导图社区 大学物理——运动生物力学
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民法分论
运动生物力学
人体运动动作及原理、人体模型与惯性参数
摆动动作的生物力学
力学原理
转动定律
M=Jβ
动量矩定理
M(t₁-t₂)=Jω₁-Jω₂
动量矩守恒定理
M=0,Jω=恒矢量
动量矩为矢量，方向为角速度方向
人体处于腾空无支撑状态时满足动量矩守恒条件
动作特征
减小摆动肢体的转动惯量和增加肌力矩可以加大摆动的角加速度
摆动动作与主体动作之间合理配合
摆动肢体的适时制动是动量矩合理转移的关键
冲击动作的生物力学
动量定理
F(t₂-t₁)=mv₂-mv₁
动量守恒定理
p=Σmv=常量
冲击动作的动量传递
扣击排球时，通过上肢鞭打，实现动量向远端环节传递，通过手 与球的相互作用，实现 了动量由手向球的传递。
为了增大给器械的冲击力，一方面要增大人体末端或器械的动量， 另一方面要缩短人体末端或器械与器械撞击的作用时间。一般通过 鞭打动作或者增加人体环节的有效质量来实现。
为了减小外界或器械对人体的冲击力，通常需要延长冲击动作中力 的作用时间。各种落地缓冲动作，海绵包、垫及沙坑等。
人体模型
基本概念
生物运动链
环节
生物运动偶
类别
开放链
封闭链
运动特点
环节只能做往复转动或以关节为中心的圆锥运动
环节自由度
与三轴关节相连，有三个自由度，与二轴关节相连， 有3个自由度，与单轴关节相连只有一个自由度。
骨杠杆
支点、杠杆臂、动力与阻力
单臂杠杆双臂杠杆
平衡、省力、速度杠杆
人体简化模型
质点模型
刚体模型
人体惯性参数
质量、重量、人体质心、环节质心位置、转动惯量、转动半径
人体平衡的生物力学
概念
对称性平衡、静态平衡、动态平衡
人体平衡的分类
根据支点相对重心的位置关系分类
上支撑平衡
下支撑平衡
混合支撑平衡
根据平衡稳度分类
稳定平衡
不稳定平衡
有限度的稳定平衡
随遇平衡
混合支撑
力学基础
力与力系
约束与约束反力
主动力与被动力
力矩
M=r*F
力偶矩
M=F*d
力的可传性原理
力的平移定理
力学条件
ΣF外=0 ΣM=0
影响滑动摩擦力大小的因素（1）压力（2）接触面的粗糙程度
共点力系的简化与平衡
平衡条件：∑Fx=0 ∑Fy=0
共面力系
平衡条件：∑FX=0 ∑FY=0 ∑M=0
案例
燕式平衡：共点力系
吊环：共面力系
人体平衡控制
影响平衡的因素
力学因素
支撑面、重心高度、稳定角、平衡角、体重、稳定系数
生物学因素
年龄、性别、神经控制能力、肌肉力量、身体状态(特殊疾患)、药物使 用、运动疲劳等
人体不能绝对静止 人体有效支撑面小于支撑面 人体姿势的改变可以调节平衡 人体平衡受心理因素的影响 人体平衡动作消耗肌肉的生理能
人体姿势控制
稳定性
方向性
COM身体质心
COG身体重心
踝调节、髋调节、跨步调节
平衡能力评估
静态平衡能力评估
闭眼单脚站立测试、踏木测试、平衡功能检测
动态平衡能力评估
平衡木测试、闭眼原地踏步测试等
功能性平衡能力评估
平衡量表
体育运动中的流体力学
流体力学的基本原理
流体的特性
流动性
粘滞性
重量和密度
可压缩性和不可压缩性
流体静压强与静力学方程
流体内部任何表面，上都存在着垂直作用于它的压力 P=F/A (Pa)
流体内任意一点的压强P=P0+ pgh P0 :由自由面(或液面)上的表面力所引起的压强 pgh:流体的重力所引起的压强
压强的传递——帕斯卡原理
流动的分类
定常流动
非定常流动
层流和湍流
流线和迹线
流线仅代表各个流体质点在 同一定时刻t的运动速度和 方向，而迹线是流体质点的 运动轨迹。
