第五章 运动生物力学应用 走的生物力学分析

1、游运动生物力学运动生物力学游永豪游永豪合肥师范学院合肥师范学院 体育科学系体育科学系Telel-mailE-mail：游 第五节第五节 走的生物力学分析走的生物力学分析游 人的一生大约步行人的一生大约步行8050080500千米千米 赤道长度赤道长度 4007640076千米千米 人的一生可以绕赤道走两圈人的一生可以绕赤道走两圈 游一、走的动作过程一、走的动作过程 单脚支撑和双脚支撑相互交替的周期性运动。单脚支撑和双脚支撑相互交替的周期性运动。 一个周期一个周期 一只脚的脚尖离开地面一只脚的脚尖离开地面 这只脚的脚跟接触地面这只脚的脚跟接触地

2、面游 后蹬阶段后蹬阶段 摆动阶段摆动阶段 着地缓冲阶段着地缓冲阶段 一个周期分为三个阶段：一个周期分为三个阶段：游（一）后蹬（推进）（一）后蹬（推进）阶段阶段由由蹬地腿的弯曲位置开始，在推进阶段，髋、膝、踝关蹬地腿的弯曲位置开始，在推进阶段，髋、膝、踝关节伸展（跖屈），脚趾屈。这个阶段参与收缩的主要肌节伸展（跖屈），脚趾屈。这个阶段参与收缩的主要肌肉有：伸髋关节肌、伸膝关节肌、踝关节跖屈肌和屈趾肉有：伸髋关节肌、伸膝关节肌、踝关节跖屈肌和屈趾肌。当走大步时，这些肌肉必须相互协调，并肌。当走大步时，这些肌肉必须相互协调，并通过髋关通过髋关节的回旋节的回旋转动增大步长。转动增大步长。 游（二）摆动

3、（二）摆动阶段阶段后后蹬推进至脚尖离地开始，摆动腿稍折叠髋、膝、踝关蹬推进至脚尖离地开始，摆动腿稍折叠髋、膝、踝关节，以使足向前摆动。髋关节的弹性回缩是自然的，其节，以使足向前摆动。髋关节的弹性回缩是自然的，其他关节也有弹性回缩运动，但要小的多。大腿在髋关节他关节也有弹性回缩运动，但要小的多。大腿在髋关节处旋外使摆动阶段的脚趾保持在直线上运动，当股骨转处旋外使摆动阶段的脚趾保持在直线上运动，当股骨转至靠近行进中线时，髋关节肌收缩以保持方向，步长越至靠近行进中线时，髋关节肌收缩以保持方向，步长越大，大腿在髋关节的旋外就越明显。大，大腿在髋关节的旋外就越明显。游以以摆动腿脚跟着地开始，通过踝、膝、

4、髋关节逐渐弯曲吸收摆动腿脚跟着地开始，通过踝、膝、髋关节逐渐弯曲吸收地面给人体的冲力，屈曲的力由身体的动量和重力提供。因地面给人体的冲力，屈曲的力由身体的动量和重力提供。因此，踝、膝、髋关节的伸肌完成离心收缩以使冲力慢慢减小此，踝、膝、髋关节的伸肌完成离心收缩以使冲力慢慢减小。当冲力下降至足够小时，屈曲停止。下肢各关节的伸肌有。当冲力下降至足够小时，屈曲停止。下肢各关节的伸肌有一个等长收缩期，在此期间，下肢各关节的位置没有明显的一个等长收缩期，在此期间，下肢各关节的位置没有明显的变化。身体重心则始终保持水平的动量，绕支撑脚转动实现变化。身体重心则始终保持水平的动量，绕支撑脚转动实现从支撑阶段到

