生物力学作业题解答

运动生物力学作业题解答

一、运动生物力学概念解析

概念：以机能解剖学、运动生理学、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的力学规律以及器械机械运动力学规律的学科。是基础应用学科。

从概念表述的内容分析，它揭示了三个方面的问题。一是基础理论；二是研究的对象和

内容；三是学科的性质。

1.基础理论：机能解剖学、运动生理学和力学的理论与方法为生物力学的理论基础。

2.研究的对象和内容：运动生物力学研究的内容主要有以下三个方面的问题。

(1).人体运动器系的生物力学特性。

(2).人体动作的力学规律。

(3).器械机械运动的力学规律。

3.学科性质：应用学科，属于方法论。

二、人体简化的条件

运动生物力学在研究中，为了研究的需要(将不可研究的事物，变成可以研究的事物),

需要设定定的条件。在生物力学研究中即：简化。简化只能是在的一定的特设条件下。将

人体简化为质点或刚体的条件是。

1.质点

将人体或器械筒化为质点的充要条件是：只研究人体或器械平动，以及不涉及人体的

转动和形变。人体简化为质点即就是：将人体或器械看出一个质点，没有形状和大小。

2,刚体

将人体或环节简化为刚体的充要条件是:人体或人体环节在受力后具有大小和形状不变

的性质。人体简化为刚体后即就是：人体或环节是均匀分布的，且在运动中具有稳定的大小

和形状。

三、人体整体动作的基本形式

在运动链中的各环节及各关节参与下相互配合共同完成某一动作形式叫整体运动。

人体的整体运动的基本动作可分为上肢的整体动作、下肢的整体动作和全身整体动作。

上肢的整体动作由肩带、肩、肘和腕关节的共同活动所完成，其动作的形式主要包括:

推、拉和鞭打三种主要动作形式。

下肢的整体动作的任务在于支撑人体和使人体产生位移。其主要动作形式可分为缓冲

与蹬伸、鞭打等形式。

全身整体动作。在体育运动中，人体的活动都是在大脑皮层支配下，由人体各器官系

统的协调活动实现的。在人体活动中，身体各部分所承担的任务及所起的作用是不相同的。

某个动作在表面上看是身体的某个部分完成的，但如果没有其它部分的协调配合作用是很难

完成的。全身整体动作的主要形式有：摆动、躯干的扭转和相向运动等。

四、人体运动的基本动作

人体运动是在大脑皮层的统一支配下，在受到力的作用时，由各运动链共同参与互相配

合下实现的。由于受力方式不同，其运动形式各异，且复杂而多变。但在众多的体育运动中

存在一些基本的体育动作，这些不可再分解的动作构成千姿百态的体育动作，从而形成各种

运动技术。这些最基本的动作包括上肢、下肢和躯干的一些简单动作。

上肢的基本动作由肩带、肩、肘和腕关节共同完成的，归纳起来有推、拉和鞭打三种主

要动作形式。

下肢的基本动作由魏、膝关和踝关节共同完成的动作，下肢动作的主要任务是支撑人体

和使人体产生位移。其主要动作形式有缓冲、蹬地和鞭打三种。

躯干的基本动作由全身多数关节参与共同完成的动作。在动作过程中，有主要环节的活

动，也有身体其它部分的配合。其主要动作形式有摆动、扭转和相向运动等形式。

五、人体机械运动的表现形式

人体机械运动的表现方式有三种：一是人体某一部分相对于身体另一部分的空间、时间

位移；二是人体整体相对于外界环境的空间、时间位移；三是由人体局部位移而造成的器械

的空间位移。

六、人体机械运动的特点

人体机械运动和物体的机械运动在时空环境中的共同点是空间和时间位移。最大区别

在于运动的形式和机理有显著性的差异。人体机械运动的特点主要表现在以下几个方面。

1.人体机械运动有很大的主动行和可变性，其运动不取决于外部条件，内部条件是运

动的根本动因。人体系统本身具有能量储备，可以不随外界影响而随时释放，并可转化为对

外界做功。

2.由于人体运动的能量来自于人体内部的能量，所以，人体长时间连续工作或运动后，

易出现疲劳，但经过休整可以完全恢复；物体运动的能量一般是外部施加的，只要能持久施

加，物体就能长时间连续工作，但一旦发生“疲劳”就不可能完全恢复。

3.人体的大部分机械运动的形式，尤其是体育运动技术动作都是后天、自发或自觉地

形成的。语言文字在机械运动中运动形式的形成、重建、巩固和自动化过程起着极为重要的

作用.

