运动生物力学课讲稿:第四章(2007)讲解

上传人:我** 文档编号:116915780 上传时间:2019-11-17 格式:PPT 页数:57 大小:877KB
返回 下载 相关 举报
运动生物力学课讲稿:第四章(2007)讲解_第1页
第1页 / 共57页
运动生物力学课讲稿:第四章(2007)讲解_第2页
第2页 / 共57页
运动生物力学课讲稿:第四章(2007)讲解_第3页
第3页 / 共57页
运动生物力学课讲稿:第四章(2007)讲解_第4页
第4页 / 共57页
运动生物力学课讲稿:第四章(2007)讲解_第5页
第5页 / 共57页
点击查看更多>>
资源描述

《运动生物力学课讲稿:第四章(2007)讲解》由会员分享,可在线阅读,更多相关《运动生物力学课讲稿:第四章(2007)讲解(57页珍藏版)》请在金锄头文库上搜索。

1、第四章 人体平衡的生物力学 重点:人体整体平衡的生物力学条件和特点 难点:人体平衡动作的力学原理 第一节 人体平衡动作的力学原理 n 一、基本概念 (一)力与力系 n 1 力是物体之间的相互作用,这种 作用可以改变物体的运动状态。人体运 动中的力主要是人体与地面、器械、流 体的相互作用。 n2 力的三要素:大小、方向、作用点 。力是矢量。 FA 力的单位: 国际单位制-牛顿(N) AB 3力系: 是反映作用于物体上的一组力。 在实际体育运动中,作用于人体的力 是非孤立的力,而是力系。 力 系 分 类 空间力系 平面力系 平面汇交力系 平面力偶系 平面平行力系 平面任意力系 平面特殊力系 空间任

2、意力系 空间特殊力系 平面汇交力系 平面力偶系 平面平行力系 说明: 汇交力系:作用线的延长线相交于一点 的力系。 平行力系:作用线互相平行的力系。 平衡力系:在力系作用下,物体的运动 状态不发生改变的力系。 F1 F2 F3 A 汇交力系 F1 F2 A 平行力系 B 力的合成、分解依据平行四边形法则( 三角形法则) Y X F 1 F2 R RF1 F2 R F1 F2 (二)约束、约束反力、主动力 1约束 是指阻止物体自由移动的限制 。这里涉及到自由体和非自由体。 在力的作用下可任意方向移动的物 体叫自由体,如:腾空运动的运动 员。反之叫非自由体。实际中遇到 大都是非自由体,物体相互接触

3、或 相互联系而使该物体的移动受的限 制,则称物体受到约束。 n2 约束反力 是指作用于物体的力,其大小 等于物体加在约束上的力,方向与 之相反。约束反力的方向总是同阻 碍物体运动的方向相反。 约束与约束反力 绳索,链条,皮带等柔性体对物 体的约束称为柔体约束。因柔体只 能承受拉力,不能承受压力,即只能 限制物体沿柔体伸长方向的运动,故 柔体的约束反力沿柔体的中心线背 离物体,表现为为拉力。 3体育运动中,常见的约束有三种: .无摩擦的理想约束。这种约束只阻止物体 沿接触面的法向(竖直方向)移动,如站在水 平地面上的运动员,其受的约束反力即地面给 它的弹力。 N .有摩擦的约束。 这种约束不仅阻

4、止物 体沿垂直表面方向移 动,而且阻止物体作水 平方向的移动,如跑 动中支撑腿的支撑反 力。 f N .物体与接触面无直接接触,而是通过 中间物体间接形成的约束。如吊环运动员通 过悬索作用于房顶;滑冰运动员通过冰刀施力于 冰面。 4 主动力 n 是指与约束反力性质相反的力 ,它使物体运动或有运动的趋势。 n 如:物体所受的重力,人或器械 对物体所施的推力、拉力等。 (三)力力 的的 可可 传传 性性 原原 理 理 n 力可沿其作用线任意移动,而 不改变其对物体的效应。 A B F F1 F2 (四)力的平移定理 n 1力矩、力偶矩 n 力矩:转动效果。 n 力偶:大小相等,方向相反。 n 力偶

5、矩:转动趋势。 力矩 n 定义:力与力臂的乘积冠以正、负号定义为力F 对O点的力矩。 O 转动的中心。称为力矩中 心,简称矩心 d 转动中心到力作用线之 间的距离称为力臂(注意单位) 表达式:Mo(F) = Fd 正负号规定:若力使物体绕矩心作逆时针 转向转动力矩取正号,反之取负号。 B O F2 d F1 F3 F4 问题:图示力F对O点的力矩应取什么符号? 力偶 由大小相等、方向相反、不共线的两个力组 成的力系称为力偶。 力偶对物体的效应:只产生转动效应,而无移动效应。 O r F 力偶矩方向的规定: 右手螺旋法则 右手拇指指向外法线方向为 正(+),反之为 负(-) 力偶矩: 力偶使受力