流管
流体不能穿过流管表面，只能在管内或管外流动。
流管中的流速可以代表全断面上所有点的平均速率 和方向。
流束
流管中的流线族
过流断面和流量
过流断面的面积用A表示流量：单位时间内通过流管中过流断面的流体量。以Q表示，Q= vxA,v是流管中流体的平均速度。
流体连续原理（质量守恒）
ρ1v1A1=ρ2v2A2=常数
v1A1=v2A2=Q
伯努利方程
人体在流体中的运动
流体总阻力的估算
FD为流体的阻力; p为流体的密度; CD为阻 力系数，与运动物体的形状有关; A为与流 动流体相对的正面投影面积; v为人体或器 械相对于流体的运动速度。
流线型
保持层流防止湍流出现
流体阻力的分类
摩擦阻力、压差阻力、兴波阻力、惯性阻力
升力
运动器械在流体中的运动
运动生物力学实验
相片法测人体重心
双脚原地纵跳的力学实验特征
AMTI测力台
人体静态平衡能力的测量与分析
人体平衡测试系统super balance
运动学参数测量与分析
8镜头的红外运动捕捉系统（vicon）
平地行走时足底压力测量与分析
Foot Scan；平板式足底压力测量系统
动作技术的生物力学分析
走
走与跑的区别
跑
跳
投
鞭打动作
动力链
人体运动的动力学
动力学参数及动力学数据采集方法
力
内力外力
三要素：大小方向作用点
重力
摩擦力
静摩擦力
滑动摩擦力
增大有益摩擦： 改变接触面性质 增大接触面粗糙程度 减小有害摩擦 改变接触面性质 减小接触面的粗糙程度
弹力
动力学数据采集
测力台：地面反作用力
足底压力平板、鞋垫
动力学参数
M=r*F M=Frsinθ= Fd
动量与动量距
动量p=mv
动量矩L=Jω
冲量与冲量矩
冲量I=Ft
冲量矩J=Mt
功和功率
W=FScosα
P=W/t=Fvcosα
机械能
平动动能
Ek=½mv²
转动动能
Et=½Jω²
重力势能
Eg=mgh
弹性势能
Ep=½kx²
动力学原理与应用-平动
落地缓冲延长地面反作用力的作用时间以达到减小冲击力的效果；投掷项目超越器械动作可以延长力的作用时间以增大冲量，提高器械的出手速度
F·Δt =mV2-mV1
动量守恒定律
动力学原理与应用-转动
转动运动中的定理
M=I*β
动量矩守恒
机械能守恒
人体运动的运动学
运动学特征
运动学参数
时间参数
时刻、时间、频率
空间参数
路程、位移、角位移
时空参数
速度、速率、角速度、加速度、角加速度
人体运动相对性原理
惯性参考系
非惯性参考系
坐标系
人体运动学参数的采集
摄像
图像解析与数据处理
数据分析
各关节点坐标位移速度
人体重心的坐标位移速度
各关节的角度、角速度
其他派生指标
直线运动与抛体运动
直线运动
匀速
变速
匀变速
基本公式: V+=V0+at S=V0t+ 1/2at² Vt²=V0²+2as
非匀变速
抛体运动
平抛
水平方向:匀速直线运动a=0 垂直方向:自由落体运动a=g
斜抛
水平方向:匀速直线运动a=0 垂直方向:以g为加速度的匀变速直线运动
抛出点与落地点再同一水平面上、抛出点高于落地点、抛出点低于落地点
同一平面抛体运动远度影响因素 S=Vg2*sin2a/g
抛点高于落点的抛体运动最佳出手角度 sina=V0/√2(V0²+ gH)
绪论
运动生物力学的概念、主要内容、任务、发展趋势
研究人体运动力学规律的一门学科
主要内容
肌肉力量、人体静力学、人体运动的运动学、人体运动的动力学
任务
研究人体结构和机能的力学特征
设计研发运动器械
分析动作技术揭示动作原理
防止运动损伤
发展趋势
照相、静态测力动态测力、力学模型研究、人体健康领域应用等
