第三四節(jié)人體運動的改變及其課件

1、一、人體運動中的內(nèi)外一、人體運動中的內(nèi)外(niwi)(niwi)力及其關力及其關系系第一頁，共七十八頁。（一）人體力學系統(tǒng)中的內(nèi)力(nil)和外力力的概念 l力（F）是物體間的相互作用。其三要素是力的大小、力的方向、力的作用點；遵循矢量相加法則。l力可以(ky)改變物體的運動狀態(tài)（外效應），即改變物體速度的大小或方向，也可以(ky)改變物體的形狀（內(nèi)效應）。第二頁，共七十八頁。1.人體內(nèi)力(nil)與外力l力學系統(tǒng)：研究人體運動的力學問題時所確定的研究對象。l內(nèi)力：若將人體看作一個力學系統(tǒng)，人體內(nèi)部各部分相互作用的力 。（1）肌張力、組織(zzh)粘滯力等（2）內(nèi)力不能引起整體運動狀態(tài)的改變第

2、三頁，共七十八頁。l外界對人體作用的力稱人體外力(wil)。它可以引起人體由靜止狀態(tài)變?yōu)檫\動狀態(tài)。人體(rnt)外力第四頁，共七十八頁。內(nèi)力與外力的區(qū)別 l由于研究對象的不同，同一個內(nèi)力既可看作內(nèi)力又可看作外力 內(nèi)力與外力的相互關系l內(nèi)力是人體運動的必要條件，但內(nèi)力只有通過外力才能使人體產(chǎn)生(chnshng)整體運動人體(rnt)內(nèi)力與外力的相對性及相互關系第五頁，共七十八頁。2.人體(rnt)受力特點l人體受力按作用面分為集中力和分布力l集中力：作用于人體的一點l分布力：作用于人體的一定面積，人體受力基本(jbn)都是此類（重力、浮力，支撐力）。l分布力合成集中力是為方便研究，如將重力、浮力

3、集中于重心、浮心。第六頁，共七十八頁。l按力的作用線與人體質心的位置關系(gun x)，有可分為正心力和偏心力。l正心力：力的作用線通過質心（重力）。l偏心力：力的作用線不通過質心，在人體占多數(shù)。第七頁，共七十八頁。（二）體育運動常見(chn jin)的人體外力（1）重力l地球對人體的引力，人體各部分所受地球引力的矢量合成。Wmgl質量(zhling)（物質屬性）與重量的關系第八頁，共七十八頁。與重力(zhngl)加速度有關l墨西哥首都墨西哥城，海拔2259米。1.不利項目：長跑、競走(jngzu)、劃船、公路自行車等。2.有利項目：短跑、跳躍等。第九頁，共七十八頁。l美國的吉姆美國的吉姆海因

4、斯在海因斯在100100米決賽中首次突破米決賽中首次突破1010秒大關，秒大關，成績?yōu)槌煽優(yōu)? 9秒秒9595，直到，直到19831983年才被卡爾文年才被卡爾文史密斯以史密斯以9 9秒秒9393刷新。刷新。l200200米決賽，美國的托姆米決賽，美國的托姆史密斯以史密斯以1919秒秒8 8破破2020秒大關，秒大關，成績?yōu)槌煽優(yōu)?919秒秒8383。l400400米，美國選手李米，美國選手李伊萬斯，跑出了伊萬斯，跑出了4343秒秒8686的成績，的成績，創(chuàng)世界紀錄。保持至今。創(chuàng)世界紀錄。保持至今。l跳遠，美國的鮑勃跳遠，美國的鮑勃比蒙，成績比蒙，成績8 8米米9090。由鮑威爾在。由鮑威爾在

5、19911991年的日本東京年的日本東京(dn jn)(dn jn)田徑世錦賽上打破。田徑世錦賽上打破。第十頁，共七十八頁。可在運動(yndng)中合理利用l上坡(shn p)跑l蹲杠鈴l綁沙袋高抬腿第十一頁，共七十八頁。（2）彈力(tnl)l是接觸力，發(fā)生在直接接觸的物體之間。l在恢復形變的過程中施力于人體l若人體平衡，則彈力(tnl)N與重力W等值、共線、反向。 第十二頁，共七十八頁。（3）摩擦力l兩相互接觸的物體作相對運動或有此趨勢時產(chǎn)生的力。l靜摩擦力(jn m c l)l滑動摩擦力l滾動摩擦力第十三頁，共七十八頁。靜摩擦力(jn m c l)l相互接觸的物體有相對滑動趨勢，在接觸面上

