人體運(yùn)動(dòng)的生物力學(xué)分析

1、1,第三章 人體運(yùn)動(dòng)的生物力學(xué)分析(1),2,（一）平衡中的基本力學(xué)概念,1.平衡物體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)不變。它包括靜止和勻速直線運(yùn)動(dòng)。包括靜態(tài)平衡和動(dòng)態(tài)平衡。 2.力作用的效果:運(yùn)動(dòng)狀態(tài)發(fā)生變化或形狀發(fā)生改變。 力使物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)發(fā)生變化的效應(yīng)稱(chēng)為力的外效應(yīng)或運(yùn)動(dòng)效應(yīng)； 力使物體形狀發(fā)生改變的效應(yīng)稱(chēng)為力的內(nèi)效應(yīng)或變形效應(yīng)。,一、運(yùn)動(dòng)中的平衡與姿勢(shì)控制,3,3.剛體在任何情況下形狀和大小始終不變的物體。 剛體內(nèi)任意兩點(diǎn)的距離始終保持不變。剛體是一個(gè)理想化的力學(xué)模型。 4.力系作用于物體上的若干個(gè)力 若兩力系對(duì)同一物體作用效果相同等效力系； 一個(gè)復(fù)雜力系用一個(gè)簡(jiǎn)單力系等效替換的過(guò)程力系的簡(jiǎn)化。 若一個(gè)力系

2、可用一個(gè)力等效替換，則該力叫合力；力系中的各力叫分力。 若作用于物體上的力系使物體保持平衡，則該力系稱(chēng)為平衡力系。此時(shí)力系所滿足的條件稱(chēng)平衡條件。,4,平衡的力學(xué)條件：,對(duì)剛體上任意一點(diǎn),5,公理一 二力平衡公理,作用于剛體上的兩個(gè)力，使剛體平衡的必要與充分條件是：這兩個(gè)力大小相等、方向相反、沿同一條直線。,此公理提供了一種最簡(jiǎn)單的平衡力系。對(duì)于剛體此條件是充要條件，但對(duì)變形體只是必要條件而不是充分條件。,（二）平衡中的力學(xué)公理,6,公理二 加減平衡力系公理,在作用于剛體上的已知力系上，加上或去掉任意個(gè)平衡力系，不改變?cè)ο祵?duì)剛體的作用效果。,該公理是力系簡(jiǎn)化的理論依據(jù)。,7,推論一 力的可傳

3、性原理,作用在剛體上的力可沿其作用線任意移動(dòng)，而不改變?cè)摿?duì)剛體的作用。,作用于剛體上的力的三要素為：大小、方向、作用線。 作用于剛體上的力是：滑動(dòng)矢量。,8,公理三 力的平行四邊形法則,作用于物體某一點(diǎn)的兩個(gè)力的合力，亦作用于同一點(diǎn)上，其大小和方向可由這兩個(gè)力為鄰邊所構(gòu)成的平行四邊形的對(duì)角線來(lái)確定。,即：,它是力系簡(jiǎn)化的基礎(chǔ)。,9,推論二 三力平衡匯交定理,當(dāng)剛體受三個(gè)力作用而平衡時(shí)，若其中任何兩力的作用線相交于一點(diǎn)，則其余一力的作用線亦必交于同一點(diǎn)，且三力的作用線在同一平面內(nèi)。,說(shuō)明不平行三力平衡的必要條件。 即：三力平衡必匯交。 三力匯交不一定平衡。,10,公理四 作用與反作用公理,兩物