4.人体机械运动受大脑皮质的控制、调节并有意识参与，是主动的、有目的性的。

七、肱二头肌力量训练分析。

起点：长头位于肩胛骨的盂上结节，短头起于肩胛骨喙突。

止点：槎骨粗隆和前臂筋膜。

跨过的关节：肱二头肌跨过两个关节。肩关节和肘关节。

机能：近固定时，屈上臂和使前臂屈和外旋，当前臂外旋时，屈的作用最大。远固定

时，使上臂向前靠拢。

关节运动形式：屈肘和屈肩。

骨杠杆特点：肱二头肌近端固定，且肘关节伸展时，整个上肢以肩关节为支点，以肱

二头肌为动力，在止点处为动力点，动力臂基本为上臂长度。如果手持重物（阻力），阻力

臂为整个上肢，另外阻力矩还包括上肢的重力矩。肱二头肌力量训练的强度和负荷主要取决

于手中所持的重物。如果肩关节固定，通过肘关节屈伸训练肱二头肌，此时肘关节为支点，

肱二头肌为动力，动力点同样为肱二头肌的止点，但动力臂较短，只有从止点出道肘关节中

心的距离长度。如手持重物，阻力臂的长度为前臂长度。同样通过手持的重物重力来调节练

习的强度和负荷。

如果远端固定，肘关节为支点，动力臂和阻力臂的力都在点在肱二头肌的起点处。这

种运动形式，阻力•般来自于整个身体的重力，也可通过在身体上捆绑重物增加阻力，增加

训练强度和负荷。

训练的动作和要求：近端固定可采用弯举动作等动作实现肱二头肌的训练。远端固定

可采用引体向上等练习进行训练。采用弯举动作训练时，可双臂同时完成动作，也可单臂独

立完成动作。但在动作过程中，为了增强训练的效果，应尽可能使上臂固定，且腰腹不要摆

动。引体向上时，正握或反握的方法都能实现训练肱二头肌的目的，同样为了增强训练的效

果，尽可能躯干不要摆动，垂直引体。

八、人体运动中大关节带动小关节的生物力学依据

人体运动过程大关节带动小关节的顺序是人体运动的基本活动规律。根据人体关节和

肌肉的分布特征，一般大关节都配置较大的肌肉，而小关节配置的肌肉一般都比较小。肌肉

的力量也是大肌肉力量大，小肌肉力量较小。人体从某种状态改变成另外一种状态，都需要

较大的启动力，小关节肌肉力量较小，不能实现快速启动的作用，往往需要大关节肌肉首先

发力启动。而肌肉的活动都是伴随关节运动的，大肌肉的首先用力就必需是大关节先动，小

肌肉只有在大肌肉将人体的活动启动以后才能有效地用力.所以在人体运动中一般都是大关

节带动小关节。

九、人体运动的基本动作分析

人体基本的体育动作可分为：推、拉、鞭打、缓冲、蹬伸、扭转、相向运动和摆动动作。

（-）推

推的动作在体育动作中是比较常见的，是属于上肢的整体动作。推的动作是在肩带、

肩、肘、腕以及指关节共同参与配合完成的。如：举重、推铅球、俯卧撑、篮球双手胸前传

球、双杠的倒立推起、跳马的推马动作等都是体育动作中常见的上肢推的动作。推的动作目

的是：举起（推起）一定的重物，或举起（推起）本人最大的重量；或把运动器械推出定

的远度。

动作类型：推的动作可分为把器械推离人体和把人体推离支点两种情况。

动作形式：推的动作，上肢是由屈曲状态变为伸展状态的伸展性动作。它是山肩胛骨

上转（或外展），肩屈，肘伸和屈腕等关节活动完成的。

关节活动的特征：表现为大关节带动小关节的活动形式。在推的动作中，虽然大小关

节的肌肉同时用力，但总表现出大关节首先产生和结束运动，然后是较小关节产生活动，最

小的关节最后产生和结束活动。这种活动形式可使动作产生更大的力量，或获得更大的运动

速度。

大关节带动小关节的活动顺序是自然形成。它与人体肌肉力量分布特点有关。研究表

明，人体各关节的肌肉力量的强弱分布，与它距躯干位置的远近有关。离躯干近的关节的肌

群大，因而力量也大；离躯干远的关节的肌群较小，因而力量较小。

在推的整体活动时，肩带及肩关节首先产生活动（如考虑躯干的话，则躯干首先产生

活动），紧接着是肘关节产生活动，最后是腕关节、指关节活动，来共同完成推的动作。

配有大肌群的关节，在活动时它所产生的力量较大（肌肉生理横断面大），因此它能首

先克服阻力而产生活动。所以在整体活动时，虽然配置大小肌群的关节同时用力，但其结果

表现为配置有大肌群的所谓大关节首先活动，而较小肌群的关节由于其力量较小，只能当阻

力减小到它能产生活动时，肌肉才能由等长收缩（或退让收缩）变为克制性收缩，使关节产

生活动。小关节的活动虽然“迟缓”但其作用是非常重要的。当大关节产生活动后，由于运

动的惯性，此时关节伸展所遇的阻力减小，使小关节的肌力超过阻力，因而能使动作产生加

速度，促进动作的完成。各种技术动作的“最后用力”都是小关节的活动最后完成的。小关

节的肌力强弱，直接影响到动作的力量和出手速度。

。拉

拉的动作属于上肢的整体动作，是由上肢的伸直状态变成屈曲状态的过程。拉的动作

是上肢克服阻力，将物体拉近人体或人体拉近握点的动作形式。如：引体向上、爬绳、划船、

游泳划臂等动作。

动作类型：拉的动作可分为把器械拉近人体和把人体拉近支点两种情况。

动作形式：拉的动作的开始姿势一般都是上肢处于伸直、上举及肩胛骨上回旋状态，

然后变为上臂后伸的屈肘状态。拉的动作开始时，肩带肌群先发力使上臂在肩关节处稍后伸，

内收、拉躯干靠近上臂，肩胛骨进行下回旋运动，肘关节屈曲使上臂在肘关节处靠近前臂，

变直臂为曲臂，使人体靠近握点（或将物体拉近人体）。

关节活动的特征：在克服大的阻力时，通常运用大关节带动小关节活动的规律；而阻

力较小时，按技术需要往往是小关节先产生活动而完成一定的动作的。关节活动顺序及环节

的路线比较复杂。如游泳划臂动作，并不是首先以肩关节肌群先发力，而是肘关节首先工作,

做上臂内旋及屈肘活动，然后才是主要由肩带及肩关节的肌肉用力完成划水动作。

在体育运动中有一些推、拉相结合在一起的动作。如撑杆跳高中有悬垂转为倒立支撑

推杆的连续动作。举重的挺举动作，也是上肢先做拉（直臂拉），而后再做推的动作

（三）鞭打

鞭打动作在上肢和下肢动作中都有的动作。上肢鞭打动作是手部游离（或持物），上肢

做类似鞭子急速抽打的摆臂动作。如排球扣球、掷标枪、乒乓球、羽毛球的扣杀等动作。同

样的鞭打动作形式在下肢运动中也存在。如足球中的大力踢球、游泳打水、体操中两腿鞭打

动作等，其原理与上肢的相同。

动作类型：鞭打动作可分为投掷性的鞭打动作和打击性鞭打动作。

动作形式：鞭打动作产生于上肢或下肢的链状运动链，一般由其质量大的一端先做加

速运动，然后突然制动，在制动过程中期动量向游离端传递。由于游离端的质量小于质量大

的一端，游离端便产生极大的运动速度。

关节活动的特征：鞭打动作的理论基础和依据是动量的传递。完成鞭打动作首先使身

体的躯干部位产生加速度，并获得一定的动量，然后通过挥臂或摆腿动作使躯干制动，将躯

干的动量传给手或足。人体鞭打动作中动量的传递是通过相邻环节的相互作用来实现的。鞭

打动作中身体各部分的鞭打是有顺序的。表现出以大关节带动小关节的活动规律。在鞭打之

前鞭打环节的游离端向鞭打方向反向移动，使做鞭打动作的肌群处于被拉长状态（做出背弓

及超越器械动作）。做鞭打时首先是肩或骸关节及躯干做屈曲，使肩关节或酸关节在鞭打方

向上产生加速度。紧接着是肩带及肩关节或髅关节产生运动，使肘关节或膝关节产生位移，

将上臂或大腿急速地向鞭打方向运动。在此基础上伸肘或伸膝肌急剧收缩，使前臂或小腿挥

动，最后是腕关节或膝关节的活动，把物体掷出或打击物体。同时我们可以看到，当远端环

节做加速运动时，近端环节同时制动，从而实现动量的传递。鞭打动作的关节活动特点是：

以大关节带动小关节，大小关节依次进行活动。每一个环节最大活动速度都是在前一个环节

达到最大速度之后获得的。因此，鞭打环节的游离端的运动是一个合速度，它由近端环节动

量的依次传递和速度的叠加而成。所以鞭打动作的特点是末端环节的快速有力。

（四）缓冲

