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1、第四章 运动生物力学原理 第一节 摆动动作的生物力学原理 一 动作形式 在人体运动中 身体各部分所承担的任务及所起的作用是不 同的 即有主有次 有主要部分和配合部分之分 某个动作往往 主要是身体的某个部分完成的 但身体的其余部分的协调配合作 用也是很重要的 这种配合动作我们称之为肢体的摆动动作 例如 跳远动作中的 支撑腿外的摆动腿和上肢的摆动 摆动主要针对四肢而言的 1 摆动的主要目的是 一是增加全身活动协调性 保持人体平衡 二是增加动作效果 例如 在走或者跑时 当左腿向前迈出时 两臂不做相应的 摆动 其结果不但增加了向前伸出的困难 而且同时使身体 纵轴产生旋转 使人体动作失去平衡和协调 这对
2、走或者跑 是不利的 还如 在跳跃类的动作中 上肢的摆动不但可以保持人体平 衡 还可以通过摆动产生的惯性力 增加跳跃腿的起跳力 改变人体重心位置 2 二 力学原理 一 摆动动作的合理配合原理 即 某个动作的主要部分和配合部分存在合理的配合规律 例如 跳跃类项目 在缓冲阶段 下肢肌群主要做退让动作 肌 肉的退让动作可以发挥最大肌力 主要是因为起跳腿承担了摆动 腿和上肢的加速摆动而引起的额外负荷 从而使起跳力增加 而 在起跳蹬伸阶段 肌肉做克制动作 相对于缓冲阶段 肌力要小 是因为摆动腿加速度降低 减小了起跳腿的额外负荷 所以有 利于起跳腿蹬伸动作的完成 3 1 惯性力 F ma 惯性力是一种应用于
3、非惯性参考系中的虚构力 它不符合牛顿第三定律 所以说惯性力是不存在的 惯性力与相互作用力的区别 1 惯性力不是物体间的相互 作用 不存在惯性力的反作用力 2 相互作用力可以在惯 性参考系和非惯性参考系中观察到 而惯性力只有在非惯性参 考系中观察到 在人体运动中 肢体的摆动获得的是角加速度 角加速度和线 加速度的关系 a r 4 2 摆动动作的配合形式 在跑 跳动作中 所谓 蹬摆 脱节说明没有很好的利用蹬 摆动作的合理配合原理 在实践中 初学者的摆动动作往往落后于蹬地动作 这对蹬地 动作是不利的 它会增加踏跳腿的蹬伸负担 使蹬伸动作迟缓 还有另外一种情况 所谓 摆动动作超过了蹬伸动作 即 摆动动
4、作过快 超过了蹬地腿负荷能力 导致 蹬不起 产 生臀部 后坐现象 使蹬伸动作不充分 延长了蹬地时间 这往往是运动员在起跳前过分的注意摆动动作 5 配合动作的具体分析 以调高为例 起跳腿着地时刻摆动腿质心加速度在负值方向发 展 即做向下加速度摆动 在起跳腿的缓冲阶段 摆动加速度 由负值向正加速度发展 并在最大缓冲时加速度值达到最大 在起跳腿的蹬伸阶段 加速度值减小并发展成负加速度 因此 合理的跳高起跳技术 摆动动作的加速度值的变化与起跳腿 的动作阶段有一个合理的配合形式 即起跳腿处于缓冲阶段进 行加速摆动 在蹬伸阶段 摆动腿进行制动 这样的配合形式 使得起跳腿在着地时刻 其惯性力的作用有利于减少
5、人体与 地面的冲击作用 在缓冲阶段 有利于增加蹬地力 在蹬伸阶 段 有利于获得更好的蹬地速度 6 二 摆动动作的转动力学 一般而言 上肢的摆动是以肩关节为轴转动 下肢的摆动是以髋 关节为轴转动 所以摆动的本质就是转动 1 转动定律 M J 思考 要增加肢体摆动的角加速度 该如何做 减少转动惯量 增加肌力矩 前者可以通过肢体的弯曲来改变转动惯量的大小 后者可以通 过增大肌肉力量和肌力臂来增加肌力矩 7 2 动量矩定理 角动量定理 M J 进行推导 动量矩定理表明 刚体动量矩的增加量等于它所受到的冲量矩 3 动量矩守恒定律 当合外力为零时 动量矩不变 应用 就是人体在腾空时 可以通过改变姿态和环节
6、的变化 实 现人体转动速度和动量矩在轴之间的转移 4 动量矩的转移 动量矩在身体内的转移或传递主要就是利用某些身体环节的突 然制动 从而使这些环节原已获得的动量矩向相邻环节传递或 转移 8 三 实例分析 1 短跑途中跑摆腿动作的力学分析 加大摆腿的力量和幅度 提高步长 加快摆动的速度 提高步频 有两条途径 增加摆动腿的转动 力矩 根据转动定律 角加速度与转动力矩呈正比 与转动惯 性呈反比 转动惯性与转动半径有关 2 跳跃项目中摆动动作的力学分析 9 三 动作特征 1 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速 度 2 摆动动作与主体动作的合理配合 3 摆动肢体的适时制动是动量矩转移的关键 10 11