4、體間相互作用的作用力和反作用力總是同時(shí)存在，大小相等，方向相反，沿同一直線，分別作用在這兩個(gè)物體上。,它是受力分析必需遵循的原則。,11,公理五 剛化原理,當(dāng)變形體在已知力系作用下處于平衡時(shí)，如果把該物體變成剛體，則平衡狀態(tài)保持不變。,它建立了剛體力學(xué)與變形體力學(xué)的聯(lián)系。,力可平行于自身移動(dòng)到任意一點(diǎn)，但需增加一個(gè)力偶，其力偶矩等于原力對(duì)新作用點(diǎn)的力矩。如所示。物體在點(diǎn)A受一個(gè)力F，若在任一點(diǎn)B加上一對(duì)平衡力和，并使3個(gè)力的大小相等，作用線互相平行，則和正好構(gòu)成一對(duì)力偶，它對(duì)物體只起轉(zhuǎn)動(dòng)作用。因此，作用于點(diǎn)A的力可用作用于點(diǎn)B的力和力偶矩M來(lái)代替。,推論三 力的平移定理,13,1.自由體可以在

5、空間作任意運(yùn)動(dòng)的物體。 2.非自由體由于受到周?chē)矬w的限制（或阻礙）而不能作任意運(yùn)動(dòng)的物體。 3.約束事先對(duì)物體的運(yùn)動(dòng)所加的限制條件。 4.約束反力約束作用于非自由體的力。（簡(jiǎn)稱(chēng)：約束力或反力） 除約束力外，非自由體上所受到的所有促使物體運(yùn)動(dòng)或有運(yùn)動(dòng)趨的力，稱(chēng)為主動(dòng)力。 約束力是由主動(dòng)力引起的，故它是一種被動(dòng)力。,（三）平衡中的約束與約束反力,14,解決力學(xué)問(wèn)題時(shí)，首先要選定需要進(jìn)行研究的物體，即確定研究對(duì)象；然后考查和分析它的受力情況，這個(gè)過(guò)程稱(chēng)為進(jìn)行受力分析。 1.分離體把研究對(duì)象解除約束，從周?chē)矬w中分離出來(lái)，畫(huà)出簡(jiǎn)圖。 2.受力圖將分離體所受的主動(dòng)力和約束反力以力矢表示在分離體上所得到

6、的圖形。,（四）平衡中的受力分析,15,3.受力分析的步驟,確定研究對(duì)象，取分離體； 先畫(huà)主動(dòng)力，明確研究對(duì)象所受周?chē)募s束，進(jìn)一步明確約束類(lèi)型，什么約束畫(huà)什么約束反力。 必要時(shí)需用二力平衡共線、三力平衡匯交等條件確定某些反力的指向或作用線的方位。,注意：（1）受力圖只畫(huà)研究對(duì)象的簡(jiǎn)圖和所受的全部力；（2）每畫(huà)一力都要有依據(jù)，不多不漏；（3）不要畫(huà)錯(cuò)力的方向，反力要和約束性質(zhì)相符，物體間的相互約束力要符合作用與反作用公理。,16,重力,彈力,摩擦力,阻力,彈力,跑的受力分析,17,18,（五）人體平衡中重心的概念,人體重心是人體各環(huán)節(jié)受重力的集中點(diǎn)（COG）。 而人體質(zhì)心則是質(zhì)量的中心（COM

7、）。 人體重心變化的主要因素是身體姿勢(shì)的改變。,19,原理：力矩合成原理 公式中：X,Y分別為總重心的橫、縱坐標(biāo) Pi為環(huán)節(jié)相對(duì)重量 xi,yi為環(huán)節(jié)質(zhì)心的橫、縱坐標(biāo),在相片上測(cè)量人體重心的原理和方法,20,環(huán)節(jié)相對(duì)重量和半徑系數(shù),l,L,r = l /L,Pi = Pi /P,近側(cè)端,遠(yuǎn)側(cè)端,21,以人體左下角邊緣處O點(diǎn)為原點(diǎn)繪出直角坐標(biāo)系（OXY）。 確定各環(huán)節(jié)點(diǎn)位置。 確定頭和手的重心位置。頭的重心在耳廓上緣中點(diǎn)正面觀時(shí)在兩眉間，手的重心在中指的掌指關(guān)節(jié)處。 連接關(guān)節(jié)點(diǎn)構(gòu)成人體棍圖。 開(kāi)始測(cè)量各環(huán)節(jié)的相片長(zhǎng)度(以毫米為單位)，填入環(huán)節(jié)長(zhǎng)度一欄內(nèi)。 把各環(huán)節(jié)重心至近側(cè)端距離占環(huán)節(jié)長(zhǎng)度的百分