缓冲是常见的下肢动作。当人体通过下肢与地面相互作用时，由于身体体重与惯性力

的作用，伸展下肢各关节的肌肉，被迫拉长做退让工作。将下肢各关节“压缩”呈屈曲状

态称为下肢的缓冲。

动作类型：缓冲动作按其作用可以分为被动缓冲（一般为落地动作）和主动缓冲（为

蹬伸做准备）。

缓冲动作的作用：

1.减小力的作用。人体从高处落下，为了减小支撑面的反作用力对人体的损伤，在落

地时，下肢各关节产生一定程度的弹性屈曲进行缓冲，从而使作用于人体的外力减小。缓冲

的原理是动量定理。即Ft=mvt-mv（）

从动量定理可知，缓冲的目的就是为了延长力的作用时间，以减小支撑面对人的反作

用力。

2.为蹬伸动作做准备。主动的缓冲动作可以使下肢有关关节处于适宜的发力角度。同时

使蹬伸的肌肉处于一个较为有利的最佳初长度。

3.提高肌肉的弹性形变势能及张力。在缓冲时，由于人体重力、惯性力与地面反作用力

的相互作用，支撑腿受到压缩载荷，使完成支撑腿缓冲动作的肌肉受到拉张，提高了肌肉在

作退让工作时的弹性形变势能及张力，因而提高了它们在作蹬伸动作前及蹬伸动作时的克制

性收缩力。

动作形式：缓冲动作为了逐步减小支撑面对人体的反作用力，由接触点开始各环节关

节由下向上依次逐渐屈曲，使由于人体的重力、惯性力产生的反作用力，通过关节的屈曲使

力的方向随关节的屈曲逐渐发生改变，并通过延长力的作用时间，将力逐步分散到关节处。

达到将力分散和减小的目的。

关节活动的特征：缓冲时关节的活动，是以力传递顺序来实现的。一般是由末端向上,

即踝关节，然后是膝关节、散关节等。这些关节的活动都是被动的退让性的屈曲。缓冲阶段

的肌肉活动形式是离心收缩、等长收缩。

（五）蹬伸

下肢各环节积极伸展，给支撑面施以力量蹬离支撑面的动作过程称为蹬伸动作。如短

跑过程的蹬伸用力和跳高、跳远的蹬伸用力。

动作类型：蹬伸动作按蹬伸的目的可分为获得水平速度的蹬伸和为获得垂直速度的蹬

伸。

动作形式：蹬伸动作因动作类型不同，技术要求也不同。因此蹬伸时各关节活动的顺

序和配合蹬动作过程是有所区别的。

关节活动的特征：虽然不同类型的蹬伸动作，关节活动的顺序和配合不同，但蹬伸动

作依然表现出大关节带动小关节活动的规律。不同类型蹬伸动作关节活动的特征不同，主要

是由于蹬伸前得缓冲动作造成身体姿势不同，参与的环节有所区别。如以获得水平速度为主

的短跑，在缓冲的开始阶段髓关节就开始伸展，参与缓冲的主要是膝关节和踝关节，这种活

动方式对减少着地时水平速度的损失及增大跑速有利。跳远、跳高的蹬伸过程，微关节伸展

幅度较小，主要靠膝关节和踝关节完成蹬伸动作，而且骸关节开始伸展的时相比膝关节早。

踝关节是蹬伸动作的薄弱环节，提高踝关节的肌肉力量，可以使酸关节和膝关节的伸

展得到更加稳固的支撑，并能使踝关节在下肢的蹬伸动作过程中更早地参加工作。这样可以

增大蹬地力量和提高蹬地速度，从而使蹬仲动作的效果更好。

（六）扭转

体育运动中的扭转动作常见于躯干的扭转。人体在完成走、跑、跳跃及投掷最后用力

动作时，躯干进行适度的扭转，有利于上述动作的完成。躯干的扭转，即肩横轴与靓横轴绕

身体纵轴反向转动。相向转动是人体运动的,个特征，实质上是一种对称的补偿性运动，是

上、下肢的平衡运动。

动作类型：走、跑、跳中的扭转和投掷中的扭转。

动作形式：在跑、跳动作中，嵌横轴向蹬地方向转动，同时伴随着摆动腿送髅前摆动

作，骨盆转动的方向与摆动方向一致，躯干的扭转带动毓横轴向蹬地腿一侧转动。摆动和转

动方向的一致性，带动和促进了摆动腿的摆动动作，增大了摆动腿摆动的幅度和速度。在躯

干扭转的同时，肩横轴带动两臂进行摆动，也增大了臂的摆动幅度和速度。肩横轴和魏横轴

向相反方向转动的合效应使身体保持平衡。

关节活动的特征：腰部的骨连接只有腰椎一种连接。这种连接方式，使人体在腰部将

人体分为上、下两个相对独立的运动单元，也为身体的平衡提供了条件。酸横轴向蹬地腿一

侧转动，只有蹬地腿•侧貌关节的旋内肌群（臀中、小肌、阔筋膜张肌收缩，当足支撑地面

时，使骨盆产生绕纵轴向支撑腿一侧转动），及腹内斜肌（蹬地腿一侧）、腹外斜肌（摆动腿

一侧）和背部肌肉协同收缩完成的。腹内斜肌起于胸廓上，其对侧的腹外斜肌起于骸骨上。

当它们收缩时，使脊柱纵轴产生扭转，即肩、毓横轴做相向的转动，使驱干产生扭转。骨盆

和肩带是摆动腿及两臂的支点，躯干的扭转方向与它们的摆动方向是一致的。由此可见，对

于扭转动作应该说首先起于骨盆的转动，由此引起脊柱的纵向扭转，然后带动肩横轴的向相

转动。

走、跑、跳中能干扭转如果说是补偿性的运动，那么投掷中的躯干扭转就是一种主动

扭转的运动形式。投掷动作的中的躯干扭转。脊柱的扭转的最早开始的，通过躯干的扭转，

增大馥横轴和肩横轴的反向运动幅度。为后面的另一个反向运动储存能量、延长运动路线、

增大运动的幅度和速度。在最后用力的开始阶段，微横轴在前，肩横轴在后，随着蹬伸腿的

积极蹬转，骸横轴绕身体转动，其运动速度超越了肩横轴的运动速度，使身体处于扭转状态，

此时躯干部位投掷肌群处于被拉长储力阶段，随后肩横轴运动速度加快，形成肩、髅横轴再

一次交叉，将下肢、躯干产生的力通过投掷臂最终传递到器械。躯干的扭转为拉长肌肉和增

加最后用力的距离创造了条件。

（七）相向运动

相向运动是人体在腾空状态下身体某部分的转动能够引起身体另一部分向相反方向转

动。相向运动在体育运动中是非常多见的一种运动形式。它是人体为维持平衡而进行的补偿

运动，是人体对称运动的自然属性。我们可以这样理解，人体在腾空状态下，要改变运动状

态，必须有一个支点，人体就是通过相向运动在身体内的某一环节处建立一个固定的支点。

通过借助这个支点来完成运动形式的改变。相向运动的例子很多，如躯干的扭转、挺身式跳

远空中动作过程、排球空中大力扣（发）球等。

动作类型：向相运动可分为无意识相向运动和有意识相向运动。无意识相向运动是人

体补偿运动的基本要求；有意识相向运动是为了增强运动的效果，人体有意识的处于相向运

动的状态，从而通过这一身体姿势提高运动的效益，获得理想的运动结果。

动作形式：相向运动的动作过程比较复杂，不同的运动形式，参与的环节不同、配置

不同，动作过程也千差万别。

相向运动的生物力学原理：相向运动的产生可由人体解剖学特征及动量守恒原理加以

说明。

人体骨骼肌是跨过关节，起止于其相邻的两块（或两块以上）骨，或起止于人体相邻

的两部分。当肌肉收缩时必然以大小相同，方向相反的肌力牵引起止点上的骨骼，引起两骨

（或两部分）同时产生加速运动。由于力的方向相反，所以由同一块肌肉相连的两部分就会

向相反的方向运动，山此产生相向运动。

人体腾空时，人体各部分的运动只是人体内力引起的。其动量矩保持不变，即人体某

一环节转动时所产生动量矩，就需要另一环节产生相等的反向动量矩与之平衡，以此实现动

量矩的守恒。这个平衡的动量矩不仅要大小相等，而且必须方向相反。由这种反向相等的动

量矩产生的人体运动也必须是相向的。

（八）摆动

摆动动作是指人体肢体为增加全身活动的协调性及增加动作效果而围绕某一轴进行•

定幅度的摆动。摆动动作是多环节协调的全身整体动作。

动作类型：增加全身协调性的摆动动作和蹬地时的摆动动作。

摆动动作的意义：在摆动动作中，某个动作主要是由身体的某个部分完成的，但身体

的其余部分的协调配合作用也是非常重要的。摆动的主要目的：一是增加全身协调性，保持

人体平衡；二是增加动作效果。概况起来摆动的意义主要表现在以下几个方面。（1）协调人

体动作，维持身体平衡。（2）摆动可以反向增加支撑点的支撑反作用力，使人体运动获得更

大的运动动力。（3）在跳跃动作中，摆动能提高起跳瞬间人体的重心高度。（4）跳跃动作中，

