第二章運動力學基礎(chǔ)

第二章運動力學基礎(chǔ)一、運動中的力與力矩二、人體運動的動力學三、人體運動的靜力學四、人體運動的轉(zhuǎn)動力學五、骨與關(guān)節(jié)生物力學運動中的力與力矩一、運動中的力

力是一個物體對另一個物體的作用，是使物體產(chǎn)生形變或線運動狀態(tài)改變的原因。

力矩則是力和力臂的乘積，是使物體轉(zhuǎn)動狀態(tài)改變的原因。一、牛頓運動定律牛頓第一定律任何物體在不受外力作用（或所受合外力為零）時將保持靜止或勻速直線運動狀態(tài)不變，又稱慣性定律。牛頓第二定律當物體所受到的合外力不為零時，物體的運動狀態(tài)會發(fā)生改變。

F=ma牛頓第三定律即作用力與反作用力定律。F=—F人體運動的動力學人體運動的動力學二、牛頓運動定律在人體運動中的應用（一）運動中合理利用慣性可以省力（二）克服重物慣性需要遵循骨骼肌活動順序原理（三）增加人體對外界的作用力可以增大外界對人體的反作用力運動中的力與力矩（一）外力1.重力（G=mg）

重量與質(zhì)量的區(qū)別？2.摩擦力（f=μFN）3.支撐反作用力（F1=—F2）4.流體作用力5.器械的阻力運動中的力與力矩（二）內(nèi)力肌拉力骨骼肌借助肌腱附著于骨，產(chǎn)生對骨的拉力維持人體姿勢，引起人體內(nèi)各部分、各環(huán)節(jié)的相對運動，是人體內(nèi)力中最重要的主動力。

運動中的力與力矩肌拉力線

肌拉力線經(jīng)過冠狀軸前方或后方，該關(guān)節(jié)分別做什么運動？經(jīng)過矢狀軸狀軸上方或下方，該關(guān)節(jié)分別做什么運動？垂直軸呢？2.組織彈力當機體拉伸、壓縮、扭轉(zhuǎn)時會發(fā)生形變，彈力是機體形變做功的能力。運動中的力與力矩①可收縮成分：相當于骨骼肌中肌纖維成分②串聯(lián)彈性元：主要是位于骨骼肌兩端的肌腱③并聯(lián)彈性元：包裹在整個骨骼肌表面和肌束、肌纖維表面的結(jié)締組織。

希爾三元素模型運動中的力與力矩（三）力的合成與分解（四）力的時間與空間積累效應1.力的時間累積效應——沖量（F·Δt）質(zhì)量與速度的乘積稱為動量（mv）。

動量定理：

物體動量的增量等于其所受的沖量。

運動中的力與力矩（1）人體運動中為了減小外界的沖擊力，通常需要延長外力的作用時間。如落地緩沖。

（2）為了給物體或人體強大的沖力，要求與物體或人體接觸（撞擊）的時間要短。如用錘子釘釘子。（3）增大作用力和延長力的作用時間，可以使人體或器械獲得更大的速度。如投擲壘球。運動中的力與力矩運動中的力與力矩2.力的空間累積效應——功（F·S）動能定理：

力對物體做的功等于物體機械能的增量。

二、運動中的力矩

力矩（M）是作用于物體或人體的合力（F）與支點到力作用線距離（d）的乘積，即M=F×ｄ。

分析：手握球做屈肘動作產(chǎn)生的力矩

運動中的力與力矩人體運動的靜力學一、力系平衡條件與人體平衡的類型

動態(tài)平衡：是物體速度和方向不變的狀態(tài)。

靜態(tài)平衡

人體運動的靜力學（一）力系平衡條件A.共點、共線力系B.平面匯交力系C.平面平行力系D.空間一般力系

A平衡只要滿足合力為零。

BCD平衡條件均為合力為零，合力矩為零。人體運動的靜力學（二）人體平衡類型平衡時重心與支撐點的位置關(guān)系分類平衡時保持平衡的能力分類

上支撐平衡下支撐平衡混合支撐平衡穩(wěn)定平衡有限穩(wěn)定平衡不穩(wěn)定平衡隨遇平衡人體運動的靜力學二、穩(wěn)定性及其影響因素（一）穩(wěn)定性