8、比填入一欄內(nèi)。見(jiàn)表41中具體的布拉溫菲舍爾環(huán)節(jié)相對(duì)重心位置數(shù)據(jù)。,方法,22,環(huán)節(jié)長(zhǎng)度乘以環(huán)節(jié)相對(duì)重心位置百分比，填入環(huán)節(jié)質(zhì)近側(cè)端實(shí)長(zhǎng)一欄內(nèi)。 按環(huán)節(jié)質(zhì)心到近側(cè)端實(shí)際長(zhǎng)度一欄的數(shù)據(jù)，在照片上的環(huán)節(jié)上點(diǎn)出環(huán)節(jié)質(zhì)心位置。頭手的位置不必計(jì)算，可以直接點(diǎn)出。 從照片上測(cè)量各環(huán)節(jié)質(zhì)心的坐標(biāo)。 把人體模型中已知的環(huán)節(jié)相對(duì)重量數(shù)據(jù)添入表內(nèi)（P）。 計(jì)算出各環(huán)節(jié)對(duì)軸之矩Px,Py。 求出Px,Py的和，即為人體總重心位置。 在照片上點(diǎn)出總重心。,23,X,O,Y,24,（六）人體平衡的分類(lèi),上支撐平衡（懸垂平衡） 下支撐平衡（倒立平衡） 混合支撐平衡（肋木側(cè)平衡）,1、根據(jù)人體重心與支撐點(diǎn)的位置關(guān)系,2、根據(jù)

9、平衡的穩(wěn)定性（穩(wěn)度）-保持平衡的能力,穩(wěn)定平衡（吊袋、懸垂 ） 有限度的穩(wěn)定平衡（人下支撐平衡） 不穩(wěn)定平衡（單臂倒立） 隨遇平衡（球的平衡）,（二）人體平衡的分類(lèi),1. 根據(jù)支點(diǎn)相對(duì)于人體重心的位置不同，將人體平衡分為以下3種： （1）上支撐平衡：當(dāng)人體處于平衡，且支點(diǎn)在人體重心的上方，這種平衡狀態(tài)稱(chēng)為上支撐平衡。如體操中的各種懸垂動(dòng)作。,（2）下支撐平衡：當(dāng)人體處于平衡，且支點(diǎn)在人體重心的下方，這種平衡狀態(tài)稱(chēng)為下支撐平衡。例如，站立、平衡木上的平衡動(dòng)作及田徑、游泳、舉重等各類(lèi)平衡動(dòng)作。 （3）混合支撐平衡：是一種多支撐點(diǎn)的平衡狀態(tài)，這時(shí)有的支撐點(diǎn)在人體重心上方，有的支撐點(diǎn)在人體重心的下方。

10、例如，肋木側(cè)身平衡。,根據(jù)平衡的穩(wěn)定程度把人體平衡分為4種： （1）穩(wěn)定平衡：其特點(diǎn)是當(dāng)偏離平衡位置時(shí)，重心升高，產(chǎn)生的重力矩使物體向平衡位置運(yùn)動(dòng)，回到平衡位置后，合力為零，合力矩為零。 （2）不穩(wěn)定平衡：其特點(diǎn)是偏離平衡位置時(shí)，重心降低，產(chǎn)生的重力矩使物體繼續(xù)傾倒。僅在下支撐平衡動(dòng)作出現(xiàn)。,（3）有限度的穩(wěn)定平衡：其特點(diǎn)是在一定限度內(nèi)的偏離平衡位置時(shí)，人體重心升高，產(chǎn)生的重力矩使人體向平衡位置移動(dòng)，最終恢復(fù)平衡，但超出某一定限度的偏離平衡位置時(shí)，人體重心降低，產(chǎn)生的重力矩使人體更加偏離平衡位置。 （4）隨遇平衡：其特點(diǎn)是偏離原來(lái)位置時(shí)，重心高度不變，不產(chǎn)生使物體位置移動(dòng)的重力矩。,29,（七