摆动动作的突停，能促进摆动肢体的动量矩向全身的转移，增加躯干和起跳腿向上的速度。

动作形式：摆动动作是在人体大脑皮层支配空中下，由人体各种器官系统的协调活动

实现的。各部分所承担的任务及作用是不同的，有主有次，即：主要部分和配合部分。以增

加全身协调性的摆动，摆动的形式主要是人体对称运动（或补偿运动）。如走、跑时，上肢

对于下肢总是做交叉摆动动作的。当主体环节左腿向前迈出时，协调部分同侧臂（左臂）向

后摆动，对侧臂（右臂）同时也相应的向前摆动。在蹬地时的摆动动作中，蹬地腿（起跳腿）

是完成起跳动作的主体环节，在蹬地时，身体其余环节（如两臂及摆动腿，甚至躯干）做蹬

离地点方向的快速摆动动作，相应环节的重心和人体的总重心在摆动方向上产生位移和加速

度，同时反向的摆动增加了地面的反作用力。以此增加起跳的效果。

关节活动的特征：摆动动作摆动的环节运动，依然是大关节带动小关节的关节活动特

征。这也是我们在跑步的技术要求中，强调摆动腿大腿积极前上摆的原因。

十、从生物力学角度比较背越式跳高和俯卧式跳高的技术差异

背越式跳高和俯卧式跳高是跳高项目中两种过程技术,我们都知道在现代田径运动竞赛

中，跳高运动员基本都采用背越式跳高技术。这说明该技术的运动效果要好于俯卧式，那么

究竟其优点在什么环节，我们运用运动生物力学知识进行分析。

1.从动作过程看：背越式跳高是人体纵向依次过杆，过杆时身体的横断面小。俯卧式

跳高人体过杆时是纵向依次过杆，过杆时横断面较大。

2.从动作形态看：背越式过杆动作，人体的姿势是弯曲的，这样可以使身体重心处于

身体以外。而俯卧式身体是平直的，身体重心始终在身体内。

3.从动作效果看：人体无论是直线或弧线助跑理论上身体重心腾空的高度差异不是很大。

这样的结果就显现出，背越式跳高身体重心可以从横杆下方越过，而俯卧式跳高身体重心必

须从横杆上方越过。这在理论上讲，背越式跳高的高度可以超越重心的腾空高度，而俯卧式

跳高动作其高度要低于重心腾空的高度。

十一、从生物力学角度分析跨栏坐栏的原因

坐栏是跨栏运动中常见的错误，坐栏是动作形式的一种表象，要从根本纠正解决坐栏的

错误，首先必须对坐栏的根本原因进行分析。

1.跨栏坐栏主要是起跨时起跨的方向错误（向上）的原因所致。起跨时若起跨方向向

上，表明人体在过栏过程中身体重心是向上运动的。

2.坐栏动作外形的形成是在过栏过程中由于强调或注重前扑或下压动作,上体有意识的

做下压动作，虽然实现了上体的前扑或下压，但从根本上不能改变重心运行的轨迹。

3.由于上体的下压或前扑，是人体产生补偿运动，而出现坐栏。

在学习运动技术中，出现错误动作是难免的，关键是在改进和纠正错误动作时应怎么做。

对于任何一种运动技术来讲，不管是任何一个环节出现错误，实际上我们经常看到的错误动

作的表象，究其根源，多数错误动作的起因是在前一个环节上，而不是所看到的环节。因此,

在学习和训练中，出现错误环节时，都应准确分析错误产生的根本原因，这样有利于我们抓

住错误的本质环节和造成错误的力学根源，才能尽快纠正错误动作。

十二、运动器系

人体运动器系是由骨、关节和肌肉组成的，其主要功能是使人体运动。

十三、骨的生物力学特性

骨的生物力学特性与其形态、结构和功能是密切相关的。从生物力学观点来看，骨的机

能主要表现为传递力和抵抗重力。从生理学观点来看，骨具有支撑和保护的功能。

十四、骨组织的力学特性

1.各向异性

由于骨的结构为中间多孔介质的夹层结构材料•，内部分布的不均匀性和物质排列的方向

性，因此这种材料是各向异性体（不同方向的力学性质不同。）

2.弹性和坚固性

骨组织中大约25%—30%是水，其余70%—75%是无机物和有机物。骨的有机成分组成网

状结构，使骨具有弹性。骨的无机成分填充在有机物的网状结构中，形成填充支撑，使骨具

有坚固性，能承受各种形式的应力。

3.骨是人体理想的结构材料

骨在人体中起着承重和杠杆作用。结构的特殊性使骨强度大重量又轻。骨对纵向压缩的

抵抗最强，说明在压力情况下不易损坏；在张力情况下易损坏。骨的纵向切变比横向切变小。

4.耐冲击力和持续能力差

不同载荷作用时，若在骨中所起的张力分布一样，但效果不一样，两者相等时，冲击力

在骨中引起的变化较大，也就是说，骨对冲击力的抵抗较小。另一方面，骨的耐持续性能比

较差，同其它材料相比，抗疲劳性能亦差。

5.机械力对骨结构的影响

在骨承受载荷的限度内，成人骨对机械力的反应是应力的值所决定的。骨对生理应力刺

激的反应往往处于平衡状态，应力越大，骨的增生和密度增厚越大。美国学者拉希（Rasch）

研究认为，恒定的压力会引起骨萎缩，而间歇性的压力则促进骨的生长。

6.应力强度的方向性

骨结构中，骨密质和骨松质中的密度不同，它们承受的力量也就不同。根据分析，骨密

质的多孔性程度占5%—30%,而骨松质却占30%—90%,因而表现出两者的刚度有较大的差异，

骨密质的刚性比骨松质大，骨密质的变形（约2%）比骨松质的变形（约7%）来得小，所以

各向异性，且对力的反应在不同方向时各不相同。

十五、骨结构的生物力学特征

骨的结构被广泛认为通过进化过程形成了最优化的结构。即在特定的载荷环境下得到重

量最轻的结构。

1.各向异性

由骨的内部解剖结构可见，骨是一种复合材料结构。复合材料结构的典型特点就是各向

异性，即其力学性能具有较强的对成分和结构的依赖性。复合材料的力学特性包括：杨氏模

量、剪切模量、粘弹性、极限应力应变等，不仅与其物质成分有关，而且与其结构有关。这

个结构关系包括各成分的几何形状、纤维与基质之间的结合、纤维接触点的结合等。

骨的各向异性不仅表现在同一块骨，骨的不同部分的力学性能是有差别的；即使骨的某

一点上，各个方向的力学性能也不相同。如长骨主要受的是轴向的压力，因此沿轴向具有较

高的强度和弹性模量。从显微组织分析来看，针状的无机盐晶体和骨胶原纤维主要沿纵向排

列。其中较少的嘟分沿周向排列，其主要作用是联系和约束纵向纤维，使纵向纤维在压缩

和弯曲载荷的作用下不会失稳。

2.壳形（管形）结构

骨以其合理的截面和外形成为个优良的承力结构。骨是圆形的中空结构，骨的截面是

典型的“工”字型，这使骨能承受来自任何一个方向的力的作用。管状骨承受压缩载荷时，

是通过两端传递压强的。长骨的两端粗大，即承受力的面积大，使承受的压强变小。骨干部

分较细，适于运动，但承受压强变大.当骨受到偏心负荷时.，骨体的一侧受到压缩力，另

侧受到拉伸力。在骨干中部是中性层，儿乎没有力的作用。长骨的中空结构，既不影响承载

载荷的能力，又节省了材料，减轻骨的重量，使骨具有最优化的结构特点。

3.均匀强度分布

骨具有强度大，质量轻的特点。如果引入比强度（极限强度除以密度）和比刚度（弹性模量

除以密度）的概念，骨的比强度接近于工程上的低碳钢，而骨的比密度也可达到低碳钢的

1/3。虽然骨的外形很不规则，内部材料分布又很不均匀，但却是一个理想的等强度最优结

构。骨小梁在长骨的两端分布比较密集，其优点有二：一是当长骨承受压力时，骨小梁可以

在提供足够强度的条件下使用比骨密质较少的材料二是由于骨小梁相对柔软，当牵涉大作

用力时，骨小梁能吸收较多的能量。因此骨结构是强度均匀分布的优质结构。

十六、不同骨的力学特性

骨的力学特性与骨的形态、结构、功能是相适应的。

1.长骨

形态：一般位于四肢，大部分呈长管状，两端膨大。

骨的结构：外部是较厚的骨密质，骨松质主要分布于骨内部两端，中间为空腔，内充较

多骨髓。

骨的功能：长骨的甑膨大，增加了与相邻骨的接触面。从而较为稳定地支撑着体重，又

可分散震动力。这类骨还执行着由肌肉收缩引起的杠杆作用，由于它的长度长，引起的运动

幅度也大。

力学特性：山于骨胶原纤维的排列方向基本是纵向排列，所以，表现出来的力学特性是:

纵向切变较大，应变较小，应力较大；横向切变较小，应变较大，应力较小。往往长骨的骨

折都发生在横向上。

2.短骨

形态：形状近似立方体，一般分布于承受压力较大，且需要灵活和运动又较复杂的部位。

如腕、踝部。

骨的结构：外部是较厚的骨密质，骨松质较均匀的分布于骨的内部，骨松质的间隙有少

量骨髓。

骨的功能：主要是支撑和传递力。

力学特性：由于其的内部的骨小梁呈网状排列，所以，表现出来的力学特性是：纵向和

横向切变较小，应变也较小，应力较大。短骨的骨折因外力方向不同而不同。

3.扁骨

形态：呈薄板状，弓形，坚固，面积大。一般分布于中轴和四肢带部。

骨的结构：外部是较厚的骨密质，骨松质主要分布于骨内部两端，中间为空腔，内充较

多骨髓。

骨的功能：若干扁骨围成空腔，主要是对其它器官起保护作用和作肌肉附着面。

力学特性:扁骨的弓形特征使其力学特性表现为：弓背切变较小，应变较大，应力相对

较小。虽然扁骨应力较小，但由于这种板状弓形的特征，使它在负载外力负荷时，能将力分

散到两端，并通过应变延长力的作用时间，从而减小外力的影响。

4.不规则骨

形态：呈不规则形，主要分布于椎体。某些颅骨和上颌骨也属于不规则骨。

骨的结构：不规则骨结构因功能不同而不同。

骨的功能：支撑和保护功能。有的不规则骨如上颌骨骨内部有空气的腔隙，能减轻骨的

重量，对发音起共鸣作用。

力学特性:不规则骨表现出来的力学特性是：一般各向切变较小，应变较小，应力较大。

十七、人体运动中骨载荷的形式及对骨的影响

在体育运动中，人体骨骼受力形式多种多样，这使得骨本身对外力抵抗能力也各不相

同。体育运动中，骨的负载形式可分为：拉伸、压缩、弯曲、剪切、扭转和复合载荷等。

1.拉伸

拉伸载荷常见于身体悬垂或手持重物的姿势中，物体表面向外施加大小相等方向相反

的载荷。对骨而言是骨的两端受到反方向的拉力。在拉伸载荷的作用下，骨会伸长。骨组织

在拉伸载荷下断裂的机理主要是结合线的分离和骨单位的脱离。

拉伸载荷分为静力性负荷和动力性载荷。静力性载荷是当身体处于静止状态时的负荷，

其力的大小不变，这种负荷往往较小。动力性负荷总是出现在运动中，这时产生的惯性力的

数值很大，而且是变力。

静力性负荷下骨的安全强度很大。动力性负荷很容易超过骨的安全强度，所以容易使

骨损伤。

2.压缩

压缩载荷为向内加于身体表面而且大小相等而方向相反的载荷。这个力从骨的两端作

用于骨，一端是人体的重力和外加负荷的力，另一端是支撑反作用力，骨承受压缩载荷的能

力最强。

在人的II常活动中，骨最经常承受的载荷是压缩载荷。压缩载荷能够刺激新生骨的生

长，也能促进骨折的愈合。

3.弯曲

弯曲载荷通常是在骨杠杆作用时出现的。即使物体沿其轴线发生弯曲的载荷。当骨承

受弯曲载荷时，骨同时受到拉伸（弓背外侧）和压缩（弓背内侧）。人体运动中的弯曲载荷

是肌肉力以及支点（关节）的压力的切向力作用于骨上形成的。

骨承受弯曲载荷的能力小于压缩载荷，骨受外力作用而弯曲往往是造成骨伤和骨折的

原因之一，尤其是冲击性弯曲载荷影响更大。

4.剪切

剪切载荷作用时，载荷施加方向与骨表面是平行或垂直的，且在骨内部产生剪切应力

和剪应变。骨受到剪切载荷时，其内部发生角变形。

5.扭转

载荷加于物体上使其沿轴线产生扭曲，形成扭转。骨受到这种载荷时，骨将沿其轴线

产生扭转。

扭转载荷常见于扭转动作中，骨骼承受这种负荷的能力最小，因而过大的扭转负荷，

易造成骨折。

6.复合载荷

在日常生活和体育运动中，骨受载情况往往并非单一的载荷，多数是几种载荷同时作

用于骨，多种载荷同时作用于骨，我们将这些载荷统称为复合载荷。

复合载荷对骨的作用是非常复杂的，也是骨发生损失和骨折的主要原因。如人体能关

节的股骨颈的断裂，往往是压缩、弯曲、剪切三种负荷造成的。

十八、肌肉活动对骨的影响

人体骨大多数情况下的受力，不是外界施加的力直接作用于骨骼上，而是肌肉对骨的拉

扯。骨承载负荷时，附着于骨骼上的肌肉收缩可改变骨的应力分布情况。肌肉收缩产生的压

应力，能部分或全部抵消作用于骨骼上的张应力。

连结各骨的软组织（肌肉、关节囊、韧带）以及软骨在发生变形时，都会减轻动力负荷

的作用。山于肌肉具有弹性，所以在缓和负荷方面起着重要的作用。但当肌肉长时间工作疲

劳后，其缓解能力降低，这会增大骨的承载负荷，这也在体育锻炼活动中，长时间、大负荷

活动是，容易出现骨损伤或骨折的原因。

十九、运动对骨力学性能的影响

人体运动主要是肌肉收缩引起骨产生运动的，从这个意义上讲，骨自人出生后总是要承

载外力的作用。使骨产生运动的外源性机械力可概括为内源性肌肉收缩力和外源性反作用

力。这些力对骨生长发育的调控主要通过调节软骨内生长与骨化、关节软化的发育以及软骨

周缘、骨膜的骨化和软骨内成骨。

从生物力学的角度来看，经常进行运动训练或体育锻炼，相当于营造一个新的骨的受力

环境（条件）。根据骨的功能适应性原理，骨不仅在一些不变的外力环境下能表现出承受负

荷（力）的优越条件，而且在外力条件发生变化时，能通过内部调整，以有利的新的结构形

式来适应新的外部环境。运动对骨的影响，也就是骨对特定环境下力的变化的功能适应性的

表现。

在体育活动中，人体骨骼的受力形式是复杂多变的，这使得骨本身对外力的抵抗能力也

各不相同。客观地看待运动对骨的影响，它主要表现在两个方面：一是适宜的应力对骨的力

学性能的良性影响。二是不适宜的载荷能造成骨损伤和骨折。

1.良性影响

体育锻炼可以促进骨的形态结构发生变化，使骨变得更加粗壮和坚固，抵抗各种载荷的

能力不断提高。研究结果表明，机械力学信号可以转换成促进成骨的生化信号。体育运动对

未成年骨骼的影响主要表现为促进峰值骨量的增加;对成年骨骼的影响表现为一定程度的骨

量增加或保持骨量；对老年人骨骼的影响主要表现为能减少骨量的丢失速度。

长期坚持体育锻炼，对骨形态结构的影响主要表现为，可以使骨密质部分增厚，骨变粗,

骨肌肉附着处突起明显，骨小梁的排列根据拉（张）应力和压应力的方向排列更加整齐而有

规律。也就是说体育运动能改变骨的形态结构，骨形态结构的改变，使骨的性能也发生变化,

骨变得更加粗壮和坚固，抗弯曲、抗压缩和抗扭转载荷的能力都有提高。当然，同时体育锻

炼项目不同，对骨的力学性能影响也不同。如果体育锻炼停止后，骨所获得的变化就会慢慢

消失。

2.不良影响

骨骼对体育运动的生物力学适应性本质上是骨骼系统对机械力信号（应力）的应变。适

宜的运动负荷及强度导致的骨应变会诱导骨量和骨的结构改善；相反，应变过大则造成骨组

