度的因素 出手速度、出手角度、出手高度。 影响高度的因素,小结：运动学量的特性, 瞬时性 研究某时刻人体或器械的运动，对应的运动学量有位置、瞬时速度、加速度。 矢量性 考虑运动学量的大小和方向；矢量的合成与分解。 相对性 正确地选择参考系和坐标系。 独立性 运动的独立性原理，研究复合运动的方法。,作业,教材P52-53，5，18 教材P5254: 12，9，14，1