运动生物力学讲稿(第一章 绪论).doc

唐山师范学院体育系理论课讲稿 第一章 绪 论第一节 运动生物力学概述一、生物力学：（一）定义：生物力学是研究活体系统机械运动规律的科学，是生物物理学的一个分支。1、活体系统：指人和动物整体或某些环节。2、机械运动：物体之间或同一物体的不同部位之间相对位置的变化。运动是物质的存在形式，自然界的一切物质都处于永不停顿的运动中。机械运动是物质最简单、最基本的运动形式，是一切复杂运动的基础。3、生物力学就是以活体系统为研究客体，以生物学（解剖学和生理学）为基础，运用物理力学的理论知识，借助于数学等研究手段而形成的一门新兴边缘科学。4、边缘科学：指综合运用了多种学科，涉及众多科学领域交叉形成而又为某一领域服务的科学。不是简单的学科总和，而是几大学科的交叉学科，是众多学科交叉、渗透、融合而成。（二）分支：由于研究对象和应用领域不同，生物力学又分成：人类工程生物力学；劳动生物力学；整形生物力学；康复生物力学；医用生物力学；运动生物力学和生物力学研究方法等。二、运动生物力学：（一）定义：是研究人体运动力学规律的科学，是生物力学的一个分支。1、运动生物力学形成独立学科大约在20世纪20年代，60年代后迅速发展。其命名随研究的不断深入而不断变化，最终统一为运动生物力学。（过去曾用人体运动学、身体运动学、运动技术生物力学以及动作分析等名称）2、与其它体育科学的主要区别是：运动生物力学以人体基本结构和机能为基础，运用解剖学、生理学、力学的理论与方法，研究人体运动器系的生物力学特性和人体运动动作规律。3、总结：运动生物力学是以人体解剖学、人体生理学和力学的理论与方法，研究人体运动器系的生物力学特性和人体运动动作的力学规律以及器械机械运动力学规律的科学。（二）研究对象：正常人体运动器系的力学特性和体育运动技术动作的规律和特点。（三）研究方法：系统的方法、生物学方法、物理力学的方法相互渗透、融合而研究人体运动的因果关系。 1、人体与非生命体机械运动的区别：（1）整体运动与环节运动相结合。（2）人体运动的主动性和可变性（理解、自觉的参与）。（3）能控制、监督自身的工作。（4）具有自身的能量系统和可改善的身体素质。2、人体结构、机能测量的局限性：（1）生物拒测性。（2）无创伤检验要求。（3）生物指标的变异性和不可重复性。3、研究方法的指导思想：生命力学化和力学生命化。力学理论的建立是以非生命体为基础的，应用于人体时必须充分考虑活体系统的复杂结构和特点。同时又必须充分认识到生命活动中特别是人体运动过程中所表现出来的力学本质和特点。4、研究方法的特点：多学科综合研究。生物学 十 力学 十 运动技术理论 = 运动生物力学（四）运动生物力学的发展趋势：1、四个层面共同发展：基础研究：研究人体运动器系的生物力学机制和基本体育动作的生物力学原理。理论研究：揭示复杂人体运动的基本原理，建立运动生物力学的基本理论体系。应用研究：运用运动生物力学的方法，解决具体体育实践中存在的问题（技术、训练、创伤、康复），直接为提高运动成绩服务。研究方法与测试手段的研究：应用现代高科技成果，改进提高研究与测试方法。（高速录相及录相解析，测力台 ）2、研究方法的发展趋势：准确化，同步化，计算机化，模型化，最优化，系统化和微型化。第二节 运动生物力学的任务和内容一、运动生物力学的任务：（一）研究人体结构和机能的力学特性及其与运动功能之间的相互关系。从生物力学的角度研究骨、肌肉、韧带、关节等运动器系的结构和机能，以及各器官系统对运动的影响和相互关系，为运动训练和改进技术提供生物力学参数。例：1、骨的力学特性及其机械应力对骨结构的影响。2、肌肉的力学特性，收缩速度与收缩力的关系（为什么训练爆发力要力量、速度都训练）。3、韧带和关节力学（为什么跟腱易断？）4、骨杠杆：例如速度杠杆，（人体多数为速度杠杆，费力，但远端环节速度快）和平衡杠杆（为什么低头时间长了，颈部会疼痛，颈椎会增生或脱出？） 5、杠铃训练：（二）研究人体技术动作和器械的机械运动规律主要研究人或器械运动的形式和产生原因。包括运动学、动力学、静力学和流体力学。例：1、人体空中动作过程中人体重心或环节重心的运动轨迹（跳远时人体采用不同空中动作的目的是什么？）。2、跑动中膝关节的缓冲角为多大最好？为什么大小腿要交分折叠？3、大回环在什么地方易脱手？为什么？十字支撑难在哪？4、弧线球产生的力学机制是什么？（三）确立运动技术原理，研究运动技术最优化。1、给出有关参数：（先有技术，后有理论）如投掷项目的出手角度、出手高度、出手速度等参数。如出手角：铅球3842：标枪、铁饼3036（有的小到2728）；链球大约是4244。而且，不同出手速度、出手高度时、出手角度也不同，P292表7-3给出各种参数的五种最优组合。同时，有风和无风时出手角度不同，（见下页图） 无风时出手角度不同时的 不同风速时适宜的出手角度投掷远度。（铁饼） （铁饼）单杠大回环技术问题： 下摆至杠上垂线后54左右，上摆至杠上垂线前37左右为“无重量”时相，是进行转体、换握的好时机。日本学者研究技术结构与年龄的关系：例如跳远的助跑、踏跳和空中姿势对成绩的影响。 儿童助跑占10%， 踏跳占90%， 少年助跑占45%， 踏跳占45%， 空中姿势占10%， 优运助跑占45%， 踏跳占20%， 空中姿势占35%。