运动生物力学省公开课一等奖全国示范课微课金奖课件

第一章运动生物力学概述1/35生物力学运动生物力学SportBiomechanics力学生物学人体运动技术1、学科交叉使运动生物力学成为独立学科2/35融合体育运动生物力学运动生物力学生物学力学人体解剖生理学器械运动规律交叉渗透运动仿生技术运动生物力学学科形成模式图3/35

力学是研究物体机械运动规律学科。即物体在时间和空间上位置改变及其产生改变原因。

生物力学是应用于生物体力学，对于生命器官生物力学有利于人们了解其正常功效，预言其本身变更而引发改变，并提出人为干预方法。所以，诊疗、外科手术和修复术都与生物力学息息相关。运动生物力学是研究人体运动生物力学规律学科，是运动科学主要组成部分。Biomechanicsisthestudyofforcesandtheireffectsonlivingsystems.4/35研究关键：人体运动动作研究方法：生物学方法（解剖、生理学方法）力学方法、系统科学方法研究目标：揭示人体运动器系生物力学特征和人体运动动作规律；运动技术合理性和更佳化……。为提升运动技术水平和成绩、预防损伤和健身指导服务。5/352、运动生物力学学科在体育运动中作为（1）提升体育运动成绩（主要作用）

提升运动技术水平－主要表现在两个方面：教师和教练员应用力学知识指正学生和运动员完成运动，提升技能水平（定性方法），或者生物力学研究者发觉新或更有效技术以完成运动项目（定量方法）。比如：学生不能完成前滚翻，你能够给以两个提议，一是低头含胸团身，并在滚动中保持；二是向前上方蹬地。1968年墨西哥奥运会上背越式跳高技术改进运动装备－比如1953,BudHeld增加标枪表面积，提升了标枪成绩，到1984年到达104.80m。1986新规则限制，但随即又在压力中心方面有所改变，标枪统计还是到了98.48m。提升训练科学化－技术分析帮助教师、教练员确定学生和运动员需要改进训练地方。6/35PerformanceImprovement运动员休息时，能刺激运动员身体加紧红细胞生成，推进氧气向肌肉流动，能够让身体全方面放松。CAT-150便携式低氧帐篷氧分压与人体红细胞携氧能力关系7/35虚拟现实护目镜

虚拟现实护目镜(VRgoggles)接收到其运动情况现场反馈。借助于这种反馈，运动员能够实时看到赛艇是否偏离了正确方向。经过实时地展开自我评定，赛艇划手能够不停提升他们理想队形。8/35米卡萨MVA200排球

由8块皮而不是传统18块皮缝合而成，并在球体上呈花瓣状缝合。当新双层结构――是聚氨酯泡沫塑料外层和柔软微纤材料制成织物内层结合后，这种新设计限制了手掌心流向排球汗液量，从而使选手加强了对球控制力。压花设计看似微不足道，但有利于降低排球周围空气阻力，从而使排球路线更具空气动力学轨迹。这么就会发出最难接球，但声音却不那么响亮。9/35Speedo第四代鲨鱼皮

