《运动生物力学》课件

运动生物力学运动生物力学是研究人体运动过程中各种力学规律的学科。它探讨运动过程中肌肉、骨骼、关节等力学特性，以及它们与运动效率、损伤预防等方面的关系。课程目标了解基础知识掌握运动生物力学的基本概念，包括力学、运动学和动力学等。应用分析方法学习运用运动生物力学分析方法，评估运动中的力学因素。提升实践能力将理论知识应用于实际运动场景中，提高运动训练和康复的效率。什么是运动生物力学运动生物力学是研究人体运动过程中力学原理的学科，是运动科学的重要分支。它运用力学、生物学和运动学等学科的理论和方法，研究人体运动的力学特征、运动规律和运动控制机制，为运动训练、运动康复、运动装备设计等提供理论依据和技术指导。运动生物力学的研究内容11.运动技术的分析运动技术分析是运动生物力学研究的核心内容，它通过力学原理来解释运动技术的动作过程，并找出影响运动成绩的因素。22.运动训练方法的改进运动生物力学可以帮助科学家和教练员改进运动训练方法，例如，通过分析运动员的运动轨迹，可以设计更加科学有效的训练计划。33.运动器械的设计运动器械的设计也需要考虑运动生物力学原理，例如，设计符合人体力学结构的运动器械，可以提高运动员的训练效率和安全。44.运动损伤的预防和治疗运动生物力学可以帮助人们了解运动损伤的发生机制，并通过科学的方法进行预防和治疗。力学基本概念质量质量是指物体所含物质的多少，是物体惯性大小的量度。用kg表示。重量重量是指物体受地球引力作用时所产生的力，是物体质量与重力加速度的乘积。用N表示。力力是物体之间的相互作用，力可以改变物体的运动状态或使物体发生形变，用N表示。位移位移是指物体从初始位置到最终位置的变化量，是一个矢量，用m表示。力的分类重力地球对物体的吸引力，是所有物体都具有的力。接触力物体之间直接接触产生的力，例如摩擦力、弹力等。非接触力物体之间没有直接接触产生的力，例如磁力、电磁力等。向心力与离心力向心力指向圆心方向的力，维持物体沿着圆周运动。离心力指向圆周运动切线方向的力，表现为物体试图远离圆心。实例分析旋转木马，人受到向心力作用保持圆周运动，并感受到离心力的影响。牛顿三大定律惯性定律物体保持静止状态或匀速直线运动状态的趋势。加速度定律物体的加速度与其所受合外力成正比，与物体的质量成反比。作用力与反作用力定律当一个物体对另一个物体施加力的同时，另一个物体也对它施加大小相等、方向相反的力。功与能的关系功是力对物体做的功，是指力在物体运动方向上的分量乘以物体在该方向上的位移，是能量转移或转换的量度。能量是物体做功的能力，包括动能和势能。动能是物体由于运动而具有的能量，势能是物体由于位置或状态而具有的能量。功能量功是能量的转移或转换，功的大小等于能量变化的大小。功可以使物体获得能量，也可以使物体失去能量。例如，当运动员举起重物时，运动员对重物做了功，使重物获得了势能；当重物落下时，重物对地面做了功，使重物失去了势能。动量和冲量动量冲量物体运动状态的量度物体动量变化的量度动量等于质量乘以速度冲量等于力乘以作用时间动量单位为kg·m/s冲量单位为N·s动量定理1定义动量定理描述了物体动量的变化与它所受的冲量之间的关系。2表达式物体的动量变化等于它所受的冲量的总和。3应用在分析运动物体受到外力作用时的动量变化，以及冲量对物体运动的影响。4例子棒球被击打，足球被踢，汽车发生碰撞等。力矩和平衡力矩力矩是旋转运动的趋势，由力的大小和作用点到旋转中心的距离决定。平衡平衡是指物体保持静止或匀速直线运动的状态。力的合力为零，力矩的合力为零。关节活动度运动范围关节活动度是指关节可活动的最大范围，表示关节在运动过程中所能达到的最大角度。关节类型球窝关节铰链关节滑膜关节测量方法使用量角器或其他工具测量关节运动范围。肌肉收缩的机理肌肉收缩是由神经系统发出信号，激活肌肉纤维中的肌丝蛋白，通过滑行机制实现的。肌丝蛋白包括粗肌丝和细肌丝，粗肌丝主要成分是肌球蛋白，细肌丝主要成分是肌动蛋白。