织损伤和出现疲劳性骨折，应变过小或出现废用则导致骨质流失过快。因此，体育锻炼必须

坚持适宜运动负荷原则，对骨也存在一个最佳的合适应力范围。

二十、骨疲劳和骨折

1.骨疲劳

人在不断运动的过程中，骨会反复受力，当这种反复作用的力超过某一生理限度时，

会使骨组织受到损伤，这种循环载荷下造成的骨损伤称疲劳性损伤。造成骨疲劳性损伤的典

型情况是：作用次数较少，但载荷较高；或载荷相对正常，但作用次数较多。在活体骨受到

重负载荷的作用时，不仅载荷量和重复次数影响疲劳过程，而且频率也影响疲劳过程。活体

骨具有自我修复功能，疲劳性骨折是疲劳过程超过了自我修复过程的结果。

疲劳性骨折常见于持续性紧张的体力活动中，这种剧烈活动引起肌肉疲劳。肌肉疲劳

则收缩能力减低，其结果是肌肉的储能能力下降。因此，肌肉中和或抵消作用于骨上的应力

的能力也减弱，骨的应力分布就相应发生改变，导致对骨的作用力过大，骨结构在反复应力

刺激下导致结构的改变而发生骨折。

骨的疲劳性骨折可以发生在拉伸、压缩、弯曲载荷或复合载荷的情况下，疲劳裂口的

出现可能在拉伸、压缩侧或骨的两侧。

2.骨折

骨折是运动性损伤中常见的损伤之一。如果作用于骨骼上的载荷超过骨所承受的强度

极限，就会引起骨折。引起骨折的载荷有两种形式，一种是机械外力；另一种是肌肉力。机

械外力引起的骨折具有偶然性，其损失的特征比较复杂，损伤的特征和部位与施加的外力有

密切关系，•般损伤处在施力点或附近或骨最薄弱处。肌肉力引起的骨损伤，由于肌肉收缩

的特征，骨的载荷形式不同，骨折的特征也不同。

(1)骨折的断裂形式及载荷方式

拉伸载荷：拉伸载荷引起的骨折常见于跟骨。第五跖骨基底靠近腓骨短骨肌附着处的

骨折以及跟腱靠近附着处的跟骨骨折都是拉力产生的骨折。

压缩载荷：压缩载荷引起的骨折常见于椎体。有时由于肌肉异常强烈的收缩，也可产

生关节内压缩型骨折。

弯曲载荷：弯曲载荷造成的骨折并不多见，常见的是侧力弯曲载荷。弯曲载荷多见于

机械外力引起骨折。如踢足球运动中，铲球时，如果抬脚过高，容易在小腿骨上形成弯曲载

荷。

剪切载荷：剪切载荷引起的骨折常见于跟骨、股骨牌与胫骨平台的剪切破坏，变形后

产生相对的位置变动。

扭转载荷：纯扭转载荷引起的骨折比较少见，它多半是和其它形式的载荷形成组合一

起引起的。

这些单纯载荷引起的骨折在运动过程中都是比较少见的，绝大多数的骨折是由复合载

荷引起的。

(2)骨折的治疗

骨折的治疗就是将骨折移位整复，并促进骨重建的过程，使之愈合恢复原有的强度和

刚度。骨折的治疗过程会产生骨的力学环境的明显变化。从生物力学的观点来看，一个合理

的力学环境将有利于骨折的愈合和重建，有利于生理功能的恢复。

在骨折治疗过程中应遵循的一条生物力学原则是：充分利用生理功能状况的力学状态

去控制骨的重建，而不要干扰或尽量减少骨应承受的力学状态。

二十一、运动对肌肉生物力学性能的影响

人体运动都是在肌肉收缩下产生骨环节运动的形式实现的，并且参与运动的肌肉不是

单一的，而是许多肌肉构成的肌群。评价肌肉力学性能的指标主要有肌肉力量、肌肉功率、

肌力变化梯度和肌力矩等指标。运动可以有效地增强肌肉力量;提高肌肉的功率和机械效率;

改善肌肉的肌力变化梯度。

1.增加肌肉力量。

经常参加体育运动可以有效地增大肌肉的体积。虽然运动不能增加肌纤维的数量，但

可以使肌纤维变粗，肌纤维的增粗，使肌肉横断面增大，肌肉生理横断面决定该肌肉内部纤

维张力的总和，肌肉横断面越大其张力越大。

2.提高肌肉的功率

一方面不同运动项目运动形式和特征不同，因此肌肉配置也不同；另一方面运动形式

和动作目的不同，对肌肉的功率要求不同。运动成绩的高低，主要取决于完成动作时功率的

大小。即不仅要求肌肉收缩的力量大，而且要求收缩的速度快。在肌肉受到最大刺激时，它

的功率取决于其收缩的速度。短跑和跳高运动员的实验材料说明，两组的功率相接近，但其

最大瞬时肌力和速度有差异。短跑运动员肌肉以发挥速度占优势，而跳高运动员则以发挥力

量占优势。

3.改善肌肉的肌力梯度

在许多情况下，在许多运动项目中，运动员往往来不及发挥出最大力，因此运动员用

力的效果很大程度上依赖于力的梯度。影响肌肉拉力的生理学条件，基本上可归结为它的兴

奋与疲劳程度。这两个因素反映提高或降低肌肉拉力的可能性。肌肉兴奋程度高，其拉力相

对较大。经常参加体育运动不仅能增加肌肉的力量，对调节和提高运动神经的灵活性也是非

常重要的。肌肉力的增加和神经对肌肉支配能力与灵活性的提高，可以有效的改善力的时间

梯度和速度梯度。

4.提高肌肉的机械效率

人的机械效率不是常数，以肌肉活动的条件为转移。其大小取决于肌肉活动时的负荷

和收缩速度。在同一个动作过程中，肌肉的活动条件和负荷是相对稳定的，但收缩速度不同，

肌肉的机械效率不同，动作的效果和质量则不同。运动不仅可以增加肌肉的力量，也可以改

善肌肉的收缩速度，从而实现提高机械效率的目的。

二十二、肌肉损伤的机理

肌肉兴奋时，阳离子与阴离子发生转移或恢复原状，会产生内摩擦。由低能磷酸键转

为高能磷酸键，或其它再合成过程也会产生内摩擦。肌肉的内摩擦力的大小还与肌肉的温度

有关。

肌肉损伤除负载超过肌肉的承受能力外，与肌肉活动的灵活性也即肌肉的速度是密切

相关的。肌肉超过承载能力的损伤，与外载负荷的大小和速度有关。负荷是决定肌肉拉力的

基本力学条件。没有负荷作用于肌肉，它不可能表现出拉力。肌肉的拉力与负荷大小和速度

有关，随负荷的增加肌肉拉力随之增大（但不是无限度地增加），负荷不大时，增加负荷的

速度，也能增大肌肉的拉力。另外，肌肉拉力还与肌肉收缩时的初长度、收缩速度有关。在

克制性工作时，随着肌肉收缩速度的增加，肌肉拉力随之下降。在退让性工作时，肌肉被拉

长的速度增加，肌肉的拉力随之增大。在体育运动中常见的损伤，主要不是外载负荷较大，

常见的是外载负荷的强制速度引起的。

肌肉的收缩虽然是主动的，但在体育活动过程中肌肉收缩，特别是退让性工作中，肌

肉被拉长的速度多数情况下是由运动动作的幅度和速度决定的。如果动作幅度和速度超过了

肌肉被拉长的速度，为了适应动作的幅度和速度，就造成被动适应性的以部分（或全部）肌

纤维的断裂来适应动作幅度和速度的要求。另外，肌肉温度较低时，肌肉的内部内摩擦力较

大，肌纤维之间的粘滞阻力也较大，这极大的影响了肌肉收缩或舒展的速度，肌肉的力量和

弹性也受到制约。这更容易造成动作幅度和速度与肌肉收缩速度和力量的不适应性。这也是

体育运动时.，准备活动不充分宜造成肌肉损伤的主要原因.