LZRRacer经独立测试证实，新泳衣能降低4%阻力，并能够降低5%氧气消耗，成绩提升2%，使此它成为世界最快泳衣，到达了先前难以到达浮力和滑动能力。10/35回望早期奥运会，要说有“恍若隔世”之感确实毫不夸大。我们恰好从体育这个特殊尺度上，看到一个“世纪”距离到底有多远。而带来这一“天壤之别”主因，便是当代科学技术发展。意味深长是，当代奥运会创办初始动机，恰恰是为了摆脱工业社会技术异化和人主体地位缺失，呼唤人自然属性回归。但百年奥运却走过了一条不停与科技结合，直到对科技高度依赖道路。这终究是逻辑困境，还是历史必定？1936年柏林奥运会，田坛巨星欧文斯在煤渣跑道上为自己起跑精心“挖坑”而花去十多分钟时间。我们极难构想假如欧文斯跑在今天全塑胶“塔当”跑道上会创造什么成绩；当年跳高横杆上搭一块白毛巾，那是为了让运动员在暮色沧茫中能看清横杆高度，而落地时更没有今天“海绵包”上“软着陆”潇洒；体操运动开拓者们没赶上在安装了弹簧和橡胶立柱地板上腾跳；绿茵场前辈在泥泞中鏖战时更不会奢望有活动草坪与整体移动足球场。和昨天金牌得主相比，今天奥运冠军们自然体能未必有显著增强。我们运动成绩不停突破，很大程度上依靠运动环境和条件改进，而一个时代科学技术搭建舞台，最大程度调动和发挥了人体潜能。赵致真-奥运中科技之光11/35假如说体育技术有高低优劣之分话，判别标准只能是符不符合科学原理。人即使贵为“万物之灵”，但人体一切运动却必须遵照基本力学规律。伴随跨越式、剪式、滚式、俯卧式跳高演进，身体重心升起一样高度却能够越过更高横杆，到了福斯贝里创造“背越式”，运动员重心甚至能够从横杆下钻过去，既往跳高大部分经验从此一笔勾销。三级跳远中“跑跳式”将有效水平速度保持到最终一跳，所以取代了“高跳型”技术；长跑运动中身体匀速直线性更加好“梅花鹿”式跑取代了大起大落“袋鼠式”跑和快慢不均“驼鸟式”跑；铅球投掷中加长做功距离背向滑步技术取代垫步技术；体操和跳水动作中对身体转动惯量准确把握，带来了花样百出空翻和旋转；跳台滑雪运动中两只滑雪板呈V字形排开能在空气中取得更加好升阻比，所以取代了滑雪板平行姿势。体育器械运动更是力学定律最直观演示，标枪滑翔性提升带来成绩不停刷新，但霍恩把手中“飞行器”投掷到104米开外而威胁到赛场安全时，科学又能“略施小计”将标枪重心前移4厘米而“勒住”投掷“缰绳”；旋转中马格努斯力创造了神奇香蕉球、弧圈球。体育技术每一项进步，无不伴伴随对运动力学更深刻了解和应用，从而改变着体育竞赛形态和面貌。赵致真—奥运中科技之光12/35人类文明因劳动使用材料而划分为石器时代、青铜器时代和铁器时代，奥运百年间体育器械材料变革一样含有划时代意义。一个经典例证是撑竿跳高变迁。当竹竿、金属竿取代坚硬沉重、没有弹性木竿，撑竿跳高成绩曾节节攀升。待到轻巧而富有弹性玻璃纤维、碳纤维竿问世后，因为助跑速度增加和动能、势能转换效率大幅度提升，带来了撑竿跳高成绩戏剧性突破，乌克兰选手布勃卡把人类体育运动高度上限标定到6.14米；铝合金、钛金属取代钢铁，尤其更轻、更强碳纤维广泛使用后，自行车几乎发生脱胎换骨改变，赛艇、雪橇、滑雪板等运动器械也为之面目一新。碳纤维制成网球拍、羽毛球拍不但强度增加重量减轻而且“甜点”扩大；海绵拍登场对乒乓球运动意义更不待言。“工欲善其事，必先利其器”，新材料、新工艺给体育运动带来了翻天覆地改变。同前13/35运动员“行头装束”更有着鲜明时代印记。奥运会初创年代，选手们在赛场上都穿着日常生活便装，男子宽衣大袖，女子长裙及地。经过百年嬗变，运动服已经成为服装行业中“独立王国”，悉尼运会上，澳大利亚选手弗里曼穿着被称为“第二层皮肤”连体运动衣夺得400米跑金牌，她体验到了一个“切入空气”欣快。号称“鱼雷”泳坛名将索普身穿仿生技术“鲨鱼皮”游泳衣在400米自由泳中一路领先，泳装表面微型棘齿产生细小涡流能有效降低前进中“压差阻力”。