5、推进阶段的平稳过渡，如此循环。从支撑阶段到推进阶段的平稳过渡，如此循环。（三）着地支撑阶段（三）着地支撑阶段游躯干躯干转动肌群也对走具有重要的作用。躯干的转动主要转动肌群也对走具有重要的作用。躯干的转动主要发生在胸椎部位。在走时，手臂作对角的向前、向内摆动发生在胸椎部位。在走时，手臂作对角的向前、向内摆动，也是保持人体行走稳定的重要动作。手臂的运动与腿的，也是保持人体行走稳定的重要动作。手臂的运动与腿的运动是相向的，这种相向运动表现在肩轴和髋轴之间的反运动是相向的，这种相向运动表现在肩轴和髋轴之间的反向转动。根据步长的大小调整肩轴的转动幅度是协调行走向转动。根据步长的大小调整肩轴的转动幅度是协

6、调行走的主要动作表现。的主要动作表现。（四）身体其他环节的运动动作（四）身体其他环节的运动动作游二、走的生物力学参数二、走的生物力学参数（一）运动学参数（一）运动学参数（二）动力学参数（二）动力学参数1.1.时间参数时间参数2.2.空间参数空间参数3.3.时时- -空参数空参数游人自然步行的步长约在人自然步行的步长约在15151919岁时达到最大岁时达到最大男子约为男子约为75cm75cm，女子约为，女子约为66cm66cm步频步频= =单位时间步单位时间步数数走和跑的本质走和跑的本质区别区别跑运动中，有一个身体不与地面接触的阶段，即身体腾空阶段；跑运动中，有一个身体不与地面接触的阶段，即身体

7、腾空阶段；跑时没有两脚与地面同时接触的阶段。跑时没有两脚与地面同时接触的阶段。走的生物力学参数中最为重要的参数是走的速度走的生物力学参数中最为重要的参数是走的速度。速度速度= =步长步长步频步频步长：步长：行走时左右足跟行走时左右足跟( (或趾尖或趾尖) )间的距离间的距离 步幅：步幅：步幅是一只脚脚跟连续两个支撑点相隔的距离步幅是一只脚脚跟连续两个支撑点相隔的距离 游 走的两个时相走的两个时相 摆动时相摆动时相 支撑时相支撑时相 脚跟着地脚跟着地 趾着地趾着地 支撑中期支撑中期 脚跟离地脚跟离地 蹬离期蹬离期 趾离地趾离地 加速期加速期 摆动期摆动期 减速期减速期游步长：左右足跟步长：左右足

8、跟( (或趾尖或趾尖) )间的纵间间的纵间距离距离中国青年中国青年 男性的步长约为：男性的步长约为： 55.1055.1077.15cm77.15cm女性约为：女性约为： 50.1050.1070.10cm70.10cm行走行走时人体重心不仅在水平方向，而且在垂直方向时人体重心不仅在水平方向，而且在垂直方向上不断改变着位置和速度。其中身体重心在垂直方上不断改变着位置和速度。其中身体重心在垂直方向的速度变化与各关节及其活动肌肉的力学状况有向的速度变化与各关节及其活动肌肉的力学状况有密切关系。密切关系。 游行走行走的动力学参数主要是脚地接触力，包括每个单步一侧的动力学参数主要是脚地接触力，包括每个

9、单步一侧脚触地时的垂直、前后和左右方向反作用力。动力学参数可脚触地时的垂直、前后和左右方向反作用力。动力学参数可通过观察和测量力时间曲线的特征获得，包括力值、力矩通过观察和测量力时间曲线的特征获得，包括力值、力矩值，以及相应的冲量值。行走时脚地接触力在垂直方向上值，以及相应的冲量值。行走时脚地接触力在垂直方向上的分力最大，在每个步行周期转折点出现极值，足跟着地时的分力最大，在每个步行周期转折点出现极值，足跟着地时有一极大值，随脚逐渐放平，受力面积逐渐增大，力值也减有一极大值，随脚逐渐放平，受力面积逐渐增大，力值也减小，足部完全放平时力值达最小，至脚跟离地，脚趾蹬地时小，足部完全放平时力值达最小