6、偶作用的物体发生转动的趋势 而产生的力矩称为力偶矩。 F A O d F A O d l A O= 把力F 作用线向某点O 平移时,须附加一个力偶, 此附加力偶的矩等于原力F 对点O 的矩。 证明: 2.力的平移定理: 举例:跑的受力分析 重 力 弹 力 摩 擦 力 阻力 n阻 力 n重力 n摩擦 力 n弹力 跑的后蹬动作的身体受力图 人体受4个力的作用: nG:重力;N:弹力;f:摩擦力;F:空气 阻力。 n根据力的平移定理,可将N、F以及摩擦力 三个力平移到重心O,并加上相应力偶矩 ,如图4-9所示,N和力偶矩Nx代替N的作 用,F和F h 代替F的作用, f和 f H代替f 的作用。 n

7、 F h+ f H- Nx0时人体向后旋转, F h+ f H- Nx=0时人体不旋转, F h+ f H- Nx0时 人体向前旋转。 (五)研究对象的受力分析五)研究对象的受力分析 n1具体步骤为: 确定研究对象;画出受力图。 n 2方法: 我们所研究的对象主要为人体,在人 体上画出主动力(重力及外加的力)和约束 反力(所有外界物体与人体的接触作用。由 于约束反力的方向不易判断,通常用约束反 力的三个分量来代替,把未知的约束反力分 解到直角坐标系中。 n3举例:燕式平衡,单杠直臂悬垂,体操中 旗动作。 燕式平衡受力分析 G N 二、力的合成与分解 n (一)合力与分力 已知分力求合力叫力的合

8、成,已知合力求分 力叫力的分解。 n (二)力的合成方法 1平行四边形法则:同一点A作用的两个力 F1和F2,以其作邻边画平行四边形,则平 行四边形的对角线即代表这两个力的合力 。 n 2 投影法:矢量在任意轴上的投影等于矢 量各分量在同一轴上投影的代数和。 n (三)力的分解 n图示力合成方法:平行四边形法则和投影法 F 1 RF1 F2 A R F F 1x F 1y 三、力系的简化与平衡三、力系的简化与平衡 n将作用于物体上的力系用一个合力,另加 相应的力矩来表示,这一过程称为力系的 简化(了解)。 n (一)共点力系的简化与平衡 n (二)共面力系的简化与平衡 n (三)空间力系的简化

9、与平衡 C O y x h B P134. 例题5 Ry Rx P P A G 第二节 人体整体平衡的生物 力学条件和特点 n 一、人体平衡的力学条件 n 人体平衡的力学条件是人 n 体所受的合外力为零和合外力 n 矩为零。表达式为: n F=0,M=0 n 如:燕式平衡,单杠直臂悬垂。 二、人体平衡的类型 n(一)人体重心的概念 n1 研究人体重心的意义: n 评定一个体育动作的质量,分析 n 其技术特征和纠正错误动作等,都需 n 要从人体重心的变化规律去分析,无 n 论是动力性的动作还是静力性的姿 n 势,探索其运动规律时,都离不开人 n 体重心。 n3 特点:人体重心不象物体那样恒定在

10、n 一个点上,不仅在一段时内, n 要受肌肉和脂肪的增长或消退 n 等因素的影响,即使在每一瞬 n 间,也要受呼吸,消化、血液 n 循环等因素的影响,特别是在 n 体育运动中,要受人体姿势变 n 化的制约,随姿势的改变,有 n 时甚至移出体外。 n 例如;体操中的“桥”,背跃式跳高的 n 过杆动作等。 2 概念:人体全部环节所受重力的 合力的作用点, 就叫人体重心。 (二)人体平衡的分类 n1 根据支点相对重心位置分类: n上支撑平衡:当人体处于平衡,且支撑点在人 n 体重心的上方。 n 如:体操中的各类悬垂动作。 n下支撑平衡:当人体处于平衡,且支撑点在人 n 体重心的下方。下支撑平衡在体