11、）影響人體穩(wěn)定的因素（測(cè)量指標(biāo)）,是人體動(dòng)態(tài)平衡指標(biāo)，K是人體靜態(tài)平衡指標(biāo)。,支撐面大小,重心高低,穩(wěn)定角（ ） 重力線與重心到支撐面邊緣連線的夾角。,穩(wěn)定系數(shù)（K） 穩(wěn)定力矩與翻倒力矩的比值。,30,支撐面,由支撐點(diǎn)和他們所圍成的面積。 支撐面大小與穩(wěn)定性的關(guān)系。,31,穩(wěn)定角：重心垂直投影線和重心與支撐面邊緣相應(yīng)點(diǎn)連線的夾角，即物體在某一方向上的穩(wěn)定程度的判定指標(biāo)。平衡角： 某方向上的穩(wěn)定角之和。,穩(wěn)定角,平衡角,32,穩(wěn)定角與平衡角,33,短跑起跑穩(wěn)定角的變化(快速打破平衡),34,穩(wěn)定系數(shù)（K） 穩(wěn)定力矩與翻倒力矩的比值。（分k1,k=1,k1討論),35,F,h,G,r,穩(wěn)定系數(shù)的計(jì)

12、算,穩(wěn)定系數(shù)（K） 穩(wěn)定力矩與翻倒力矩的比值。（分k1,k=1,k1討論),36,（八）影響人體平衡與穩(wěn)定的生物學(xué)因素,1人體不能絕對(duì)靜止： 呼吸循環(huán)使人體重心不是定點(diǎn)，而是波動(dòng)的面（射擊）。 肌肉張力任何時(shí)候不能恒定，因而人的姿勢(shì)不可能?chē)?yán)格不變，肌肉疲勞時(shí)更明顯。,2人體不是形狀不變的剛體： 人的有效支撐面積小于“理論”支撐面（邊緣軟組織）。 人體有翻倒趨勢(shì)時(shí)，會(huì)反射性地改變身體姿勢(shì)，一般是總重心向不適位移的相反方向移動(dòng)（補(bǔ)償動(dòng)作）。,37,3人體內(nèi)力作用： 在靜力平衡中，肌力外力外力矩維持平衡。肌力大小是影響穩(wěn)定的重要因素。,達(dá)瓦孜,人體補(bǔ)償作用,38,39,4心理因素： 心理因素會(huì)改變大

13、腦及其下部對(duì)肌緊張的調(diào)節(jié)能力，從而影響平衡。,5神經(jīng)感官因素： 感覺(jué)傳入、判斷的準(zhǔn)確性；神經(jīng)對(duì)肌肉的控制能力；各中樞活動(dòng)間的協(xié)調(diào)。,40,連續(xù)10多年壟斷手槍速射金牌的德國(guó)運(yùn)動(dòng)員舒曼，被譽(yù)為射擊場(chǎng)上的“機(jī)器人”，這一“美稱(chēng)”的要旨在于“機(jī)器人”具有“剛體”的穩(wěn)定性。而人作為兩足支撐、有血有肉的“活體”，只能在“動(dòng)態(tài)”中維持平衡，因此“穩(wěn)定”是相對(duì)的，不穩(wěn)定是絕對(duì)的。射擊運(yùn)動(dòng)員據(jù)槍瞄準(zhǔn)時(shí)可以屏住呼吸，卻不能“屏住”心跳和血液循環(huán)；身材越高的運(yùn)動(dòng)員重心越高，越要隨時(shí)通過(guò)小腦來(lái)綜合視覺(jué)、內(nèi)耳前庭和半規(guī)管傳來(lái)的信息，指揮肌肉骨骼系統(tǒng)確保身體的“靜力平衡”。足底壓力中心測(cè)試表明，運(yùn)動(dòng)員的重心軌跡始終處于