10、，至脚跟离地，脚趾蹬地时出现另一极大值。在整个步行周期中，垂直方向受力曲线具出现另一极大值。在整个步行周期中，垂直方向受力曲线具有典型的对称双峰性质。正常人脚地接触力在水平、前后有典型的对称双峰性质。正常人脚地接触力在水平、前后方向受力较小，且基本对称。方向受力较小，且基本对称。 游三、走的姿势分析三、走的姿势分析正常游步态步态生物力学研究的生物力学研究的应用应用步态分析步态分析主要包括主要包括：临床临床分析、运动学分析、动力学分析和动态肌电图分析。分析、运动学分析、动力学分析和动态肌电图分析。目前目前步态的生物力学研究主要应用在以下几个方面步态的生物力学研究主要应用在以下几个方面： 1 1临

11、床诊断中的应用。临床诊断中的应用。 2 2训练治疗效果的评定。训练治疗效果的评定。 3 3行走辅助装置的设计。行走辅助装置的设计。 游四、竞走重点技术及其分析四、竞走重点技术及其分析竞走竞走是运动员与地面保持接触、连续向前迈进的是运动员与地面保持接触、连续向前迈进的过程，没有肉眼可见的腾空，前腿从触地瞬间至过程，没有肉眼可见的腾空，前腿从触地瞬间至垂直部位应该伸直（即膝关节不得弯曲）。垂直部位应该伸直（即膝关节不得弯曲）。游摆动摆动技术是蹬伸结束后脚趾离地到脚跟触地过程中的摆动腿技术是蹬伸结束后脚趾离地到脚跟触地过程中的摆动腿运动技术。摆动技术的要点是在蹬伸结束后大腿和小腿的放运动技术。摆动技

12、术的要点是在蹬伸结束后大腿和小腿的放松折叠摆动，以减小摆动腿的转动惯量，同时充分利用蹬地松折叠摆动，以减小摆动腿的转动惯量，同时充分利用蹬地获得的惯性和腿部肌肉拉长后的弹性回缩力，增加摆动的角获得的惯性和腿部肌肉拉长后的弹性回缩力，增加摆动的角速度。当摆动至与支撑腿重合时，以大腿带动小腿前摆，髋速度。当摆动至与支撑腿重合时，以大腿带动小腿前摆，髋关节加大旋转帮助大腿前摆，对侧手臂前上方偏中线摆动，关节加大旋转帮助大腿前摆，对侧手臂前上方偏中线摆动，同侧手臂用力后摆，使髋轴和肩轴达到最大的反转角度，以同侧手臂用力后摆，使髋轴和肩轴达到最大的反转角度，以在增加步长和速度的同时保持身体的平衡。在增加

13、步长和速度的同时保持身体的平衡。（一）摆动技术及其分析（一）摆动技术及其分析游支撑支撑技术是摆动结束后脚跟着地到脚趾离地过程中的支撑技术是摆动结束后脚跟着地到脚趾离地过程中的支撑腿运动技术。随着摆动腿脚跟的触地，摆动腿变成了支撑腿运动技术。随着摆动腿脚跟的触地，摆动腿变成了支撑腿。由于竞走中腿。由于竞走中“前腿从触地瞬间至垂直部位膝关节伸直前腿从触地瞬间至垂直部位膝关节伸直”的技术规定，决定了支撑腿不可屈膝缓冲，其触地的反的技术规定，决定了支撑腿不可屈膝缓冲，其触地的反作用力不可避免地对身体起到了减速作用。因此，完成支作用力不可避免地对身体起到了减速作用。因此，完成支撑阶段动作的要领是脚的柔和而迅速的滚动，脊柱适当弯撑阶段动作的要领是脚的柔和而迅速的滚动，脊柱适当弯曲使重心投影偏向支撑腿一侧。曲使重心投影偏向支撑腿一侧。（二）支撑技术及其分析（二）支撑技术及其分析游后后蹬技术开始于支撑腿的