11、n 育动作中最为常见 n 如: 站立,自由体操和平衡木的平衡 n 动作以及田径、武术等。 n混合支撑平衡:是一种多支撑点的平衡状态, n 这时有的支撑点在人体重心上方, n 有的支撑点在人体重心下方。 n 如:肋木侧身平衡。 2根据平衡的稳度分类 n稳定平衡 n不稳定平衡 n随遇平衡 n有限度的稳定平衡 稳定平衡: n 人体在外力作用下,偏离平衡 位置后,当外力撤除时,人体自然 恢复平衡位置,而不需要通过肌肉 收缩恢复平衡。如果物体偏离平衡 位置的结果是物体重心升高,则该 平衡是稳定平衡,多数上支撑平衡 属稳定平衡。 n 如;单杠直臂悬垂(图4-1)。 不稳定平衡: n 人体在外力的作用下,偏

12、离平 衡位置后,当外力撤除时,人体不 仅不能回到原来的平衡位置,而是 更加偏离平衡位置。如果物体偏离 平衡位置的结果是物体重心降低, 则该平衡是稳定平衡,多数上支撑 平衡属不稳定平衡,仅在下支撑平 衡动作中出现。 n 如;单臂手倒立。 随遇平衡: n 人体在外力的作用下,偏离平 衡位置后,当外力撤除时,人体既 不回到原来的平衡位置,也不继续 偏离原位置,而是在新位置上保持 平衡。在体育中很少见,但也有。 n 如:连续完成的两个前滚翻。 有限度的稳定平衡: n 人体在外力作用下,一定限度 内偏离平衡位置,当外力撤除时, 人体回到平衡状态,但如果偏离平 衡位置超过某一限度时,人体失去 平衡。 n

13、如:太极拳中的推手。 三、人体平衡的稳定性 (一)概念: 人体平衡的稳定性是人体处于 有限稳定平衡状态时,抵抗各种破 坏平衡的作用而保持平衡的能力。 (二)影响平衡稳定性的力学因素 1、支撑面 (二)影响平衡稳定性的力学因素 2、重心高度 稳定角:重力作用线同重心与支 撑面相应边界的连线之间的夹角。稳 定角越大,稳定性越好;稳定角越小 ,稳定性越差;稳定角为零,人体处 于临界状态。如蹲距式起跑预备中 运动员尽可能将重心抬高并前移,以 减小前进方向的稳定角,以便快速破 坏平衡。 n3、体重 n稳度系数:稳定力矩(重力矩)与翻倒力 矩(外力矩)之比,常用来表示体重在平 衡时的作用。 n 稳度系数K

14、=稳定力矩/翻倒力矩 n该系数表明了物体依靠重力抵抗翻到作用 的能力。 n稳度系数: n K1,平衡不破坏; K= 1, 临界状态; K1,平衡被破坏。 人体重力矩越大,稳定系数越大, 破坏平衡所需的外界翻到力矩也越大,即 人体平衡的稳定性越好。 如:摔交、拳击、柔道项目中按体重分级 的原因之一就在于此。 1m 0.5m 1m 0.5m 1m 1m G G G F F F A B A B A B 四、人体平衡的生物学因素 n(一)人体不能绝对静止。由于呼吸活动和血液 循环必然造成人体总重心时刻变化。 n(二)人体有效支撑面小于支撑面,由于人体软 组织和力量不太大的肌肉无力平衡负荷,所以翻 倒线

15、永远位于支撑面边界之内,重力作用线未超 过支撑面边界时,人体就要提前倾倒。 n(三)人体姿势的改变可调节平衡,人体在有翻 倒趋势时往往会改变体姿,各环节会绕相邻关节 发生位移。当人体失去平衡时,通过改变体姿, 则可能会恢复平衡。 n(四)心理因素的影响,由于视觉因素造成心理 紧张,造成收缩肌群无法协调工作导致人体失去 平衡。典型的受心理因素影响的项目是平衡木。 第三节 人体平衡动作 的 生物力学分析 在考虑整体平衡的基础上,研 究人体局部平衡有助于我们更深刻 的了解肌肉参与工作的方式和程度 ,以便确定更科学合理的姿势,以 几个基本平衡动作进行分析: 一、燕式平衡 燕式平衡动作常见于体操、冰上运动和武术等 项目中,它是以单脚支撑,身体处于水平状态的平 衡动作。 1 受力分析: 2 人体平衡条件: 3 局部环节的肌肉作用:主 要收缩肌群三角肌、斜方肌、 臀大肌的作用,就是平衡相应 环节的重力矩。 4 稳定性能:不稳定。 二、吊环十字支撑 1 受

展开阅读全文
相关资源
相关搜索

当前位置:首页 > 高等教育 > 大学课件

电脑版 |金锄头文库版权所有
经营许可证:蜀ICP备13022795号 | 川公网安备 51140202000112号