运动生物力学

1. 运动生物力学 重庆文理学院体育系 匡 晶

2. 运动生物力学（Sport Biomechanics） 把体育运动中各项动作技术的研究课题，赋予生物学和力学的观点及方法，使复杂的体育动作技术奠基定最基本的 生物学和力学的规律之上，并加以数学、力学、生物学及运动技术原理的形式加以定量描述。

3. （二）人体运动的形式 1、直线运动和曲线运动 （1）.直线运动 1》匀速直线运动 2》变速直线运动 （2）.曲线运动 1》圆周运动 2》斜抛物体运动

4. 抛点与落点不在同一水平面上的斜上抛运动 抛射点高于落点的斜上抛 如：铅球投掷，有最佳角问题 • 出手高度不同，初速度不同的情况下，最佳抛射角度是不同的。最佳抛射角度不应是指某一特定的角度。

5. 五、运动学量的特性 （一）瞬时性 （二）矢量性 （三）相对性 （四）独立性

6. 第六章 人体运动的动力学 人体运动的运动学是研究人体在时间、空间上的各种运动状态及其变化规律，但没有阐明变化的原因。而人体运动状态的变化原因正是人体运动的动力学的主要研究内容。

7. 第六章 人体运动的动力学 重点： 牛顿运动定律及其在体育运动中的应用。

8. 一、人体运动中的力 （一）力的概念 力是物体间的相互作用。力的作用离不开物体。 如: 肌肉张力、韧带张力、组织粘滞力、关节约束力等等。 力的作用可使物体产生加速度和产生形变。 力的三要素：力具有方向性，线段的长度代表力的大小，线段的起点代表力的作用点。 （二）人体运动的内力和外力 如果把人体看作一个力学系统，那么，人体内部各部分相互作用的力称为人体内力。

9. 虽然可引起人体力学系统各部分之间的相互作用，但不能引起人体整体运动状态的改变。虽然可引起人体力学系统各部分之间的相互作用，但不能引起人体整体运动状态的改变。 例如：举重运动员力大无比却无法自举其 身。 例如：骑自行车后座带一个同学， 如后面那个同学用力推自行车， 是否自行车会加快？

10. 如果把人体看成一个力学系统，那么来自人体外界作用于人体的力称为人体外力。如果把人体看成一个力学系统，那么来自人体外界作用于人体的力称为人体外力。 只有外力可以引起人体整体运动状态的改变，如人体由静止状态改变为运动状态。

11. （三）人体在运动中所受到的外力 1.重力 重力是指地球上的物体所受到的地球引力。 相互接触的两物体，在接触面上发生的阻碍相对运动或相对运动趋势的相互作用力，称为摩擦力。 摩擦力分为静摩擦力和滑动摩擦力。 公式：W=mg 重力的大小也叫重量。物理学中，重量与质量是两个不同的概念。 2.摩擦力

12. （1）静摩擦力： 相互接触的二物体有相对滑动趋势，而又保持相对静止时，在接触面上产生阻止其出现相对滑动的力，称为静摩擦力。两物体即将滑动时的静摩擦力称为最大静摩擦力。 （2）滑动摩擦力： • Fmax=µ0N（µ0为静摩擦系数，N为正压力） 当两个物体相互接触并发生相对滑动时，二物体的接触面上产生阻碍物体相对滑动的力，称为滑动摩擦力。 公式：f=μN 受N和µ的影响 体育运动中的应用（钉鞋、镁粉、润滑油等）

13. 3.弹力 发生形变的物体，要恢复原来的形状而作用在与它相接触的物体上的力，叫做弹性力。 以物体发生形变为先决条件。 产生的弹性力可作用在人体上，加大人体运动的速度或动作幅度

14. 二、牛顿运动定律及其应用 （一）牛顿第一运动定律及其应用 任何物体，在不受力作用时（物体所受合外力为零），都保持静止状态或匀速直线运动状态。 根据定律得知，力不是引起和维持物体运动的原因。不受外力的作用，匀速直线运动的物体仍可保持匀速直线运动。 因此，力是引起物体运动状态改变的原因。

15. 应用 保持一定的速度比改变速度要容易、省力的多，特别注意动作的连贯性，尽可能避免平凡地改变运动速度，以减少不必要的负荷。 克服惯力，实际上是指改变物体的运动状态。 如举重，动作中途停顿，则会加大动作的难度，甚至会导致动作的失败。