14、晃動(dòng)狀態(tài)，不過(guò)訓(xùn)練有素的選手晃動(dòng)面積較小。,41,姿勢(shì)穩(wěn)定性因素,（九）人體穩(wěn)定與姿勢(shì)控制,42,評(píng)價(jià)動(dòng)作的穩(wěn)定性和技術(shù)的優(yōu)劣（跑重心起伏與能量消耗）。 重心向運(yùn)動(dòng)方向的預(yù)先移動(dòng)可縮短人體克服物理慣性的時(shí)間（但易失去平衡）。 力遠(yuǎn)離重心，能增加對(duì)人體和器械的作用力矩，可加大轉(zhuǎn)動(dòng)效果。 人體重心超出支撐面時(shí)，人體可以移動(dòng)肢體建立新的支撐面。 動(dòng)態(tài)狀態(tài)下，慣性力使得人體重心在支撐面可以穩(wěn)定，增加了技術(shù)的難度和觀賞性。,重心與動(dòng)作技術(shù)的關(guān)系,43,重心與動(dòng)作技術(shù)1,44,重心與動(dòng)作技術(shù)2,45,老年人的摔倒問(wèn)題 約30%的65歲以上老人每年要摔倒1次，其中一半要摔倒幾次。這些人群中10-15%會(huì)導(dǎo)致

15、嚴(yán)重?fù)p傷。 多數(shù)研究認(rèn)為摔倒與平衡控制有關(guān)：感覺(jué)延遲，CNS的姿勢(shì)調(diào)節(jié)能力下降；肌肉力量不足。,參考資料：J Appl. Biomech.1999，15（1）,一些相關(guān)的研究問(wèn)題： 摔倒危險(xiǎn)因素的確定； 不同干預(yù)策略的效果，尤其是運(yùn)動(dòng)干預(yù)； 年齡有關(guān)的肌肉骨骼和神經(jīng)肌肉系統(tǒng)間的關(guān)系； 運(yùn)動(dòng)能力的變化和摔倒的關(guān)系； 年齡和相關(guān)疾病如何影響姿勢(shì)穩(wěn)定性。,人體穩(wěn)定性研究熱點(diǎn),46,人體姿勢(shì)控制研究,航空航天領(lǐng)域失重條件下的身體控制。 體操運(yùn)動(dòng)中落地的穩(wěn)定性控制。 蹦床運(yùn)動(dòng)中的身體姿勢(shì)控制。 射箭、射擊運(yùn)動(dòng)中的身體控制。 運(yùn)動(dòng)中起動(dòng)前的身體控制。 摔跤、柔道、拳擊等運(yùn)動(dòng)中的控制。 舉重運(yùn)動(dòng)中的身體控制

16、。 武術(shù)運(yùn)動(dòng)中的身體控制。 康復(fù)病人身體控制能力的訓(xùn)練。,47,平動(dòng)：人體內(nèi)任意兩點(diǎn)的連線，在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中始終保持平行。例如；滑冰運(yùn)動(dòng)員蹬冰后在直線上依慣性滑行，即為直線運(yùn)動(dòng)。,高臺(tái)跳雪,二、人體與器械運(yùn)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)學(xué)的分析,48,轉(zhuǎn)動(dòng)：人體內(nèi)的各點(diǎn)都繞同一軸線（轉(zhuǎn)軸）作圓周運(yùn)動(dòng)。 例如：投擲鐵餅的旋轉(zhuǎn)動(dòng)作。,49,復(fù)合運(yùn)動(dòng)：既有平動(dòng)又有轉(zhuǎn)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)。 例如；走、跑、滑冰、滑雪都是一種復(fù)合運(yùn)動(dòng)，在研究中通常將復(fù)合運(yùn)動(dòng)分解為平動(dòng)和轉(zhuǎn)動(dòng)兩部分分別進(jìn)行討論，然后加以綜合，以達(dá)到簡(jiǎn)化的。,喬依娜短跑,劉翔110米跨欄,50,拋體運(yùn)動(dòng)是一種曲線運(yùn)動(dòng)，它在空中運(yùn)動(dòng)的軌跡是拋物線。拋體運(yùn)動(dòng)廣泛存在于體育運(yùn)動(dòng)項(xiàng)目中，