至于篮球明星乔丹脚下“气垫鞋”，短跑名将约翰逊“金缕鞋”，琼斯“水晶鞋”，刘翔“红色魔鞋”，都为公众津津乐道和耳熟能详。当代体育防护用具则从头到脚，一直“武装到了牙齿”。高科技新型材料和人体工程学、运动力学结合，共同打造了体育健儿披挂、战靴和征衣。14/35对时间和距离准确计量是体育运动“可比性”基础。1896年第一届雅典奥运会上使用手动马表，百米赛计时误差达0.2至0.5秒，这相当于2米到5米距离。今天终点线上摄像仪能经过每秒次缝隙扫描，将计时精度提升到千分之一秒。起跑线上抢跑百分之一秒就会被“捉拿归案”，游泳池终点触摸屏则“一触即发”并准确到毫秒。测量投掷、跳远距离皮尺、钢卷尺早已送进了历史博物馆，激光测距仪能够瞬时判读出比赛成绩；灵敏超声风速仪早已取代了机械风速仪；在网球、羽毛球赛场上，雷达测速仪当场显示运动员击球速度；而明察秋毫“鹰眼”则能随时回放网球、足球在三维空间运动轨迹和准确落点。各种新奇别致光电仪器在赛场上层出迭见，使运动数据粗放式测量变得日益快捷、精准和可靠。15/35人类体育运动本质上是将体内化学能转变为机械能。伴随对有氧运动和无氧运动深入了解，不一样运动供能机制日益明确清楚，“高原训练”有效增加了运动员最大摄氧量和血液对氧携带能力。不一样种族和个体肌肉结构中，快速“白肌”和耐久“红肌”天生有一定百分比，适合不一样类型运动。遗传追寻、骨龄辨析、皮纹解读，选材就是对“运动苗子”发觉和预测。诚然“没有谁脖子上戴着金牌降生，但更多人却生下来就注定得不了金牌”。当代医学已经为各类运动员科学选材提供了一整套量化依据。16/35计算机作为一切高科技基本工具，对体育运动影响已经无孔不入。竞赛场上经常“知彼难，知己更难”。1982年，美国队就将中国女排历次比赛影像资料输入计算机并分析出“战术弱点”，使中国姑娘在遭到“暗算”后一度受挫。而运动员对自己技术动作往往“当局者迷”，教练员也极难用肉眼区分清楚，“计算机诊疗”却能定量分析出一招一式缺点。计算机远程监控能够依据赛场采集数据在万里之外“运筹帷幄”；新动作设计往往先在计算机上构思和演算，充分论证可行性和必要条件。至于科学制订训练负荷，查阅世界优异选手和经典赛事档案资料，更是计算机“家常便饭”。美国上个世纪七十年代奥运会上输给苏联后，狠下决心在科罗拉多等地建立三个奥林匹克训练中心，配置最先进科研、训练设施，调集大批优异教练员和科学家，每年集训15000名拔尖运动员，成了美国“奥运金牌摇篮”。这种“大而全”高科技密集体育训练基地已经被德国、法国、澳大利亚、日本、韩国争相效法。17/35不过一百年来，一直有些人怀着深深忧虑和戒惧，试图阻止科技从体育舞台边缘向中心挺进，并主张拆散体育和科技联姻，恢复奥运赛场上真正“原生态”。其实人和动物最大区分在于“智慧”，可能只有加入了智慧元素，体育运动才真正打上了“人烙印”，使体育不只是停留在“原始肌肉收缩”层面。科学作为人类智慧结晶，原来是体育一部分，更聪明人比“四肢发达头脑简单”人拥有更多取得胜利机会。何况当突飞猛进当代科学在一百年间彻底改变了人类全部生活，怎么可能将体育划为“科学免进”“保护区”？至于兴奋剂等奥运史上弊端和丑闻，不过是人对科技错误应用，处理路径也只能靠科技发展；怎样让更多第三世界运动员一样享受当代科技恩惠，已经成为奥运议事日程主要课题。谁也无法“开历史倒车”。对百年奥运抚今追昔和“忆苦思甜”足以使人相信，没有科技，奥运会成不了今天气候。离开科技，体育将陷入原始和瘫痪。18/35在体育运动成绩日益迫近人类极限今天，从某种意义上说，体育竞争就是高科技竞争，“技不如人”，可能首先是“科技不如人”。而科技和体育“共生关系”，将继续伴随奥运会走向明天。同前竞技体育运动目标是更加快、更高、更强，其中绝大部分都和力学相关，所以本书主题大致上能够说是，竞技体育与力学学科关系。这本书包括体育科技方方面面，包含、时间与距离检测、球旋转与球在空气中阻力与轨迹问题、跳水运动与身体旋转问题、跳高运动运动员重心问题、运动安全性与防护问题、游泳阻力与游泳服改进问题、自行车赛空气阻力问题、撑杆跳撑竿改进问题、运动场地和设施问题，等等等等。