运动力学基础.ppt

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1、第二章 运动力学基础,掌握运动中的力合力矩及其表现形式，掌握影响人体平衡与稳定的因素。熟悉牛顿运动定律的在人体运动中的应用；了解运动中力的合成与分解及其在人体运动中受力分析中的应用。,学习目标,第一节 运动中的力与力矩,力是一个物体对另一个物体的作用，是使物体产生形变或线运动状态改变的原因。力矩则是力和力臂的乘积，是使物体转动状态改变的原因。,一、运动中的力,若将人体整体看做一个力学系统，则人体内部各部分的相互作用，称为内力。外界作用于人体的力称为外力。,（一）内力与外力的概念,外力：重力、支撑反作用力等。,内力：骨骼肌张力、关节约束力、韧带张力等，其中骨骼肌的张力是人体内力中的主动力。,运动

2、中的内力和外力的关系,2、内力可以改变外力的大小 3、外力可用来增强内力,1、内力与外力是相对的,要获得较大的反作用力作为人体运动的动力，必须加大人的蹬地力，这又取决于人体肌肉活动引起的对地面作用力的大小。肌肉活动是主动的，为了提高人体运动效果，最重要的是提高肌肉收缩的力量（内力），以加大蹬地力从而得到一个大的反作用力（外力），使人体运动状态发生变化。另外，实践中采取一些措施，利用外部条件在一定程度上也可提高地面对人体的作用力，例如，在跑些、跳鞋上安上钉子，起跑时用起跑器等。,跳高起跳过程中的外力作用,起跑过程中的外力作用,力量训练过程中人体肌肉收缩抵抗负荷的内外力作用,（二）外力,器械的其他

3、阻力 肢体推动运动器械进行训练时，除要克服器械重力外，还需要克服器械的惯性力、摩擦力或弹力所产生的阻力，其大小与肢体的推力大小相等，方向相反。,意 义：,各种外力经常被用来作为康复训练/治疗的负荷，选择的负荷要求与肢体运动的方向和力量相适应，这是增强肌力训练的方法学基础。,人体运动中所受到的外力 a.重力 大小与方向：，方向：指向地球心。g=9.8m/s/s,b.摩擦力概念，和特性。b1.静摩擦力和最大静摩擦力b2.滑动摩擦力,c.弹性力概念：由物体发生形变产生的力。弹性力的胡克定律：,人体运动中所受到的外力在体育运动中的运用。,d、支撑反作用力 人体处于支撑状态时，人体重力作用于支撑面上，支

4、撑面又反作用于人体，这种反作用称为支撑反作用力。如果人体处于静止状态，为静力性支撑反作用力；如果人体局部环节有运动，则支撑反作用力会不断变化，称为动力性支撑反作用力。,e、流体作用力人体在空气和水中运动时，与流体发生接触，并相互作用，流体对人体的作用即为流体作用力。人体在水中受到浮力作用，可以减轻肢体的重力作用，对于肌力不足或关节疼痛的患者，可以借助水的阻力和浮力进行康复训练。,（三）内力,定义：是指人体内部各组织器官间相互作用的力。各种内力总要相互适应，以维持最佳活动，同时也不断和外力相抗衡以适应人体生活的需要。1）肌拉力2）各组织器官间的被动阻力3）各内脏器官的摩擦力4）内脏器官和固定装置

5、间的阻力5）血液淋巴液在管道内流动时产生的流体阻力，在分流时产生的湍流等。,1）肌拉力 这种力通过其在骨骼上的附着点，可以维持人体姿势，引起人体内部各部分、各环节间的相对运动。是人体内力中最重要的主动力。,2）各组织器官间的被动阻力 当一肢体做屈曲或伸展运动时，其相反方向的组织受到牵拉，尤其是拮抗肌的张力，此时必须做相应松弛，以保证运动的完成。,3）各内脏器官的摩擦力 例如胃肠蠕动时候肠袢间的摩擦力（尽管很小），心脏搏动时与肺、纵隔和胸廓间的摩擦力等。4）内脏器官和固定装置间的阻力 如胃肠蠕动与腹膜、肠系膜、大血管间的阻力，食管的蠕动与纵隔间的阻力等。5）血液淋巴液在管道内流动时产生的流体阻力