17、如籃球運(yùn)動(dòng)員投籃，鉛球、鐵餅、標(biāo)槍的擲出，乃至人體在跳高、跳遠(yuǎn)、跨欄、跑步中重心的移動(dòng)，都是拋物線。這種物體運(yùn)動(dòng)軌跡為拋物線的運(yùn)動(dòng)，稱(chēng)為拋體運(yùn)動(dòng)。,51,投擲.mpg 斜拋.mpg,52,Vx,Vy,L2,h3,L2,53,勞劍峰,于第八屆亞運(yùn)會(huì)預(yù)選賽上跳出8.40米，創(chuàng)新的亞洲紀(jì)錄，助跑最高速度為10.99米/秒，騰起角約23度，空中采用挺走相間的技術(shù)。采用積極加速的方式助跑，到上板前兩步達(dá)到最高速度。,54,1. 運(yùn)動(dòng)是相對(duì)于參照系而言的,參考系或稱(chēng)為參照系（frame of reference）：是指用來(lái)描述物體運(yùn)動(dòng)而選作參考的物體或物體系。,描述物體運(yùn)動(dòng)必須選取參考系(運(yùn)動(dòng)的相對(duì)性)。

18、,參考系可任選，不同參考系中物體的運(yùn)動(dòng)參數(shù)（如速度等）將可能不同。,(一) 確定參照系和坐標(biāo)系才能描述運(yùn)動(dòng),55,慣性參照系：太陽(yáng)參考系、地心參考系、地面參考系。 體育運(yùn)動(dòng)中較多采用固定于地面上的標(biāo)志物、標(biāo)志線來(lái)描述人體或器械的整體運(yùn)動(dòng)狀況。,2. 描述體育運(yùn)動(dòng)常用參考系,非慣性參照系：質(zhì)心參考系、運(yùn)動(dòng)人體（物體）參考系。 體育運(yùn)動(dòng)中較多采用運(yùn)動(dòng)者本身的質(zhì)心、其他運(yùn)動(dòng)人體或物體來(lái)描述人體肢體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)或?qū)ξ矬w運(yùn)動(dòng)狀態(tài)進(jìn)行比較。,體育運(yùn)動(dòng)中選定參照系就可以定性地表述人體或器械處于運(yùn)動(dòng)還是靜止?fàn)顟B(tài)，人體肢體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，兩個(gè)或以上運(yùn)動(dòng)物體的狀態(tài)比較。,56,質(zhì)點(diǎn)的絕對(duì)運(yùn)動(dòng)、相對(duì)運(yùn)動(dòng)和牽連運(yùn)動(dòng) 絕對(duì)運(yùn)動(dòng)

19、：動(dòng)點(diǎn)相對(duì)靜止參考系的運(yùn)動(dòng) 相對(duì)運(yùn)動(dòng)：動(dòng)點(diǎn)相對(duì)動(dòng)參考系的運(yùn)動(dòng) 牽連運(yùn)動(dòng)：動(dòng)參考系相對(duì)靜參考系的運(yùn)動(dòng),三種運(yùn)動(dòng)之間關(guān)系,乘電梯問(wèn)題，投擲問(wèn)題,57,相對(duì)運(yùn)動(dòng)（relative motion）：在不同參考系中觀察同一物體運(yùn)動(dòng)。,相對(duì)運(yùn)動(dòng),58,3. 定量描述物體的運(yùn)動(dòng)需要建立坐標(biāo)系,坐標(biāo)系為參考系的數(shù)學(xué)抽象。 參考系選定后，坐標(biāo)系還可任選。 同一運(yùn)動(dòng)，在不同坐標(biāo)系中，數(shù)學(xué)表述可不同。,坐標(biāo)系（coordinate system）：固結(jié)在參考系上的一組有刻度的射線、曲線或角度。,常用坐標(biāo)系 （笛卡爾）直角坐標(biāo)系（ x , y , z ） 球極坐標(biāo)系（ r, ） 柱坐標(biāo)系（, , z ）,59,如右圖