6、阻止其相對滑動的力。l兩物體即將滑動時的靜摩擦力稱為(chn wi)最大靜摩擦力。l表達式為Fmax=0N（0為靜摩擦系數(shù)，N為正壓力） 第十四頁，共七十八頁?；瑒幽Σ?hu dn m c)力 l當物體(wt)沿接觸面滑動時，所產(chǎn)生的阻礙滑動的力l公式為f=N。對同一物體來講靜摩擦系數(shù)大于動摩擦系數(shù) l摩擦角：約束全反力與接觸面法線之間的夾角第十五頁，共七十八頁。滾動摩擦(n dn m c)力 l當物體沿接觸面滾動時，所產(chǎn)生的阻礙(z i)滾動的力l產(chǎn)生原因是滾動的物體在和接觸面相互作用時總有一些形變?？朔輭?。 公式為 F=W.K/R(k摩擦系數(shù)，R半徑，W重量(zhngling) 在雪天時

7、輪胎應放氣，增大與地面的摩擦力。 第十六頁，共七十八頁。選擇題l在水平力在水平力F F作用下，重力為作用下，重力為G G的的物體勻速沿墻壁下滑，若物體物體勻速沿墻壁下滑，若物體與墻之間動摩擦因數(shù)與墻之間動摩擦因數(shù)(ynsh)(ynsh)為為，則物體所受的摩擦力的大小為則物體所受的摩擦力的大小為( )( ) A.F B.F+G C.G D.(F2+G2)1/2 第十七頁，共七十八頁。習題(xt)l假設足球運動員試圖胸部停球后直接帶著球跑進對方球門，若球與運動衣之間的摩擦系數(shù)為，求：運動員至少(zhsho)要以多大的加速度跑，球才不會下落；若摩擦系數(shù)0.3，則加速度的值為多大？第十八頁，共七十八頁

8、。l解：設人對球水平方向的支撐(zh chng)反作用力為N，則有：N=ma，又f=N ma 若球不落，則fG，即 mamg,a=g/ 將摩擦系數(shù)0.3代入， 得a= g/9.8/0.3=32.67(m/s2）答：運動員向前跑的加速度至少為32.67 m/s2第十九頁，共七十八頁。討論(toln)l當你騎車加速(ji s)前進的過程中，自行車前后輪所受的摩擦情況你能說清楚嗎？ 第二十頁，共七十八頁。（4）支撐(zh chng)反作用力l人體處于支撐狀態(tài)(zhungti)時，力作用于支點（支撐面）上，支點又反作用于人體，這種反作用力稱支撐反作用力。1、靜力性支撐反作用力 2、動力性支撐反作用力

9、第二十一頁，共七十八頁。靜力性支撐(zh chng)反作用力l重力對支點產(chǎn)生(chnshng)壓力，支點則對人體產(chǎn)生(chnshng)反作用力，它是一種約束反力，稱靜力性支撐反作用力。 第二十二頁，共七十八頁。動力性支撐(zh chng)反作用力 l人體處于支撐狀態(tài)時，局部環(huán)節(jié)作加速運動，給予支點以作用力，則支點給人體一個(y )反作用力，稱動力性支撐反作用力。1.加速垂直離開支點 2.加速垂直朝向支點 3.加速斜向離開支點 第二十三頁，共七十八頁。加速垂直離開(l ki)支點 l站在磅秤上豎直上跳，此時加速度向上，即N-mg=ma Nmg。經(jīng)常出現(xiàn)在人體垂直(chuzh)向上擺臂、蹬離地面時

10、，如跳高時兩臂的向上擺動。 第二十四頁，共七十八頁。加速垂直朝向(cho xin)支點 l站在磅秤(bngchng)上豎直下蹲，加速度向下 mg-N=ma N=mg-mal也就是Nmg,在人體各種動作中較常見。 第二十五頁，共七十八頁。加速(ji s)斜向離開支點 l加速斜向離開支點，支撐反作用力也會增大，并與水平面成一定角度(jiod)。例如：短跑的后蹬階段 第二十六頁，共七十八頁。l人體或器械在流體介質內(nèi)運動，與流體發(fā)生接觸，并相互作用的力。l有時作為阻力，有時是動力。l迎面空氣阻力：F=CSV2 /2 (S為橫截面積，V為流體與人體的相對速度(xin du s d)，C為迎面阻力系數(shù))