6、，在分流时产生的湍流等。,1.合力与分力 一个力如果它产生的效果与几个力共同作用的效果相同，则这个力就叫那几个力的合力，而那几个力就叫这个力的分力。2.力的合成 求几个已知力的合力，叫力的合成。3.力的分解 力的分解是力的合成的逆运算。,（四）力的合成与分解,平行四边形法则是力的合成与分解的基础,掌握物体受力的分析方法,确定受力分析对象，取出隔离体确定场力（重力、电磁场力等）确定所有外力：动力，阻力（摩擦力、空气阻力等），接触力等。画受力分析图,a,b,c,d,当骨骼肌在某一平面产生力作用时，可将肌力分解为两个垂直分量：一个沿着骨轴线作用，另一个垂直骨轴线。前者起稳固关节的作用，因而叫稳固分量

7、，后者是使骨产生转动的分量，所以叫转动分量。,1、力的时间累积效应 作用于物体的合外力与其作用时间的乘积（Ft），称为力的冲量。而将运动物体或人体具有的“运动量”，即质量与速度的乘积（m v），称为动量。动量定理：物体动量的增量等于其所受的冲量。,（五）力的时间和空间累积效应,动量定理和动量守恒定律：,1.动量与冲量的概念 动量（矢量性），单位：米.千克/秒（m.kg/s）。冲量（矢量性）单位：牛顿.秒（N.s）,冲量的几何含义：,S=F*t,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。即：,动量定理在运动中的应用,1、在投掷项目中，为了增加器械的出手

8、速度，即增加器械的出手动量，应增加在最后用力阶段对器械的冲量。这要求在发挥最大力量的同时，延长力的作用时间。,2、若要减少对人体的冲力，就得延长力作用的时间，各种落地缓冲动作就是典型的例子。,2、力的空间累积效应 力与力作用方向上移动距离的乘积（FS），称力对物体作了功。力作用方向与其引起的物体运动方向改变一致，力对物体所做的功为正功。物体的运动方向与力的作用方向相反，这时力所做的功为负功。功的国际单位是焦耳（J）。,通常讲骨骼肌做功，是指骨骼肌做的机械功。肌将其贮存的化学能转化为机械能，克服阻力使环节及外界物体产生位移。等长收缩运动中，环节不产生位移，没有做机械功，此时骨骼肌消耗的能量完成了

9、“生理功”。功和能之间是可以相互转换的，能的量值是通过做功来确定的，力对物体做的功等于物体机械能（动能和势能）的增量。,力矩（M）是作用于物体或人体的合力（F）与支点到力作用线距离（d）的乘积，即M=F。一种情况：即大小相等，方向相反，作用线互相平行但不重合的两个力作用在同一物体上，虽然其合力为零，但物体同样会转动，这一对力称为力偶，其产生的转动力矩称为力偶矩。另一种情况：物体在无支撑情况下受到力的作用，这个力若不通过物体的重心，也会引起物体的转动，这个力称为偏心力，由其产生的转动力矩称为偏心矩。力矩、力偶矩和偏心矩是人体或物体转动的条件。,二、运动中的力矩,一、人体的简化,根据人体运动的特征

10、，可将人体运动模型简化为：质点、刚体和多刚体系统等运动模型。,1、质点：具有一定质量，忽略其大小形态的几何点。,研究地球绕太阳运动，地球可以当作质点,研究地球的自转，地球就不能当作质点,第二节 牛顿运动定律及其应用,2、刚体 是由相互间距离始终保持不变的许多质点组成的连续体，它有一定形状、占据空间一定位置，是由实际物体抽象出来的力学简化模型。在运动生物力学中，把人体看作是一个多刚体系统。,人体简化以后的运动形式人体运动的形式多种多样。把人体简化成质点：分为直线运动和曲线运动。把人体简化成刚体：分为平动、转动和复合运动。,牛顿第一定律：任何物体在不受外力作用（或所受合外力为零）时，物体将保持静止

11、或匀速直线运动状态不变。物体的这种性质称为惯性。牛顿第二定律：物体加速度（a）的大小与物体所受合外力（F）的大小成正比，与物体的质量（m）成反比，即F=ma。牛顿第三定律（作用力与反作用力）：两个物体相互作用时，物体甲对物体乙的作用力，F1与F2大小相等、方向相反、沿同一直线，即F1=-F2。,二、牛顿运动定律,运动中很多动作可以借助惯性完成，巧妙地利用惯性，不但省力且减少能量消耗，减少运动性疲劳。因此，人体活动中保持动作的连贯性和动作间的连续性能起到省力的作用。例如，康复治疗中偏瘫患者自主从仰卧位到侧卧位，可以利用健侧肢体的惯性完成体位转换例子。,三、牛顿运动定律在人体运动中的应用,（一）运