20、所示，柱坐標(biāo)系中的三個(gè)坐標(biāo)變量是 r、z。與直角坐標(biāo)系相同，柱坐標(biāo)系中也有一個(gè)z變量。各變量的變化范圍是：0 r +, 0 2 其中 x=rcos y=rsin z=z,柱坐標(biāo)系,60,球坐標(biāo)系,球坐標(biāo)是一種三維坐標(biāo)。分別有原點(diǎn)、方位角、仰角、距離構(gòu)成。 設(shè)P（x，y，z）為空間內(nèi)一點(diǎn)，則點(diǎn)P也可用這樣三個(gè)有次序的數(shù)r，來(lái)確定，其中r為原點(diǎn)O與點(diǎn)P間的距離，為有向線段與z軸正向所夾的角，為從正z軸來(lái)看自x軸按逆時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)到有向線段的角，這里M為點(diǎn)P在xOy面上的投影。這樣的三個(gè)數(shù)r，叫做點(diǎn)P的球面坐標(biāo)，這里r，的變化范圍為 r0,+), 0, 2, 0, . r = 常數(shù)，即以原點(diǎn)為心的球面；

21、 = 常數(shù)，即以原點(diǎn)為頂點(diǎn)、z軸為軸的圓錐面； = 常數(shù)，即過(guò)z軸的半平面。 其中 x=rsincos y=rsinsin z=rcos,61,體育運(yùn)動(dòng)中常選用直角坐標(biāo)系來(lái)定量描述人體或物體的運(yùn)動(dòng)狀況。,一維坐標(biāo)系（x） 運(yùn)動(dòng)中的各種距離的獲得多數(shù)采用一維坐標(biāo)系。 二維坐標(biāo)系(x,y） 運(yùn)動(dòng)中討論人體或物體在平面上的定量運(yùn)動(dòng)參數(shù)。 三維坐標(biāo)系(x,y,z） 運(yùn)動(dòng)中討論人體或物體在空間上的定量運(yùn)動(dòng)參數(shù)。,62,質(zhì)點(diǎn)模型（簡(jiǎn)單模型）平動(dòng)運(yùn)動(dòng)學(xué) 質(zhì)點(diǎn)系模型（瘦化模型） 平動(dòng)運(yùn)動(dòng)學(xué) 剛體系模型（退化模型） 轉(zhuǎn)動(dòng)運(yùn)動(dòng)學(xué) 人體實(shí)體模型（計(jì)算機(jī)模擬的基礎(chǔ)）,人體物理模型,63,軌跡曲線（重心軌跡曲線） 獲得

22、x、y方向的位移數(shù)據(jù),1. 圖形描述,位移時(shí)間曲線 獲得位移的變化規(guī)律數(shù)據(jù),速度時(shí)間曲線 獲得速度的變化規(guī)律數(shù)據(jù),加速度時(shí)間曲線 獲得加速度的變化規(guī)律數(shù)據(jù),(二) 人體（物體）運(yùn)動(dòng)學(xué)測(cè)量后的描述,64,2. 數(shù)學(xué)（理論力學(xué)）描述,勻速直線運(yùn)動(dòng)（略）,拋物體運(yùn)動(dòng)（拋點(diǎn)等于、高于、低于落點(diǎn)）,變速直線運(yùn)動(dòng)（勻變速、非勻變速） （略）,圓周運(yùn)動(dòng)（勻速、變速） （略）,自然物體運(yùn)動(dòng)（多數(shù)）-一些時(shí)刻、時(shí)間段的數(shù)學(xué)表述。,65,3.表格法：男子排球助跑起跳技術(shù)運(yùn)動(dòng)學(xué)參數(shù),66,男子排球空中擊球動(dòng)作的三維分析,67,男子100米欄最高欄間速度及速度值,68,（三） 動(dòng)作技術(shù)運(yùn)動(dòng)學(xué)分析的基本方法,1.定性分