11、（5）流體(lit)作用力第二十七頁，共七十八頁。第三四節(jié)人體運動的改變及其第二十八頁，共七十八頁。第三四節(jié)人體運動的改變及其 解：解：郵車郵車(yu ch)(yu ch)空氣阻力空氣阻力 滾動摩擦滾動摩擦(n dn m c)(n dn m c)阻力阻力 故郵車故郵車(yu ch)(yu ch)所需功率所需功率 第二十九頁，共七十八頁。第三四節(jié)人體運動的改變及其（六）向心力和離心力 向心力：作用于進行圓周運動的物體并指向圓心。 公式(gngsh)為F=ma=mV2R ，F(xiàn)=m2R 離心力與向心力是一對相反力，即 F離= F向=m2R。第三十頁，共七十八頁。第三四節(jié)人體運動的改變及其向心力與離心

12、力之間的關系(gun x)為： 具有(jyu)瞬時關系，等大反向。 作用點：向心力作用在圓周運動的人體上，離心力作用在維持物體上。 第三十一頁，共七十八頁。第三四節(jié)人體運動的改變及其討論(toln) 松手后，作圓周運動的鏈球(linqi)飛出是受向心力的結果。第三十二頁，共七十八頁。（二）力矩(l j)l力矩又稱為轉矩。力(F)和力臂(r)的乘積(M)。即：M=Fr。l在平面力系中，把形成逆向(n xin)轉動效果的力矩定義為正，反之為負。第三十三頁，共七十八頁。（三）動量(dngling)l物體平動的量度。在經(jīng)典力學中，動量是物體質量m和速度v的乘積 。K=mVl在國際單位制中，動量的單位是

13、千克(qink)米每秒，符號是kgm /s。動量的單位跟沖量的單位是相同的：1N1kgm/s2，所以1Ns1kgm/s第三十四頁，共七十八頁。l動量對時間的變化率等于所受到的合外力(wil)lF=ma=mdv/dt=dK/dtl動量是矢量，方向與速度方向相同。第三十五頁，共七十八頁。l跳遠時，要跳在沙坑里，以延長(ynchng)作用時間，保證安全 。l接迎面飛來的籃球，手接觸到球以后，兩臂隨球后引至胸前把球接住，以延長籃球與手的接觸時間，減小籃球對手的作用力。第三十六頁，共七十八頁。（五）沖量(chngling)l沖量是表述力對質點作用一段時間的積累效應的物理量，是改變質點機械運動狀態(tài)(zhu

14、ngti)的原因。是過程量。l質點在時間t內(nèi)持續(xù)受到方向不變的力F的作用，則在這段時間里力F的沖量為Ft，記作I=Ft。第三十七頁，共七十八頁。動量定理(dn lin dn l)l描述物體機械運動(jxiyndng)狀態(tài)變化規(guī)律的基本定理之一l物體在運動過程中，在某段時間內(nèi)動量的改變K等于所受合外力在這段時間內(nèi)的沖量Il表達式：K I 或：F(t-t0)=mV-mV0第三十八頁，共七十八頁。動量定理在體育運動(tyyndng)的應用l牛頓定律強調(diào)瞬時性，動量定理則強調(diào)時間的累積效應，因此，可簡化計算過程。1.體育運動中力的計算例：體重50kg的運動員，從3m高處(o ch)自由下落，腳接觸地面

15、0.1s后靜止，求：人體受到的沖擊力多大？第三十九頁，共七十八頁。計算(j sun)l體重為60kg的體操運動員，從3.2m處做單杠(dngng)下法，落到海綿墊上，經(jīng)0.4s停止，此時重心離墊高0.7m，求兩腳所受到的平均沖力是多少？第四十頁，共七十八頁。2.體育運動(yndng)中運動(yndng)的原則l為了減小外界對人體的沖擊力，通常(tngchng)需延長力的作用時間。l汽車安全氣囊，可大大減小作用力，且又減小了壓強，可避免受傷。 第四十一頁，共七十八頁。l為了使人體或器械獲得較大的速度，通常需增大作用力并延長力的作用時間。l起跳前的下蹲、投擲(tuzh)項目的超越器械、跑的后蹬、游