16. （二）牛顿第二运动定律及其应用 当一个物体受到的合外力不为零时，其运动状态将发生变化，即产生加速度， 加速度与合外力成正比，与其质量成反比，加速度的方向与合外力的方向一致。 用公式表示为： F=ma 力的单位：牛顿 1（N）=1（kg） ×1（m/s2） 1（公斤力）=9.8（牛顿）

17. 例题1： • 某滑冰运动员质量为50公斤，当不用力后，在20秒内滑行了32米停下（假设作匀速减速运动），求他在停下来的过程中，受到的平均阻力为多少？ S＝V0t+1/2at2 Vt=0 解：∵ ∴ V0=2S/t=3.2(m/s) F=ma=50×(-0.16)=-8(N) 答：

18. 三、牛顿第三运动定律及其应用 1．两物体相互作用时，物体甲对物体乙的作用力F1与物体乙对物体甲的反作用力F2大小相等、方向相反、沿同一直线，且分别作用于两个物体甲与乙， 即：F1=-F2。 例如：跑步时，着地脚以F1作用于地面，与此 同时，地面则以F2作用于着地脚。

19. 2.第三运动定律在体育运动中的应用 最重要的是提高肌肉收缩速度和力量，以加大蹬地力从而得到一个大的反作用力，使人体运动状态发生变化。 创造良好的作用条件 鞋钉、起跑器

20. 又如： 运动员推铅球时，人对球，球对人的作用力大小相等，但铅球向前的加速度远大于人向后的加速度，运动员体重越大，这种效果越明显，这也是投掷运动员需要加大体重的力学原因。

21. 四、动量定理、动量守衡定律及其应用 （一）动量和冲量 1.动量 F为常量。冲量的单位为“牛顿·米/秒” 力学上就定义速度与质量的乘积作为物体运动量的量度，称为动量。 动量是矢量，其方向与速度方向一致， 单位为“千克·米/秒”（kg·m/s）。 • 2.冲量 • 在力学中，将作用于物体上的外力与外力的作用时间的乘积，定义为力的冲量：

22. （二）动量定理 即： 由 F=ma 得： 物体动量的增量等于其所受的冲量 物体在运动过程中，在某段时间内动量的改变量△K等于所受合外力在这段时间内的冲量I。即： △K=I

23. 例题1： 质量为0.3千克的棒球，以10米/秒的速度朝向运动员飞来。被棒打击后以15米/秒的速度反向运动，设棒与球的接触时间为0.001秒，求：（a）棒给球的冲量；（b）球所受的平均冲力。 解： F △t= m Vt-m V0 =0.3× (-15-10) =-7.5（公斤·米/秒） F=7.5/0.001=7500（牛顿） 答：

24. F1 F2 U1 U2 m2 m1 （四）动量守衡定律及其应用 任何物体系统在不受外力作用或所受外力和为零时，其总动量保持不变。 mV2-mV1=0 即： mV2=mV1=常数 设质量分别为m1,m2的两个小球，在极光滑的玻璃槽中（摩擦力小到可忽略不计），沿同一直线作同方向运动。初速度分别为V1，V2，如两球发生碰撞，碰撞时间为△t，碰撞后速度分别为U1,U2(图2-37）。在整个过程中，两球所受合外力为零。 V1 V2 m2 m1 F2△t=m2U2-m2V2 F1△t=m1U1-m1V1 ∵F1= - F2 ∴m1U1-m1V1= - (m2U2-m2V2) m1U1+m2U2 = m1V1 +m2V2

25. 动量定理在体育运动中的应用 1.超越器械在投掷项目中，为了增加器械的出手速度，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。 正确的作法是，在保证发挥肌肉最大用力的同时，通过延长力的作用距离来延长作用时间。要求在最后用力前使身体尽可能超越器械。 2.缓冲动作若要减少对人体的冲力，就得延长作用的时 间，各种落地缓冲动作就是典型的例子。

26. 系统的总动量守恒 • 是指系统内各物体的动量矢量和不变，但系统内的动量可以互相传递。 • 例如，运动中的鞭打动作，通过大关节带动小关节，借助近侧环节的制动，使近侧环节的动量向远侧传递，从而增大远侧环节或运动器械的运动速度。

27. 系统所受的合外力为零，则系统的总动量保持不变。系统的内力只能使动量在系统内部个物体之间传递转移。某环节动量的改变量传递到其它环节。系统所受的合外力为零，则系统的总动量保持不变。系统的内力只能使动量在系统内部个物体之间传递转移。某环节动量的改变量传递到其它环节。 鞭打动作、 排球扣球等

28. 思考题： 1。 试述超越器械的生物力学原理？