12、动中合理利用惯性可以省力,指在人体在克服外界阻力负荷运动时，需要遵循由大肌群首先活动，逐步过渡到中小肌群活动。因为大肌群能产生较大的力或力矩，有利于克服阻力物体的惯性，可以有效预防运动开始时的中小肌群的损伤。例如，搬动较重物体时应用下蹲通过大腿的肌群用力来克服重物的惯性，而不应用弯腰通过腰部肌群的用力克服重物的惯性。由于腰部肌群的力量弱，弯腰搬重物易导致腰部肌的急性损伤。,（二）克服重物惯性需要遵循骨骼肌活动顺序原理,运动中，要使人体运动速度增加或减小，需要外界对人体的作用力增加或减小。根据作用力与反作用力定律，外界物体对人体的作用力增加或减小时，人体对外界的作用力也需要增加或减小。,（三）增

13、加人体对外界的作用力可以增大外界对人体的反作用力,第三节 平衡与稳定,一个物体如果受到几个力的作用，这几个力称为力系。力系平衡的条件因力系的不同而有所差异，力系通常有以下4种情况。1.共点、共线力系 2.平面汇交力系 3.平面平行力系 4.空间一般力系,一、力系平衡条件与人体平衡类型,（一）力系的平衡条件,人体平衡的类型,（二）人体平衡的类型,（二）人体平衡的类型,一级平衡,二级平衡,三级平衡,稳定性是指人体和物体抵抗各种干扰作用保持平衡的能力。1、静态稳定性 人体静止时抵抗各种干扰的能力。2、动态稳定性 人体重心偏移平衡位置后，干扰因素除去时，人体仍能恢复到初始平衡范围。,二、稳定性及其影响

14、因素,（一）稳定性,1.影响人体下支撑稳定性的因素支撑面大小:支撑面大，稳定度大；支撑面小，稳定度小。重心的高低:在支撑面不变的情况下，人体的重心位置低，稳定度大；重心位置高，稳定度小。,（二）影响人体下支撑稳定性的因素与评价指标,（1）定义：整个人体所受重力的合力的作用点，叫人体重心。它位于身体正中面上第三骶椎上缘前方7厘米处，大约在身高的55%56%。,人体重心,（2）人体重心位置正常站立姿势下人体重心位置。,人体重心位置，人体重心位置随人体姿势变化而改变。,人体重心的变化,人体重心可移动出身体之外。,为了训练平衡功能差的患者的平衡能力，开始训练时，可以先练习坐位（重心低支撑面较大）平衡，

15、完成后练习立位平衡时，可先分开双腿以加大支撑面使重心比较低，练习静态和动态平衡，达到一定效果后，再逐渐过渡到并足训练。,应 用,F,h,G,r,2、人体下支撑稳定性的评价指标（1）稳定角：稳定角是指重力作用线和重心至支撑面边缘相应点的连线间的夹角。,重心高度相同，支撑面越大，稳定角越大；支撑面相同，重心越高，稳定角越小。稳定角越大，物体的稳定度越大，,（2）稳定系数：稳定系数是指稳定力矩与倾倒力矩之比值。稳定系数表明物体依靠重力抵抗平衡受破坏的能力，稳定系数大于1时，物体能抵抗外来翻倒力矩，平衡不被破坏；稳定系数小于1时，物体抵抗不住外来的翻倒力矩，平衡将遭到破坏，即物体会翻倒。,F,h,G,

16、r,稳定系数的计算,结论：K1，K1时，物体本身重力产生的恢复力矩足以对抗倾倒，当K1时，物体恢复力矩对抗不了倾倒力矩，物体倾倒，平衡破坏。所以，物体越重，其稳定力矩越大，抗倾倒的能力越强。,人体不能绝对静止：人体的呼吸、循环运动使得人体重心不是定点。另一方面人体肌张力任何时候不能恒定。人体形状可变：由于人体支撑面边缘均为软组织，有效支撑面面积要小于“理论”支撑面的面积。人体自身的姿势自动调节系统：人体有翻倒趋势时，依靠反射性地改变身体姿势，可以保持原有平衡。,三、人体平衡与稳定的特点,人体保持平衡稳定的补偿动作,人体的补偿作用,达瓦孜,人体内力起重要作用：内力可以通过对外界环境（人体或物体）的主动作用，从而影响人体的平衡。心理因素的影响：紧张心理反应对人体平衡稳定性的影响最为明显。感觉系统在保持人体平衡中的作用：视觉、位觉与本体感觉等感觉系统起着重要作用。,1.影响人体平衡的因素有哪些？2.与一般物体相比人体平衡有什么特点？,复 习 思 考 题,