16、泳的“S”形劃水。第四十二頁，共七十八頁。l計算人體(rnt)動力學參數(shù)l某體重為70kg的跳遠運動員踏跳前質心水平速度為10.2 m/s ，豎直速度0.5m/s（向下），踏跳后水平速度為9.6 m/s ，豎直速度為4.0 m/s ，踏跳時間為0.045 s ，求：平均踏跳力F。第四十三頁，共七十八頁。l為了增大(zn d)沖擊力，需縮短撞擊時間。l排球扣球、棒球擊球。第四十四頁，共七十八頁。動量(dngling)守恒定律及其應用如果系統(tǒng)不受外力或受外力的矢量和為零，則系統(tǒng)的總動量(dngling)保持不變。第四十五頁，共七十八頁。論證(lnzhng)（兩小球碰撞）l質量m1和m2兩小球，在光

17、滑平面(pngmin)上沿同一直線作同方向運動，如兩個小球發(fā)生碰撞，碰撞時間為t，設碰撞前速度分別為V1和V2，相互作用力分別為F1和F2，碰撞后速度為V1和V2 依動量定理(dn lin dn l)：F1t m1 V1 m1 V1F2t m2 V2 m2 V2第四十六頁，共七十八頁。第三四節(jié)人體運動的改變及其因為：F1F2則有： m1 V1m2 V2 m1 V1 m2 V2 碰撞前后系統(tǒng)的總動量保持不變，只是通過(tnggu)碰撞動量在系統(tǒng)間進行了傳遞。 將人看作整體，動量可以在環(huán)節(jié)與環(huán)節(jié)或者環(huán)節(jié)與器械之間傳遞。第四十七頁，共七十八頁。第三四第三四節(jié)節(jié)人體人體運動運動的改的改變變及其及其（二

18、）碰撞（二）碰撞(pn zhun)定律定律o體育中大量存在碰撞現(xiàn)象o相對接近速度：碰撞前速度之差o相對分離(fnl)速度：碰撞后速度之差o碰撞定律：兩物體碰撞后的相對分離速度是其碰撞前相對接近速度的e倍o表達式：e（ V1V2）/ (V1 V2)o0e1（碰撞恢復系數(shù)）第四十八頁，共七十八頁。第三四節(jié)人體運動的改變及其碰撞(pn zhun)恢復系數(shù)的測定方法 將一種材料制成小球，另一材料制成平板且水平放置，將小球從H高處自由下落(xilu)，測量其反彈高度h，則它們的恢復系數(shù)為： e(h/H)1/2第四十九頁，共七十八頁。第三四第三四節(jié)節(jié)人體人體運動運動的改的改變變及其及其討論討論(toln)

19、o上旋的乒乓球以速度(sd)V，入射角與臺面發(fā)生碰撞。為什么反彈后形成強烈的前沖效果 Vx=V1sin+V Vy=eV1cos tg=tg/e+ V/ eV1cos第五十頁，共七十八頁。第五十一頁，共七十八頁。 排球從2m高處落下，其反彈(fn dn)高度為1.28m，那么排球與地面的碰撞系數(shù)e是多少？第五十二頁，共七十八頁。第三四節(jié)人體運動的改變及其2. 體重70kg的跳高運動員蹬踏起跳時，如果兩臂上擺的加速度為30m/s2，擺動腿上擺的加速度是20m/s2，根據(jù)松井秀治的數(shù)據(jù)：兩臂相對(xingdu)重量為10，一條腿的相對(xingdu)重量為17.2，求：由于擺臂擺腿動作而增加的起跳力

20、為多大？第五十三頁，共七十八頁。第三四節(jié)人體運動的改變及其3.n質量(zhling)為55kg的人希望從靜止的繩上滑下，該繩只能承受40kg的力，求：該人要安全的滑下，其最小加速度為多大？第五十四頁，共七十八頁。（四）動量矩l描述物體(wt)轉動狀態(tài)的量,又稱角動量。l繞定軸轉動的剛體對定軸的動量矩即剛體的角動量I，其中I為剛體對該軸的轉動慣量，為剛體繞該軸轉動的角速度。l矢量，方向與角速度方向一致。第五十五頁，共七十八頁。第三四節(jié)人體運動的改變及其vr)v(MmmO質點對于O點的動量矩為矢量，它垂直于矢徑r與動量mv所形成的平面，指向按右手法則(fz)確定，其大小為mvdOMDmO 2)v(