23、析 2.定量分析 了解動(dòng)作技術(shù)的一般過(guò)程（劃分動(dòng)作技術(shù)的范圍、劃分動(dòng)作階段、確定動(dòng)作技術(shù)的特征畫(huà)面、明確各動(dòng)作階段的相互影響及其作用） 明確動(dòng)作技術(shù)本身的目的（運(yùn)動(dòng)目的、動(dòng)作目的） 明確動(dòng)作技術(shù)的關(guān)鍵環(huán)節(jié) 揭示動(dòng)作技術(shù)的運(yùn)動(dòng)學(xué)特征 做出結(jié)論（結(jié)合力學(xué)原理進(jìn)行評(píng)價(jià)、對(duì)比分析進(jìn)行診斷）,69,跳高技術(shù)的運(yùn)動(dòng)學(xué)分析,70,1993年由古巴選手索托馬約爾刷新的2.45米男子世界紀(jì)錄無(wú)人挑戰(zhàn)，1987年保加利亞選手科斯塔迪諾娃創(chuàng)造的2.09米女子世界紀(jì)錄保持至今。明天會(huì)不會(huì)有新的跳高技術(shù)問(wèn)世還很難逆料。1996年亞特蘭大殘奧會(huì)上，中國(guó)運(yùn)動(dòng)員候?yàn)I以一個(gè)京劇武生的折體飛越動(dòng)作，創(chuàng)造了1.92米的世界紀(jì)錄。許

24、多田徑專(zhuān)家和運(yùn)動(dòng)生物力學(xué)家都大聲呼好，認(rèn)為這才是人類(lèi)跳高的最佳模式。,71,72,我國(guó)優(yōu)秀跳高運(yùn)動(dòng)員黃海強(qiáng)起跳技術(shù)的運(yùn)動(dòng)學(xué)分析,73,跳遠(yuǎn)動(dòng)作的階段劃分與各階段任務(wù) 跳遠(yuǎn)技術(shù)根據(jù)其動(dòng)作的結(jié)構(gòu)特征一般分為相互銜接的四個(gè)部分：助跑、起跳、騰空和落地。 1.助跑：助跑的目的時(shí)獲得水平速度，并為準(zhǔn)確踏板和快速有力的起跳做準(zhǔn)備。 2.起跳：起跳的作用是在盡量保持水平速度的同時(shí)獲得垂直速度，創(chuàng)造盡可能大的騰起初速度。 3.騰空：運(yùn)動(dòng)員進(jìn)入騰空階段后，唯一的任務(wù)是采取合適的身體姿勢(shì)，準(zhǔn)備落地。 4.落地：從起跳后，運(yùn)動(dòng)員身體重心的軌跡已經(jīng)決定。但在跳遠(yuǎn)時(shí)，身體重心的落點(diǎn)要比足跟的落點(diǎn)更遠(yuǎn)一些。因此，減小身體重心落點(diǎn)和足跟落點(diǎn)的距離是落地技術(shù)的主要任務(wù)之一。,74,跳遠(yuǎn)技術(shù)的生物力學(xué)分析（挺身式跳遠(yuǎn)為例） 1.起跳動(dòng)作 （1）著地緩沖。起跳腳著地時(shí)，足跟與足掌幾乎同時(shí)接觸地面。著地瞬間，身體角度為90O107O 角，小腿與地面的夾角約65O 角左右，膝關(guān)節(jié)角度為175O178O 角。接著起跳腳屈膝緩沖，積極前移身體，為