运动生物力学在体育运动中的应用

第一页，共二十四页，编辑于2023年，星期二1.运动生物力学的概念2.运动生物力学的发展过程与研究内容3.运动生物力学与其它学科的关系4.运动生物力学在竞技体育中的应用5.运动生物力学在康复医学中的应用第二页，共二十四页，编辑于2023年，星期二第一节概述运动生物力学是研究体育运动中人体机械运动规律的科学。运动生物力学要具体回答人体完成各项运动动用时是怎样运动的和为什么会运动，同时也要研究影响人体运动的外界条件（如体育场地质量及各种训练和比赛的器材设备等）与运动技术的关系。根据人体的形态和机能的特点，结合对运动场地、器材的改进，研究最合理、最有效的运动技术，以求达到最好的运动成绩。第三页，共二十四页，编辑于2023年，星期二20世纪30年代，英国生理学家Hill通过研究建立了肌肉收缩的力量-速度方程，获得诺贝尔奖金，奠定了生物力学的基础。第四页，共二十四页，编辑于2023年，星期二运动生物力学的任务1、研究各项动作技术特点，动作技术原理，建立动作技术模式来指导教学和训练。2、结合运动员个人的身体形态、机能和运动素质等的特点，研究适合个人的最佳技术方案和进行动作技术诊断。3、探索预防运动创伤和康复手段的力学依据。4、设计和改进运动器械。第五页，共二十四页，编辑于2023年，星期二运动生物力学的研究层次与内容运动学动力学静力学转动力学流体力学骨杠杆肌肉收缩力学环节运动人体运动数据采集与处理动作技术分析第六页，共二十四页，编辑于2023年，星期二第二节人体运动的力学基础一、人体运动的运动学以经典牛顿力学理论为基础，把人体近似地看成质点（只有质量，忽略大小、形状等）和刚体（形态不变的连续质点）进行研究。主要解决的是速度、加速度等问题。第七页，共二十四页，编辑于2023年，星期二如抛物线运动水平加速度为零，垂直加速度为g水平方向为等速度运动

Vx=V0Cosθ垂直方向为等加等加速度运动

Vy=V0Sinθ-gt水平距离

R=Max(X)=V02Sin2θ/g当出射角为45°时，水平距离最远垂直高度H=Max(Y)=V02Sin2θ/2g当出射角为90°时，

垂直高度最高第八页，共二十四页，编辑于2023年，星期二若初始高度高于落地高度(h>0)，则使水平距离最远的出射角小于45°铅球、铁饼、标枪的出射角略小于45°跳远的起跳角<45°(约20°)第九页，共二十四页，编辑于2023年，星期二二、人体运动的动力学运动学描述人体或器械在空间和时间上的运动状态及变化规律，是外部几何性质的描述。动力学研究的则是人体运动的动力与原因。1、牛顿第一运动定律（惯性定律）任何物体，在不受力作用时，都保持静止状态或均速直线运动状态。如在长距离游泳、赛跑中保持速度稳定；在上举杠铃、撑竿跳等动作的连贯性要求，都是其应用。第十页，共二十四页，编辑于2023年，星期二2、牛顿第二运动定律∑F=ma主要进行运动中阻力、作用力及加速度方面的计算。如测力台与影片解析中参数的计算。3、牛顿第三运动定律FAB=－FBA钉鞋、起跑器的设计为这一定律的应用。第十一页，共二十四页，编辑于2023年，星期二4、动量定理、动量守恒定律应用动量：速度与质量的乘积。K=m×V（Kg·m/s）冲量：作用于物体的力与作用时间的乘积。I=F·⊿t（N·s）动量定理：物体在运动过程中，在某段时间内动量的改变等于所受合外力在这段时间内的冲量。⊿K=I投掷项目器械出手前保持最大用力同时，延长力的作用时间。游泳运动员屈臂“S”型划水。运动中力学参数计算。第十二页，共二十四页，编辑于2023年，星期二动量守恒定律物质系统在不受外力作用或受外力之和为零时，其总量保持不变。当F·⊿t=0时，mVt－mV1=0在碰撞及力量传递方面应用。如鞭打动作，大环节带动小环节，借近侧环节制动加大远侧环节速度。第十三页，共二十四页，编辑于2023年，星期二三、人体运动的静力学主要研究运动中的平衡问题力矩（转矩）：表示力对物体作用时产生转动效果的物理量，力与力臂的乘积。第十四页，共二十四页，编辑于2023年，星期二影呼平衡稳定性的因素支撑面大，稳定支撑面小，不稳定第十五页，共二十四页，编辑于2023年，星期二较稳定较不稳定重心高重心位于支撑面边缘最不稳定第十六页，共二十四页，编辑于2023年，星期二四、人体运动的转动力学1、转动运动学研究角位移、角速度和线速度、角加速度等。2、转动动力学转动惯量与物体的质量、质量的分布及转轴的位置有关。第十七页，共二十四页，编辑于2023年，星期二五、人体运动中的流体力学1、浮力原理（阿基米德定律）浮体所受的浮力数值等于它所排开的液体的重量，方向向上。第十八页，共二十四页，编辑于2023年，星期二2、阻力：空气迎面阻力：F=1/2ρ·S·Cd·V2在水中有形状阻力、摩擦阻力、波浪（兴波、碎波）阻力。如自行车轮设计、鲨鱼装设计等。第十九页，共二十四页，编辑于2023年，星期二3、马格努斯效应旋转前进的球体，受转动引起的环流和平动引起的片流双重作用，上下层气流速度不同，而引起受力偏转方向的现象。如乒乓球的弧旋球、足球的香蕉球。第二十页，共二十四页，编辑于2023年，星期二第三节人体运动数据采集与技术分析一、运动生物力学主要的测试仪器运动生物力学的数据采集和处理可分为四大类：运动学参数—高速摄影机、高速录像动力学参数—三维测力台肌肉工作特征