21、M質點M的動量(dngling)對于O點的矩，定義為質點對于O點的動量矩，即第五十六頁，共七十八頁。第三四節(jié)人體運動的改變及其質點(zhdin)的動量對固定點的動量矩在z軸上的投影等于質點(zhdin)的動量對z軸的動量矩)()()()()()(vMvMvMvMvMvMyxmmmmmmyOxOzzO質點(zhdin)對某軸的動量矩第五十七頁，共七十八頁。第三四節(jié)人體運動的改變及其動量矩在軸上的投影是代數(shù)量對于平面問題(wnt)，即質點始終在某平面內(nèi)運動的情形，動量矩矢量總是垂直于該平面，只需把它定義為代數(shù)量，并規(guī)定逆時針方向為正，順時針方向為負。第五十八頁，共七十八頁。第三四節(jié)人體運動的改變及

22、其質點系動量矩質點系動量矩niniiiiiOOmm11ivr)v(ML為質系中各質點的動量為質系中各質點的動量(dngling)對點之矩的矢量和，對點之矩的矢量和，或質系動量或質系動量(dngling)對于點的主矩，稱為質系對點的對于點的主矩，稱為質系對點的動量動量(dngling)矩。矩。質點系對某定點(dn din)的動量矩第五十九頁，共七十八頁。第三四節(jié)人體運動的改變及其質點系對某軸的動量矩vLvLvLmmLmmLmmLzzzOyyyOxxxO即質點系對某固定點O的動量矩矢在通過該點的軸上的投影(tuyng)等于質點系對該軸的動量矩 第六十頁，共七十八頁。第三四節(jié)人體運動的改變及其剛體(

23、gngt)的動量矩剛體(gngt)繞定軸轉動時的動量矩將繞定軸轉動的剛體(gngt)看成一質點系，則ziiiiiiiiiizzJrmrrmrvmvmML2)(zzJL 繞定軸轉動剛體對其轉軸的動量矩陣等于剛體對轉軸的轉動慣量與轉動角速度的乘積第六十一頁，共七十八頁。（六）沖量(chngling)矩l沖量矩M(t2-t1)表示外力矩對物體轉動的累積效應，是力矩和時間的乘積。l剛體動量矩的增加量等于它所受的沖量矩 M(t2-t1)=I2-I1 其中，M(t2-t1)稱沖量矩, I稱動量矩。l外力矩越大，作用時間越長，剛體轉動狀態(tài)(zhungti)的變化也越大。 第六十二頁，共七十八頁。l當外力矩不

24、是恒值時，如人體(rnt)跨關節(jié)的肌肉力矩均隨時間、關節(jié)角度的變化而變化，是時間的函數(shù)，則沖量矩可表示為積分式第六十三頁，共七十八頁。（七）功l功定義為力與位移的乘積。 公式記為W = F * S * cos l其中，W表示功，F(xiàn)表示力,為力與位移之間的夾角。l功為標量，正負僅表示動力或阻力做功，不表示大小(dxio)或方向。力對物體可表現(xiàn)為作正功、不作功或作負功（豎直上拋和自由落體時重力的作功）第六十四頁，共七十八頁。l對人體，肌肉克服外力使物體產(chǎn)生位移，則做了“功”。l若肌肉做等長收縮，則肌肉做了“生理功”。人體的生理功可轉化(zhunhu)為機械功，機械功為0時生理功不一定為0。第六十五

25、頁，共七十八頁。（八）功率(gngl)l是指物體在單位(dnwi)時間內(nèi)所做的功，是表示做功快慢的物理量。 公式為功率=功/時間，P=W/t=FVl單位是 “瓦”，符號是“w”。W表示功，單位是 “焦”，符號是“J”。t表示時間，單位是“秒”，符號是“s”。l最大功率一般用馬力(PS)或千瓦(kw)來表示，1PS=0.735kw第六十六頁，共七十八頁。l體育成績的高低(god)及動作技術的優(yōu)劣，往往取決與完成動作進程中肌肉功率的大小，即取決于人體肌肉有化學能轉化為機械能的速度。第六十七頁，共七十八頁。（九）機械能l是人體或器械做功的能力。包括動能和勢能。l人體因機械運動所具有的能量叫機械能。l人體依靠(yko)化學能完成機械運動。l人體的運動過程就是能量轉換的過程。第六十八頁，共七十八頁。動能(dngnng)1.物體由于運動而具有的能量(nngling)。2.平動動能： Ek=mV2/23.轉動動能： E=I2/2第六十九頁，共七十八頁。勢能(shnng)1.1.重力勢能（重力勢能（E E重力勢能重力勢能=mgh=mgh）l物體與地面的相對發(fā)生變化而具有物體與地面的相對發(fā)生變化而具有(jyu)(jyu)的能的能量。量。 2.2.