2、确立最佳技术模式最佳技术或称运动技术最优化问题是指依据人体结构和机能特点，通过肌肉收缩最大限度的发挥肌肉力量和速度，完成动作的方法。例：跳高技术的发展。1968年福斯贝里首次使用背越式，自1979年以后，世界男子和女子跳高最好成绩都是采用背越式。其优点在于：充分利用人体结构特点，能较好的发挥助跑速度，力量要求不象俯卧式大，身体重心更接近横杆，起跳动作更易于使人接受等。（是跳高技术的一次飞跃）例：现代短跑的蹲踞式起跑技术和途中跑的屈蹬跑技术。屈蹬技术的优点在于：减小后蹬角，缩短后蹬时间，加大屈膝力矩，利于大小腿折叠，更适合塑胶跑道粘弹性体性质等。例：自由泳的高肘曲臂划水技术，（手在水中的轨迹是S型）优点：有效划程长，划静水时间长，阻力臂短，有利于肌肉工作等。3、进行技术诊断，改进运动技术典型实例：艾里尔博士，10000格/秒，威尔全斯（美国，1976年）成绩66米，世界纪录69米，三天后以70.86米刷新纪录。前手翻：常见错误，屈臂，推臂时机不合理。跳马第二腾空，常见错误，扒马，延长了作用时间。（四）研究、设计和改进运动器械：1、田径场地的改进。由土 煤渣 塑胶跑道。场地位置与运动成绩（1968年默西哥），比蒙8.90米，相当于平原地区的8.56米，相当于有1.1米的顺风助力）2、跑鞋问题运动生物力学跑鞋。3、自行车运动员的头盔，脚蹬套。泳装的改变。9%泳装与裸泳。4、撑杆跳高杆的改进与设计。竹杆 橡胶杆 金属杆 玻璃钢（碳纤维）特点：质量轻，弹性大，且不折断。撑竿跳高杆的变化与成绩的发展（4.87米曾被认为是极限）1866年 竹 杆 成绩3.00米1912年 竹 杆 成绩4.00米1942年 竹 杆 成绩4.47米1962年 金属杆 成绩4.83米1963年 金属杆 成绩5.00米1978年 尼龙竿 成绩5.65米1981年 玻璃钢 成绩5.81米5、标枪重心与压力中心问题：压力中心（风压中心）：飞行中空气阻力对器械的合力作用点。受标枪形状和冲角变化的影响。 C：重心 D：压力中心。CD距离越大，标枪绕重心的翻转力矩越大，滑行时间越短 1972年美航空博士宋载镇指出：由D前移至C（由25.7cm处）0.8cm处，可使当时成绩提高16.61米。八十年代末，将D后移0.4cm，以适应场地需要。（104米）D变化时，冲角也必须变化，冲角在1525时，升阻比最大，C与D越近时，要求出手角度也越大。（五）、研究运动损伤的原因和预防措施：保护运动员身体，延长运动寿命，提高运动成绩。例：运动形式与关节角度对骨骼和肌肉的损伤问题：扭转负荷（标枪），压缩负荷（甩小腿跑）骨疲劳问题；关节软骨、半月板、肌腱和韧带的损伤问题。关节软骨的磨损（不能修复）、韧带伸长6-8%后完全破坏。非正常体位或大力量平衡动作对脑内脏器官的影响。落地缓冲预防运动损伤： 不缓冲 缓冲 男：45岁 60kg 医生 手撑地（垂直力） 334.48kg 86.12kg10岁 29kg 学生 手撑地（垂直力） 258.62kg 172.4kg 女：41岁 49kg 体教 手撑地（垂直力） 409.48kg 172.4kg11岁 34.5kg 学生 手撑地（垂直力） 290.95kg 64.65kg（六）为运动造材提供生物力学参数：1、投掷运动员的身高、体重、臂长等。2、蓝球运动员手大、臂长；拳击、投掷运动员的爆发力；短跑运动员的“臀部圆翅”。3、游泳运动员的浮心与重心的关系，身体宽扁、手大等。4、跳远运动员的腿长、小腿长、重心高等。二、运动生物力学的课程内容：（一）运动生物力学绪论。（二）人体运动器系的生物力学特性。（三）人体惯性参数。（四）人体运动的运动学。（五）人体运动的动力学。（六）人体平衡的生物力学。（七）人体运动的流体力学。（八）人体基本动作结构的生物力学。（九）运动生物力学的研究方法和测量技术。（十）运动生物力学教学实验。三、运动生物力学的课程任务（一）深刻理解体育动作的生物力学原理，探索运动技术的力学规律。（二）扩大知识视野。（三）学习从事运动技术科学研究的运动生物力学理论和方法。第三节 运动生物力学与相关学科的关系一、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约性。研究肌肉活动的时相，各肌群间的活动顺序，关节运动幅度的可能性以及表现在人体局部和整体运动的外部机械力学特征，并与内部非机械力学特征结合起来研究人体运动的原因、过程、功能和规律。 二、运动生物力学与运动生理学 运动生物力学研究人体运动动作，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，释放能量完成功，是反映人体肌肉活动功率或整体活动效率的重要依据。三、运动生物力学与力学力学是研究物体机械运动规律的科学。应用经典力学理论于活体(人体)在基本思想方面有适应的一面，同时还存在着不服从或不完全服从的另一方面，这就是生物力学与力学的区别。如何摆脱用简单的力学原因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。四、运动生物力学与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