运动生物力学第三章 人体运动的动力学

1、第三章第三章 人体运动的动力学人体运动的动力学 3.1 3.1 动力学研究的任务和内容动力学研究的任务和内容 解释人体运动状态发生改变的原因。对产生运动进解释人体运动状态发生改变的原因。对产生运动进 行本质研究。其力学基础是牛顿力学。行本质研究。其力学基础是牛顿力学。 3.1.1人体运动中的力人体运动中的力 力的概念力的概念 影响力的作用效果的三个要素：大小、方向和作用点。影响力的作用效果的三个要素：大小、方向和作用点。 力的矢量性。力的矢量性。 人体运动的内力和外力人体运动的内力和外力 外力与内力的相对性：如果把人体看成一个力学外力与内力的相对性：如果把人体看成一个力学 系统，那么来自于人体

2、外界的力称为外力。例如重力、系统，那么来自于人体外界的力称为外力。例如重力、 支撑反作用力、摩擦力等。只有外力才能引起人体的支撑反作用力、摩擦力等。只有外力才能引起人体的 整体运动。整体运动。 人体运动中所受到的外力人体运动中所受到的外力 a.重力重力 大 小 与 方 向 ：大 小 与 方 向 ： ， 方 向 ： 指 向 地 球 心 。， 方 向 ： 指 向 地 球 心 。 g=9.8m/s/s 重力与重量的关系；重量与质量和区别。重力与重量的关系；重量与质量和区别。 mgG b.摩擦力摩擦力 概念，和特性。概念，和特性。 b1.静摩擦力和最大静摩擦力静摩擦力和最大静摩擦力 b2.滑动摩擦力滑

3、动摩擦力 Nf mm Nf kk c.弹性力弹性力 概念：由物体发生形变产生的力。概念：由物体发生形变产生的力。 弹性力的胡克定律：弹性力的胡克定律：XKFe 人体运动中所受到的外力在人体运动中所受到的外力在 体育运动中的运用。体育运动中的运用。 3.1.2 关于内外力之间关系关于内外力之间关系 n在跑、跳等动作中，人们一般都知道要跑得跟在跑、跳等动作中，人们一般都知道要跑得跟 快、跳得更高更远就必须加大蹬地力量，实际快、跳得更高更远就必须加大蹬地力量，实际 上人体所获得的动力并不是人的蹬地力，而是上人体所获得的动力并不是人的蹬地力，而是 地面对人的反作用力，这就是人向后下用力而地面对人的反作

4、用力，这就是人向后下用力而 身体却向前上方运动的原因。身体却向前上方运动的原因。 n要获得较大的反作用力作为人体运动的动力，必须加大人的蹬地要获得较大的反作用力作为人体运动的动力，必须加大人的蹬地 力，这又取决于人体肌肉活动引起的对地面作用力的大小。肌肉力，这又取决于人体肌肉活动引起的对地面作用力的大小。肌肉 活动是主动的，为了提高人体运动效果，最重要的是提高肌肉收活动是主动的，为了提高人体运动效果，最重要的是提高肌肉收 缩的力量（缩的力量（内力内力），以加大蹬地力从而得到一个大的反作用力），以加大蹬地力从而得到一个大的反作用力 （外力外力），使人体运动状态发生变化。），使人体运动状态发生变化

5、。 n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，在跑些、跳鞋上安上钉子，起跑高地面对人体的作用力，例如，在跑些、跳鞋上安上钉子，起跑 时用起跑器等时用起跑器等 。 跳高起跳过程中的外力作用跳高起跳过程中的外力作用 起跑过程中的外力作用起跑过程中的外力作用 力量训练过程中人体肌肉收缩抵抗负荷的内外力作用力量训练过程中人体肌肉收缩抵抗负荷的内外力作用 复习：人体的受力分析复习：人体的受力分析 3.2牛顿定律及其应用牛顿定律及其应用 掌握物体受力的分析方法掌握物体受力的分析方法 n确定受力分析对象，取

6、出隔离体确定受力分析对象，取出隔离体 n确定场力（重力、电磁场力等）确定场力（重力、电磁场力等） n确定所有外力：动力，阻力（摩擦力、确定所有外力：动力，阻力（摩擦力、 空气阻力等），接触力等。空气阻力等），接触力等。 n画受力分析图画受力分析图 a b c d 跑的人体受力分析跑的人体受力分析 1. 牛顿第三运动定律及其应用牛顿第三运动定律及其应用 若物体若物体A对物体对物体B作用一力作用一力FAB，则物体，则物体B同时以力同时以力FBA反作反作 用物体用物体A，两力的大小相等，方向相反，并在同一直线，两力的大小相等，方向相反，并在同一直线上。即：上。即： FAB= -FBA 正确理解和应用