穩(wěn)定性是指人體和物體抵抗各種干擾作用保持平衡的能力。一是人體靜止時抵抗各種干擾的能力，這種能力稱為靜態(tài)穩(wěn)定性。二是指人體重心偏移平衡位置后，干擾因素除去時，人體仍能恢復到初始平衡范圍，此為人體平衡的動態(tài)穩(wěn)定性。

人體運動的靜力學（二）影響人體下支撐穩(wěn)定性的因素與評價指標1.影響人體下支撐穩(wěn)定性的因素（1）支撐面大?。褐蚊娲?，穩(wěn)定度大；支撐面小，穩(wěn)定度小。（2）重心的高低：在支撐面不變的情況下，人體的重心位置越低，穩(wěn)定度越大；重心位置越高，穩(wěn)定度越小。人體運動的靜力學2.人體下支撐穩(wěn)定性的評價指標（1）穩(wěn)定角：是指重力作用線和重心至支撐面邊緣相應點的連線間的夾角。重心高度相同，支撐面越大，穩(wěn)定角越大；支撐面相同，重心越高，穩(wěn)定角越小。人體運動的靜力學（2）穩(wěn)定系數(shù)：穩(wěn)定系數(shù)是指穩(wěn)定力矩與傾倒力矩的比值。穩(wěn)定系數(shù)大于1時，物體能抵抗外來翻倒力矩，平衡不被破壞；穩(wěn)定系數(shù)小于1時，物體抵抗不住外來的翻倒力矩，平衡將遭到破壞，物體會翻倒。人體運動的靜力學三、人體平衡與穩(wěn)定的特點1.人體不能絕對靜止2.人體形狀可變3.人體內(nèi)力起重要作用4.心理因素的影響5.感覺系統(tǒng)在保持人體平衡中的作用人體運動的轉(zhuǎn)動力學人體各環(huán)節(jié)的運動都是骨骼肌牽引骨圍繞著關(guān)節(jié)運動軸的轉(zhuǎn)動。把人體看做剛體，剛體轉(zhuǎn)動時，剛體上的各點都做圓周運動形成大小不等的同心圓，各圓的中心都位于同一條直線上，這條直線叫做轉(zhuǎn)動軸。一、轉(zhuǎn)動運動學人體運動的轉(zhuǎn)動力學當人體圍繞固定在地面上的運動器械轉(zhuǎn)動時，器械就是人體的轉(zhuǎn)動軸，稱為實體軸。當人體局部肢體或整體轉(zhuǎn)動時所圍繞的是位于人體內(nèi)部的某特定的直線，則為非實體軸。有支點、有實體軸的轉(zhuǎn)動有支點無實體軸的轉(zhuǎn)動無支點、無實體軸的轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)動軸（一）人體轉(zhuǎn)動的轉(zhuǎn)動軸①有支點、有實體軸的轉(zhuǎn)動②有支點無實體軸的轉(zhuǎn)動①②③④無支點、無實體軸的轉(zhuǎn)動①②③單軸轉(zhuǎn)動④復合軸轉(zhuǎn)動④③人體運動的轉(zhuǎn)動力學（二）角運動學1.角位移是描述物體轉(zhuǎn)動時位置變化的物理量。國際單位為弧度，通?？捎谩惚硎?。2.角速度連接運動點和圓心的半徑在單位時間內(nèi)轉(zhuǎn)過的弧度叫做“角速度”。國際單位為弧度/秒，用字母ω表示。3.角加速度是描述剛體角速度的大小和方向?qū)r間變化率的物理量，國際單位是“弧度/秒平方”，用字母α表示，計算公式為α=Δω/Δt。人體運動的轉(zhuǎn)動力學二、轉(zhuǎn)動動力學產(chǎn)生轉(zhuǎn)動的條件必須滿足合外力矩不為零。

（一）轉(zhuǎn)動定律1.轉(zhuǎn)動慣量

又稱慣性距、慣性矩(俗稱慣性力矩)，是剛體繞軸轉(zhuǎn)動時慣性的量度，用以描述物體保持原有轉(zhuǎn)動狀態(tài)的能力。

只決定于剛體的形狀、質(zhì)量分布和轉(zhuǎn)軸的位置，而同剛體繞軸的轉(zhuǎn)動狀態(tài)無關(guān)。

人體運動的轉(zhuǎn)動力學環(huán)節(jié)的轉(zhuǎn)動慣量（I）等于環(huán)節(jié)中質(zhì)點的質(zhì)量（m）乘以質(zhì)點到轉(zhuǎn)軸的垂直距離（r）的平方。即I=mr2，單位為千克·米平方