来自书序言19/35（2）损伤预防和康复降低损伤技巧经过更加好地认识作用在组织上力和设法减小这些力作用，来到达预防和改进急慢性损伤目标。准确地计算作用在人体组织上内力是一件困难事情。(1)改进器材设备（如鞋、垫子等）；（2)改进运动技术（如对运动技术中力分析，确定适当用力角度等）。康复伎俩损伤治疗仪器开发（电、磁、光等物理学领域）；损伤治疗方法正确使用需要对骨、关节、韧带、肌腱和骨骼肌力学特征了解。20/35COPWhymassagecanhelptreatinjury?Whatisthebestwayliftingaheavybox?Howmuscletissueandboneresponsetoexerciseactivities?InjuryPreventionandRehabilitation21/35interestsofhealth&scienceprofessionalsHealthandfitnessspecialistsphysicaltherapistsorthopedicsurgeons22/353、运动生物力学学科发展介绍早期各方面学者对人体运动关注。阿里斯多德、达芬奇、维伯弟兄、麦布里奇、布拉温和费舍尔、希尔、伯恩斯坦、冯元桢形成了运动生物力学发展三个流派：力学流派－－美国、德国为代表机能解剖学流派－－原苏联为代表生理学流派－－日本为代表1967年第一届国际生物力学学术讨论会（瑞士），73年成立ISB。1982年成立国际运动生物力学学会，ISBS。23/35我国运动生物力学发展1956年邀请前苏联贝柯夫在北京体院讲授硕士课程引入运动生物力学内容；1959年引进原苏联《运动生物力学》教材，顿斯柯依。同年在北体举行第一期运动生物力学教师进修班。1976年后快速发展(学科交叉、教授讲学)。1980年成立中国体育科学学会，设运动生物力学分会。我国运动生物力学现实状况全国运动生物力学研讨会已经进行了11届。8月在我国召开国际运动生物力学研讨会（23届）。学科人群分布在体育院校、体育科学研究所、普通高校。24/3518-HongKong,China19-SanFrancisco,USA20-Caceres,Spain21Cancelled22-Ottawa,Canada23-Beijing,China24-Salzburg,Austria25-OuroPreto,Brazil26

SeoulNat'lUniversity,Seoul,Korea国际运动生物力学研讨会25/35a、基础研究以学科理论和新测量技术为方法伎俩，更深入地揭示人体运动生物力学规律，尤其是运动动作神经、肌肉控制与反馈机制。4、运动生物力学学科发展趋势26/35b、应用研究以直接为运动训练提供服务、处理运动训练、体育锻炼相关问题为主要方向，兼以设计运动器材与康复用具。c、方法学与测试伎俩研究以开发运动生物力学测量仪器和应用力学、生物学新技术、新理论为主要方向。27/351、期刊1.Bone(NewYork,USA)骨2.ClinicalBiomechanics(UK)临床生物力学3.ComputersmethodsandProgramsinbiomedicine(TheNetherlands)生物医学中计算机方法和程序4.GaitandPosture(UK)步态姿势5.JournalofAppliedBiomechanics(USA)应用生物力学杂志6.Journalofbackandmusculo—skeletalrehabilitation(TheNetherlands)背和肌肉骨骼康复杂志5、运动生物力学资源28/357.JournalofBimechanicalEnginecring(USA)生物力学工程杂志8.JournalofBiomechanics(