7、牛顿第三定律应注意的几点：正确理解和应用牛顿第三定律应注意的几点： (1) 作用力和反作用力分别作用在不同的物体上，分别产生各自的作用力和反作用力分别作用在不同的物体上，分别产生各自的 效应。效应。它们不同于一对平衡力。它们不同于一对平衡力。如踢足球，脚对球的作用力为如踢足球，脚对球的作用力为F， 作用在球上，使球产生加速度和形变。而球对脚的作用力作用在球上，使球产生加速度和形变。而球对脚的作用力F，同，同 时作用在脚上，使脚产生向后，的加速度和受到压迫。虽然二时作用在脚上，使脚产生向后，的加速度和受到压迫。虽然二 力大小相等，但作用在不同的物体上，产生不同的效果。力大小相等，但作用在不同的物

8、体上，产生不同的效果。 (2) 作用力和反作用力互为存在条件。它们总是同时产生、同时作用力和反作用力互为存在条件。它们总是同时产生、同时 存在，同时消失。存在，同时消失。 (3) 作用力和反作用力必是同种性质的力。如果作用力是摩擦力，作用力和反作用力必是同种性质的力。如果作用力是摩擦力， 反作用力也是摩擦力；如果作用力是弹性力，反作用力一定也反作用力也是摩擦力；如果作用力是弹性力，反作用力一定也 是弹性力。是弹性力。 (4) 作用力与反作用力等值反向，沿同一直线这一规律，不受相作用力与反作用力等值反向，沿同一直线这一规律，不受相 互作用的两物体的运动状态的影响。不管它们处于静止状态还互作用的两

9、物体的运动状态的影响。不管它们处于静止状态还 是运动状态，相互作用力的上述规律仍然成立。是运动状态，相互作用力的上述规律仍然成立。 第三运动定律在体育运动中的应用第三运动定律在体育运动中的应用 n当人们进行各种运动时，作用力与反作用当人们进行各种运动时，作用力与反作用 力问题是普遍存在的。弄清它们的关系，力问题是普遍存在的。弄清它们的关系， 才能正确分析体育运动中各力的特点，结才能正确分析体育运动中各力的特点，结 合牛顿第二运动定律进行深入研究。合牛顿第二运动定律进行深入研究。 2. 牛顿第一定律牛顿第一定律(惯性定律惯性定律)及其应用及其应用 任何物体，在不受力作用时，都保持静任何物体，在不

10、受力作用时，都保持静 止或匀速直线运动状态。止或匀速直线运动状态。 惯性惯性:物体具有保持其原有物体具有保持其原有 “运动状态运动状态”的性质的性质. 牛顿定律在体育运动中的应用牛顿定律在体育运动中的应用 1.长跑的匀速跑长跑的匀速跑 2.举重等动作的连贯性举重等动作的连贯性 3、牛顿第二运动定律及其应用、牛顿第二运动定律及其应用 要使物体运动状态发生变化，就必须对物体要使物体运动状态发生变化，就必须对物体 施加力。当施加力。当物体受到的合外力不为零时，物体物体受到的合外力不为零时，物体 运动的加速度与合外力成正比，与其质量成反比，运动的加速度与合外力成正比，与其质量成反比， 加速度的方向与合

11、外力的方向一致，用公式可表加速度的方向与合外力的方向一致，用公式可表 示为：示为： maF 在应用牛顿第二定律时应注意的几点：在应用牛顿第二定律时应注意的几点： 牛顿第二定律中的物体是被当作质点。在体牛顿第二定律中的物体是被当作质点。在体 育运动中对人体进行研究时，也不例外，在处理育运动中对人体进行研究时，也不例外，在处理 多环节连接体的动力学问题时，要用多环节连接体的动力学问题时，要用“隔离物体隔离物体 法法”，也就是把物体分割成多个可视为质点的物，也就是把物体分割成多个可视为质点的物 体，以便对每一质点直接应用牛顿第二定律。体，以便对每一质点直接应用牛顿第二定律。 n牛顿第二定律反映的是加