肌肉收缩的能量供给ATP肌肉收缩的直接能量来源是ATP，它是一种高能磷酸键，在肌肉中储存能量。ATP分解为ADP和磷酸盐，释放能量，供肌肉收缩使用。磷酸肌酸肌肉中还有另一种储存能量的物质，称为磷酸肌酸。磷酸肌酸可以快速地将能量转移给ADP，使其重新合成ATP。糖酵解当肌肉中ATP和磷酸肌酸耗竭时，肌肉会通过糖酵解过程分解葡萄糖，生成ATP。有氧呼吸在有氧条件下，肌肉会通过有氧呼吸分解葡萄糖、脂肪酸和蛋白质，生成大量ATP。肌肉收缩的种类等长收缩肌肉收缩时长度不变，产生的张力大于负荷，但肌肉长度没有变化。等张收缩肌肉收缩时长度发生变化，产生的张力保持恒定，肌肉长度发生变化。等速收缩肌肉收缩时速度保持恒定，产生的张力随负荷变化，肌肉长度发生变化。向心收缩肌肉收缩时肌肉长度缩短，克服负荷，使身体部位移动。关节力矩定义关节力矩是指作用于关节的力，使其产生旋转运动的趋势。关节力矩是衡量肌肉力量和关节稳定性的重要指标。影响因素关节力矩受肌肉力量、杠杆臂长度、关节角度等因素影响。肌肉力量越大，杠杆臂越长，关节角度越有利，关节力矩越大。关节力矩的测量1力板法测量地面反作用力2动态运动分析系统采集人体运动数据3肌电图检测肌肉活动4三维运动捕捉系统精确记录运动轨迹关节力矩测量方法多种多样，力板法测量地面反作用力，动态运动分析系统采集人体运动数据，肌电图检测肌肉活动，三维运动捕捉系统精确记录运动轨迹，可以帮助研究人员了解肌肉力量、关节稳定性和运动效率，有助于运动训练和康复治疗。关节力矩在临床中的应用关节运动评估评估关节活动范围，并提供针对性的训练计划。运动损伤诊断分析损伤部位的力矩变化，帮助诊断运动损伤。康复治疗评估患者的关节力矩变化，设计个性化的康复训练方案。手术方案制定通过关节力矩分析，确定手术方案，帮助患者恢复功能。运动成像技术运动成像技术是研究人体运动的重要手段，通过捕捉人体运动过程中的影像数据，可以分析运动轨迹、关节角度、肌肉活动等信息。常见运动成像技术包括高速摄像、三维运动捕捉系统、磁共振成像(MRI)等，它们可以帮助研究人员更深入地了解人体运动规律，为运动训练和康复治疗提供科学依据。肌电图肌电图(EMG)是一种测量肌肉电活动的技术。肌肉收缩时，神经传递信号，肌肉纤维就会产生电信号。EMG能够检测到这些电信号，并将其转换为可视化的波形，帮助分析肌肉的活动状况。EMG可以应用于多种领域，例如诊断肌肉疾病、评估神经损伤、监测运动训练效果等。在运动生物力学研究中，EMG可以帮助研究人员了解肌肉在不同运动中的活动模式和力量输出。步态分析步态分析是运动生物力学中重要的研究方法之一，其利用各种技术手段，如力板、运动捕捉系统等，对人体行走或跑步时的运动参数进行采集和分析。通过步态分析，可以评估人体运动功能，例如步长、步频、步速、关节活动度、肌肉力量等，从而帮助诊断和治疗各种运动障碍，如关节炎、脑卒中、脊髓损伤等。运动生物力学在康复中的应用11.评估与诊断运动生物力学原理可用于评估患者的运动功能和损伤程度，帮助制定个性化的康复方案。22.训练设计根据患者的具体情况，设计合理的康复训练计划，以最大限度地恢复其运动功能。33.技术指导康复治疗师可利用运动生物力学知识，指导患者正确地进行康复训练，避免二次损伤。44.效果评估运动生物力学方法可用于客观地评估康复训练的效果，为治疗方案的调整提供依据。关节置换术后评估运动范围评估手术后关节活动度和力量，帮助制定个性化康复方案。步态分析观察患者步态，分析步频、步长、步幅等参数，评估康复效果。功能性评估评估患者日常生活活动能力，如穿衣、洗漱、行走等，判断康复进度。疼痛评估评估患者术后疼痛程度，并根据情况调整康复方案。运动损伤的预防与治疗运动前的准备充分热身，提高身体温度和肌肉的兴奋性，降低运动损伤的风险。运动中的注意正确掌握运动技术，避免过度训练，保持良好的运动状态，有效预防运动损伤。运动后的恢复进行适当的放松和拉伸，帮助肌肉恢复，