肌肉收缩时消耗能量，转变为功和热。在等长收缩时，机械功等于零，因而其化学能

全部释放转变成热。在非等长收缩时，能量的一部分消耗于作功上，另一部分转变成热。所

以肌肉作功所消耗的总能量，是作功做消耗的能与产生的热能之和。肌肉长时间工作后，提

供肌肉收缩的能量被大量消耗，会出现肌肉收缩能量供应不充分的现象。这时肌肉出现疲劳,

即肌肉的力量、收缩速度等力学性能下降。肌肉力学性能的下降，必然造成肌肉不能承载原

来正常外载负荷。也即原本正常的动作疲劳的肌肉无法满足动作的力量、幅度、速度的要求。

造成肌肉“超载”现象，而造成对肌肉的损伤。

所以避免运动过程中肌肉的损伤，•是要有充分的准备活动，给肌肉“预热”；二是长

时间运动后，尽量避免完成爆发性动作，即动作要求力量大、幅度大、速度快。三是避免做

超肌肉能力的动作，如果动作是必须的，应加强保护与帮助。

二十三、肌肉训练的生物力学基础与训练原则

1.肌肉训练的生物力学基础

肌肉的训练归结起来就是对肌肉力学性能的改善，肌肉的力学性能主要表现在肌肉的力

量、肌肉的功率和肌力变化梯度及肌力矩等方面。这些力学性能归结起来主要取决于肌肉的

力量与速度。所以肌肉的训练主要是增加肌肉力量提高肌肉收缩的速度。

从力学角度看，负荷是决定肌肉拉力的基本力学条件。没有负荷作用于肌肉，它不可能

表现出拉力。肌肉的拉力与负荷大小和速度有关，随负荷的增加肌肉拉力随之增大（但不是

无限度地增加），负荷不大时，增加负荷的速度，也能增大肌肉的拉力。

从肌肉拉力的解剖学条件讲，肌肉生理横断面决定该肌肉内部纤维张力的总和。肌纤

维的数量虽然不能改变，但可以通过增粗肌纤维来增大肌肉的体积，从而增大肌肉的生理横

断面。

从肌肉拉力的生理学条件讲，基本上可归结为它的兴奋与疲劳程度。肌肉的收缩速度

除与力量有关外，与神经对肌肉的支配作用也是密切相关的。建立良好的神经反射和反射条

件，可以有效地改善肌肉收缩速度。

肌肉力量训练是广泛采用的改变肌肉力学性能的方法。人体内的肌肉是均衡配布的，且

是互相制衡的。力量训练可由增大主动肌力和减小对抗肌力两种途径。训练方式主要是对抗

练习，训练的结果是肌纤维的增粗增大肌肉体积。

2.肌肉力量训练的基本原则

肌肉力量训练的基本原则是超负荷原则。肌肉或肌群超负荷时，对抗最大或接近最大阻

力，能有效地发展肌肉的力量；负荷可使肌肉得到极大刺激，并产生一定生理适应，使肌肉

力量增加。

肌肉力量训练的内容包括，发展速度和爆发力训练、发展肌耐力训练和增大肌肉体积的

训练等内容。肌肉训练的方法不同，对肌肉的生理刺激效应不同。所以不同的训练方法对肌

肉力量的影响也不同。

发展速度和爆发力训练的基本原则：大重量，少次数，快节奏。

发展肌耐力的基本原则：小重量，多次数，快节奏。

增大肌肉体积的基本原则：大重量、低次数、多组数、长位移、慢速度、高密度。

二十四、运动对关节组织结构力学特性的影响

任何事物都需要一分为二来看待，运动对关节组织结构性能的影响，同样有积极的•

面，也有不利的一面。适宜的运动对关节组织结构有良性影响，过当的运动对关节组织结构

有不良影响。

1.适宜的体育锻炼对提高关节负载能力和减小摩擦阻力的影响

(1)系统的体育锻炼可以使骨关节面骨密质增厚，从而能承受更大的负荷，并增强关

节的稳固性。

(2)长期运动可以使关节面软骨增厚。增强环节软骨的缓冲作用。

(3)体育锻炼可增强关节周围肌肉的力量，加上肌腱和韧带的增粗，关节软骨的增厚,

能有效增大关节的稳固性。

(4)系统的柔韧性练习可以增大关节囊周围肌腱、韧带和肌肉的伸展性，从而增加关

节活动幅度，增强关节的灵活性。

(5)大强度的体育活动可以使关节润滑液的量成倍增加，有助于减少关节运动时的摩

擦力。

2.过当运动对关节组织结构性能的影响

(1)突然的复合大载荷，容易造成关节内软骨的损伤。

(2)关节炎可以引起关节软骨和关节液的润滑性质发生变化，增加关节的摩擦力，增

大关节的摩擦系数。

二十五、关节损伤的生物力学依据

关节是人体运动的枢纽骨杠杆活动的支点。关节的基本功能是传递人体运动的力和保

证身体各部分间的灵活运动。关节的主要结构包括关节面及关节软骨、关节囊和关节腔等，

关节的辅助结构包括滑膜囊、关节唇、关节内软骨、韧带、滑膜钺裳等。关节损伤主要表现

为关节结构的损坏和辅助组织的损伤。

关节是骨与骨的连接结构，不适当的负载或超量、超速的外部载荷，尽管符合关节的

运动形式，但因为超量，容易造成关节主要结构的机械性损伤。关节负载必须符合关节的运

动形式，关节运动形式不当，不仅能造成主要结构的功能性损伤，还容易造成辅助结构的损

伤。如关节扭伤就是典型的不符合关节活动形式而造成的。

二十六、关节积水的生物力学机理

关节软骨中液体的流动与外力有关。在恒定的外力作用下，关节软骨变形，关节液和

水分子从软骨的小孔流出，流到关节腔中，增大润滑作用，同时由变形引起的压力梯度是引

起关节液渗出的驱动力，当关节软骨中的压强与关节腔中的压强相等时，关节液停止流动。

当关节受力取消后，关节软骨不再受力，关节腔内压强大于关节软骨内压强，这时关节腔内

的液体有反流到关节软骨中，直到压强平衡，停止流动。关节软骨依靠这种力学反馈机制来

调节关节液的流动。正常的关节软骨的渗透性较小(与海绵相比)。如果关节软骨的力学性

能发生变化,即在病理条件下关节软骨的渗透性会增大，出现大量的关节软骨中的液体渗透,

并存留在关节腔中，而造成关节腔中关节液过多，形成关节积水，并伴有疼痛。

二十七、腰肌劳损与防治的生物力学机制

(-)腰肌劳损

腰肌劳损是指腰部肌肉、筋膜与韧带等软组织的慢性损伤，是腰腿痛中最常见的疾病,

又称为功能性腰痛、慢性下腰劳损等。腰肌劳损是腰背肌纤维、筋膜等软组织，由于急性扭

伤失治或慢性积累性损伤，而引起腰背部疼痛的一种病变。症状有腰背酸痛或胀痛，劳累加

重，休息则轻。若适当活动或经常改变体位也会使症状减轻。腰肌劳损与长期的不良姿势直

接相关，

(-)腰肌劳损的生物力学机制

脊柱对人体的运动和姿态的保持都起着决定性的作用。脊柱系统的构造复杂，其主体

是椎骨、椎骨关节、椎骨间的椎间盘以及前、后纵韧带。所以脊柱可以看作是一个多关节的

联合系统。

1.不同姿势下腰段脊柱的受力特征

腰椎是人体运动过程中，脊柱承受载荷最大的环节之一。但脊柱关节构造特殊，且是

由一个多关节的联合系统，保持脊柱的稳定性，主要靠肌肉的拉扯。正常情况下，腰椎承受

的载荷是人体的重力；人体在大笑时腰椎所受的力超过了身体重力的两倍；同样的外载负荷,

不合理的举重动作，使腰椎的负荷剧增，达到正常情况(合理动作)的两倍以上。这些显然

是肌肉的作用引起的。所以腰肌经常性的或长时间的要承载较大的负荷。

2.脊柱运动节段的力学特性

脊柱的功能单位是运动节段，它包括两个椎体及其间的软组织。椎体是椎骨受力的主

体，主要承担压缩载荷。椎体截面随着上部躯干的重量逐渐增加，由上而下越来越大。

椎间盘为密闭性的“弹簧垫”，由相邻椎体上、下面的软骨终板、纤维环及髓核组成。

椎间盘的承载能力由上向下逐渐递增，脊柱是一个等强度结构。在日常生活中，椎间盘的承

载方式比较复杂，通常是压缩、弯曲和扭转载荷的组合。脊柱的屈、伸和侧屈对椎间盘产生

拉应力和压应力，而扭转产生剪应力。

3.腰椎的受力分析

（1）转动中心的不同位置对结果有显著影响。当以锥孔为转轴时，小关节（椎间关节）

上的载荷要比以椎间几何中心为转轴大65%,比以髓核压力大56%o

（2）肌肉收缩对椎骨和小关节上的受力有很大的影响，肌肉的伸展力增大，使小关节

上的载荷、髓核压力及纤维环应力显著增大。

（3）椎间盘异常（如高度减小）将使小关节载荷及髓核静压力显著上升，但纤维应力

有所下降。

（4）最大应力发生在椎弓根部和椎体周围骨皮质部分。

腰肌劳损或腰痛是一种世界范围的流行病。有足够的证据证明，腰肌劳损与腰椎在日

常生活和工作中的承受的力和运动状态有相当密切的关系。腰肌劳损是腰肌经常性的或长时

间的承载较大的负荷，造成的腰肌疲劳性损伤。

（三）腰肌劳损因注意的事项

1.适当功能锻炼，如腰背肌锻炼，防止肌肉张力失调。

2.防止潮湿，寒冷受凉。不要随意睡在潮湿的地方。根据气候的变化，随时增添衣服,

3.出汗及雨淋之后，要及时更换湿衣或擦干身体。天冷时可用电热毯或睡热炕头。