12、速度与力的矢量关系，指出加速度方牛顿第二定律反映的是加速度与力的矢量关系，指出加速度方 向永远与外力的方向一致。向永远与外力的方向一致。 n如果物体同时受到若干个外力的作用，那么物体的加速度就由如果物体同时受到若干个外力的作用，那么物体的加速度就由 这些外力的合力产生，其方向与合外力的方向一致。这些外力的合力产生，其方向与合外力的方向一致。 n若将合外力分解为水平分力和垂直分力，那么，水平分力只产若将合外力分解为水平分力和垂直分力，那么，水平分力只产 生水平加速度，垂直分力只产生垂直加速度。因而牛顿第二定生水平加速度，垂直分力只产生垂直加速度。因而牛顿第二定 律的分量式为：律的分量式为： ix

13、 ix amF iyiy amF iziz amF n力的单位力的单位 n 力的单位有国际单位制和工程单位制，本书采用国际单位力的单位有国际单位制和工程单位制，本书采用国际单位 制。在国际单位制中，质量的单位为制。在国际单位制中，质量的单位为“千克千克”(kg)，加速度的，加速度的 单位为单位为“米秒米秒2”(ms2)，力的单位为，力的单位为“牛顿牛顿”(N)，即：，即： n 1(N)1(kg) *(ms2) n 在体育动作的分析中，也常用在体育动作的分析中，也常用“公斤公斤”作为力的单位，在作为力的单位，在 用牛顿第二定律计算时，用牛顿第二定律计算时，“公斤公斤”应换算为应换算为“牛顿牛顿”

14、。1(公斤公斤 力力)9.8(牛顿牛顿)。 n例题讲解：例题讲解：P63 n作业作业 P86：3，5，7，18 4、牛顿运动定律在体育运动中的应用实例、牛顿运动定律在体育运动中的应用实例 向心力和离心力向心力和离心力 n向心加速度向心加速度 n向心力向心力 r v a n 2 m r v maF nn 2 向心力与离心力分析向心力与离心力分析 支撑反作用力支撑反作用力 n力的性质力的性质 n计算方法计算方法 maGR G R a 静态与动态支撑反作用力。讨论静态与动态支撑反作用力。讨论a, R, G的方向关系。的方向关系。 静态支撑反作用力 R=G=mg 动态支撑反作用力 R=G+ma=(g+

15、a)m a0 RG 超重 a0 RG 失重 原地纵跳 t1t2T t F 0 图6-1-7 CMJ垂直力与时间曲线 3.3 动量定理、动量守恒定律及其应用动量定理、动量守恒定律及其应用 1.动量与冲量的概念动量与冲量的概念 动量（矢量性）动量（矢量性） n ，单位：米，单位：米.千克千克/秒（秒（m. kg / s）。）。 冲量（矢量性）冲量（矢量性） n 单位：牛顿单位：牛顿.秒（秒（N. s） vmK tFI 冲量的几何含义： S=F*t t F S 2. 动量定理动量定理 物体在运动过程中，在某段时间内动量的物体在运动过程中，在某段时间内动量的 改变，等于所受所受合外力在这段时间内的冲改

16、变，等于所受所受合外力在这段时间内的冲 量。即：量。即： IK 0 vmvtF t n动量定理的矢量性。 n例题：P73 3、动量定理在体育运动中的应用、动量定理在体育运动中的应用 1在投掷项目中，为了增加器械的出手速度，即增加器在投掷项目中，为了增加器械的出手速度，即增加器 械的出手动量，应增加在最后用力阶段对器械的冲量。械的出手动量，应增加在最后用力阶段对器械的冲量。 这要求在发挥最大力量的同时，延长力的作用时间。这要求在发挥最大力量的同时，延长力的作用时间。 2若要减少对人体的冲力，就得延长力作用的若要减少对人体的冲力，就得延长力作用的 时间，各种落地缓冲动作就是典型的例子。时间，各种落

17、地缓冲动作就是典型的例子。 3运用动量定理还可以计算人体运动中的一些力运用动量定理还可以计算人体运动中的一些力 学参数。学参数。 n在跳跃项目中，用测力台测出踏跳力随时间的在跳跃项目中，用测力台测出踏跳力随时间的 变化曲线，就可以求出人体所受的冲量，运用变化曲线，就可以求出人体所受的冲量，运用 动量定理，则可求出人体腾空的速度。动量定理，则可求出人体腾空的速度。 n在另一些情况下，在动作的电影图片上可以计在另一些情况下，在动作的电影图片上可以计 算出人体或器械的运动速度。反过来，也可以算出人体或器械的运动速度。反过来，也可以 计算出相应的平均冲力大小。计算出相应的平均冲力大小。 4、动量守恒定律及其应用、动量守恒定律及其应用 n任何物质系统在不受外力作用或所受外力任何物质系统在不受外力作用或所受外力 之和为零时，其总动量