4.急性腰扭伤应积极治疗，安心休息，防止转成慢性。

5.纠正不良的工作姿势，如弯腰过久，或伏案过低。

6.药物治疗：消炎止痛药及舒筋活血的药。

二十八、人体内力

若将人体看做•个力学系统，则人体内部各部分之间相互作用的力称为人体内力。人

体内力是人体力学系统内各部分之间的相互作用，它能使人身体各部分在约束允许的范围内

改变身体各部分的相互位置。但是如果没有被动外力，不能引起人体整体运动状态的改变。

人体内力包括：肌肉和韧带拉力、组织的被动阻力（组织粘滞力）、内部反作用力（关节约

束力）等。

1.肌肉拉力

在所有影响人体运动的各种力中，肌肉拉力是最主要的力。从生理学观点来看，它是

一切内力中唯一的主动力。没有肌力的参与，人体不可能产生任何运动。即使放松练习中的

消极运动，也是肌肉紧张程度的改变开始的，肌肉以其拉力影响运动。在绝大多数情况下，

这种拉力是通过骨杠杆传递的，它明显地表现为肌肉的转动能力和肌肉的力矩的作用。在某

些情况下，肌肉好像系带，环绕环节，从而加固关节。还有一些情况是肌肉以其侧面压力发

生作用。如在憋气时，腹壁肌和肋间肌的压力。

2.组织的被动阻力

组织的被动阻力主要取决于运动器官的结构，但有时也可能受内脏器官形态特点的影

响。其中最主要的是骨的阻力。骨组成骨骼，是身体的固体支架。骨是杠杆，它将力的作用

由一点传到另一点。由于有坚固的骨骼，我们才可能在一定限度内从力学观点把人体看做是

固定不变的一种固体系统。

肌肉、关节囊、韧带、腱膜、肌间隔等软组织的阻力，在运动中起很大作用，其中肌

肉的阻力占重要的地位。肌肉被拉长时能抑制和阻碍运动，但是不可以把活体肌肉的阻力看

做是纯粹的被动力。在肌肉拉长时，其中所产生的本体感觉冲动能引起肌肉反射性主动紧张,

因而肌肉阻力作为被动力是有条件的。

当人体处于各种不同的姿势时，内脏器官的位移很大。因此，可以设想，内脏器官固

定装置（腹膜及其组织、韧带、肠系膜、大血管等）的阻力都可能是阻碍运动的内力的源泉。

肌肉的粘滞性和各器官间的摩擦力在影响运动的内力中也起着•定的作用。

3.内部反作用力

在摆动动作中产生腿臂被制动的惯性力能引起身体其他部分的运动。这个力叫做“摆动

反作用力”，它是内部反作用力之一。

内部反作用力是身体某部分的惯性力，是由于身体某部分速度发生变化而产生的。由于

人体各部分的运动永远是变速运动，因而人体任何部分在任何运动中都永远存在着内部反作

用力。内部反作用力不但能改变身体相邻部分的运动，而且还可以沿各环节运动链传递到身

体远端部分，影响它的运动。如果运动部分的质量很大而速度也很大，则内部反作用力对于

动作的完成将起着显著的作用。假如质量与加速度都不大，则只能引起较小的反作用力。

质量很大的内脏器官的加速度也可能引起相应的内部反作用力。

二十九、人体外力

若将人体确定为研究对象，则人体就是一个力学系统。那么外界对人体作用的力就成

为人体外力。若将人看成一个整体，引起人体整体由静止（或某一运动状态）状态改变为运

动状态只能是人体外力。人体外力的特点是在人体同外界其他物体的相互作用下产生的。应

该说引起人体运动状态改变的直接原因是其他物体对人体的作用力（外力）。肌肉张力对人

体力学系统来说只能是内力，如果人体失去其他物体对人体的作用，人既不能走也不能跑，

即不能改变人体整体在空间的位置。但如果人体缺乏肌张力主动的对外界环节的相互作用，

那么人体自体位移也难以实现。内力和外力是相对的，人体本身的内力对于身体的某一环节

来说，亦可成为外力。人体各环节的运动，只能是环节以外的力对环节作用的结果。人体外

力包括：身体本身的重力、惯性力、支撑反作用力、摩擦力、弹性力、流体的浮力和阻力，

外部负荷和物体的阻力等。

1.重力

人体重力即地球对人体的引力，是一种非接触力，是人体各部分所受地球引力的矢量

合成。人体重力的作用点为人体重心，其方向向下，指向地心。同样道理，如果把人体各环

节看成独立体，那么各环节同样也有重力，把重力的作用点称为环节重心。人体重力是地球

引力作用于人体的每一个质点上，分布于人体的整个体积中，所以又称为“彻体力”。

重量和质量是两个完全不同的物理概念。它们的区别是：质量是物体所含物质的多少，

是物体本身的属性，是物体惯性大小的量度，是一个标量，质量的大小不随物体所处位置的

变化而变化。重量在性质上首先是一种力，是物体产生加速度的原因，其大小随物体所处位

置的变化而变化。同一物体不论在什么地方质量是不变的（相同），但它的重量即使在地球

上，也是随位置的变化而变化（如不同地点、纬度、海拔），即离地心越远其值越小。

人体每时每刻都受重力的作用，在体育运动中，由于人体运动的形式不同，重力对人

体所起的作用也不同。因此，研究重力对人体运动的力学作用时，要具体分析。一般而言，

当人体运动方向与重力同方向时，重力起动力作用；而当人体运动方向与重力方向相反时，

重力起阻力作用。

2.惯性力和离心惯性力

3.弹力

物体受力后会发生变形。如果把作用力撤除后，物体能完全恢复到原来的形状。把物

体的形变叫做弹性形变；物体的这种性质叫做弹性；发生弹性形变的物体对使它形变的其他

物体产生力的作用，这种力叫弹性力。弹力产生在直接接触的物体之间，以物体间的相互接

触使物体发生变形为先决条件。

物体发生弹性形变是有条件的，使物体发生形变的力若超过一定的限度，物体就不能

恢复（或完全恢复）原状。这个限度叫弹性限度。在弹性限度内，弹力F与形变的量x（仲

长量或缩短量）成正比，即

F=kx（5—3）

式中k为弹性系数，它与物体的材料和形状有关。若F的单位为“牛顿”，x的单位为

“米”,则k的单位为“牛顿/米,N/m”。

弹力在体育运动中普遍存在，有不少项目要利用器械的弹力。人体与运动器械的接触

形式、接触时间、接触时机都将对人体运动产生重要影响。

需要注意的是：弹力是接触力，只要物体相互接触，弹力就一定存在，而物体在接触

过程中所发生的形变，有的肉眼观察不到，但物体间相互挤压而产生的弹力依然存在。

弹力同时是一种被动的对抗力，在体育运动训练中，可以利用弹力的动力学机制，成

为对抗肌力的力，从而实现对肌肉力量的训练。如各种拉力器、橡皮带等多在肌肉力的作用

下产生弹力。以此实现训练肌肉力量的目的。

4.摩擦力

摩擦力在我们的II常生活、生产劳动和体育运动中普遍存在着。相互接触的两个物体

有相对运动或相对运动趋势时，在两个物体的接触面上就会产生阻碍物体间相对运动的力o

这种力叫摩擦力。摩擦力也是•种接触力。

摩擦力产生的条件：

一是两个物体产生接触（有接触面）；

二是有正压力（N）；

三是产生相对运动或运动趋势。

摩擦力的方向永远沿着接触面的切线方向，并且与物体运动的方向相反。摩擦力的大

小与正压力和摩擦系数有关。摩擦力一般用f表示，摩擦系数用”表示。摩擦系数的大小，

取决于两个接触物体的材质、接触面的粗糙程度和相对运动的形式。

摩擦力根据两接触的物体相对运动的形式可分为静摩擦力、滑动摩擦力和滚动摩擦力

三种。

（1）静摩擦力

当相互接触的两个物体有相对滑动的趋势但尚未滑动时，作用在物体上的摩擦力称为

静摩擦力。物体不动的原因是拉力F与静摩擦力f大小相等，方向相反。当拉力逐渐增多时,

静摩擦力也随着增大。拉力增大到一定数值，物体开始在水平方向移动。说明静摩擦力增大

到这•数值后就不再增大。静摩擦力的最大值称为最大静摩擦力（£皿）。因此，静摩擦力的

大小由外力决定，可以随外力的增大而取O—fmax之间的各个值。

最大静摩擦力指物体界于静止与滑动的临近状态时所受的摩擦力，当外力F大于最大

静摩擦力时，物体将发生相对滑动。

(2)滑动摩擦力

物体发生性对滑动时，在接触面上产生的阻碍物体相对滑动的力，称为滑动摩擦力，

方向与物体滑动方向相反，大小为正压力与滑动摩擦系数的乘积，即：

f=N.n(5一5)

静摩擦系数和摩擦系数的大小与两个接触物体的材质、接触面的粗糙程度密切相关，

与接触面积的大小无关。在滑动摩擦中，如果摩擦力、外加的拉力、其他力的合力为零，物

体作匀速运动；如果拉力大于摩擦力和其他力的合，则物体作加速运动，反之则作减速运动。

(3)滚动摩擦力

当物体沿接触面不是滑动而是滚动时，产生的阻碍滚动的力称为滚动摩擦力。产生滚

动摩擦力的原因是滚动的物体在和接触面相互作用时总有一些变形。

滚动摩擦力产