生物力学考试

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1、生物力学考试复习资料生物力学考试复习资料 前前 1717 题考题考 6-86-8 个题目，个题目，18-2018-20 考考 2 2 题题 一一.简答题简答题 1.1.举例说明牛顿第一运动定律在体育中的应用举例说明牛顿第一运动定律在体育中的应用 答：牛顿第一运动定律，又称惯性定律，它科学地阐明了力和惯性这两个物理概念，正确地 解释了力和运动状态的关系，并提出了并提出了一切物体都具有保持其运动状态不变的属性 惯性。 1.如保持一定的速度比改变速度容易很多，因此在长距离的游泳，赛跑中，提倡用适宜的较 稳定的速度游、跑等； 2.如在体操中，特别注意动作的连贯性，避免频繁的改变动作速度，减少不必要的负

2、荷；3. 如上举杠铃、单杠及撑杆跳高中的引体向上动作，如能够保持动作的连贯性，则能够较 容易的完成。反之，动作中途停止，则会加大动作的难度； 4.如自行车运动中对惯性的运用，在运动员蹬到最大速度的时候，自行车就可以利用惯性前 进，减少运动员的体力损耗； 5.如在羽毛球技术中的对惯性的运用，在击球的时候保持动作的连贯性，就可以击出更加省 力、落点更加准确的球，对运动员的技术的发挥具有重要作用。 2.2.举例说明牛顿第三运动定律在体育中的应用举例说明牛顿第三运动定律在体育中的应用 答：两物体相互作用时，它们对各自对方的相互作用力总是大小相等而方向相反的。作用力 和反作用力分别作用在不同的物体上，分

3、别产生各自的效应。牛顿第三定律表明了力是物体间的 相互作用。相互作用力总是等大、反向、沿同一直线。 在走、跑、跳等动作时，人体获得的动力是人蹬地过程中，地面给人体的反作用力。要获得 较大的反作用力作为人体运动的动力，必须加大人对地面的蹬地力。这又取决于人体肌肉活动引 起的对地面作用力的大小。肌肉活动是主动的。为了提高人体运动效果，最重要的是提高肌肉收 缩速度和力量，以加大蹬地力从而获得一个大的反作用力，使人体运动状态发生变化。 3.3.举例说明体育运动中出现的失重和超重现象举例说明体育运动中出现的失重和超重现象 答：失重现象：支撑反作用力小于体重；超重现象：支撑反作用力大于体重 例如在原地纵跳

4、中，在下蹲的时候支撑反作用力小于自身的体重，这时候是失重现象；而在 蹬伸的过程中，支撑反作用力是大于自身体重的，这时候是超重现象。在原地纵跳中，下蹲和蹬 伸的过程中，动态支撑反作用力是不断变化的。 4.4.分析说明摆臂在跳跃动作中的作用分析说明摆臂在跳跃动作中的作用 答：1. 摆臂可以大幅度地提高身体的重心高，增加地面反作用力，增加蹬地的作用力； 2.向上加速摆臂可以增加起跳力； 3.良好的摆臂动作可以使脚在着地瞬间获得较大的运动速度。 5.5.举例说明动量定理在体育中的应用举例说明动量定理在体育中的应用 答：动量定理亦称动量原理，是描述物体机械运动状态变化规律的基本定理之一。物体在运 动过程

5、中，在某段时间内动量的改变等于所受合外力在这段时间内的冲量。 动量定理在体育运动的研究中应用广泛，根据此定理，可以对运动技术提出一些一般性的原则 1.在投掷项目中，往往要求在最后用力前使身体尽可能超越器械。其作用：一是可使原动肌充 分拉长，以提高肌肉的收缩力；另一方面可延长最后用力的作用距离，从而延长作用时间，达到 最大冲量的目的。这在体育中多见，如短跑中要求后蹬充分，以增大蹬地时的工作距离来增加力 的作用时间；游泳运动员曲臂“s”型划水代替直臂划水，其目的也是增加力的作用时间； 2.如若要减少对人体的冲力，就得延长力作用的时间，各种落地缓冲动作就是典型的例子。由 动量定理可知，如果动量的变化

6、量是一个常量，既冲量值也是一个常量。这时延长作用时间，就 可以减少冲力的大小。如落地动作，一般要求从前脚掌着地，迅速过渡到全脚掌，同时屈膝，屈 髋，伸踝，其目的就是延长与地面的作用时间，减少冲力对人体的作用。又如接高速来球，当手 接球的同时屈肘回收，顺势接球，可以延长手与球的作用时间，从而减少球对手的冲力； 3.运用动量定理还可以计算人体运动中的一些力学参数。在跳跃项目中，用测力台测出踏跳力 随时间的变化曲线，就可以求出人体所受的冲量，运用动量定理，则可以求出人体腾空的速度。 6.6.举例说明增加肢体转动效果的方法举例说明增加肢体转动效果的方法 答：（1）增加肌肉对骨杠杆的拉力矩。由转动定律和

7、动量守恒定律可知，肢体转动惯量不变时，增加肌力距，可加大肢体的转动角速度。肌力距等于肌力与肌力臂的乘积。欲增大肌力距， 一方面增大肌力的大小，另一方面增大肌力臂。在肢体的运动过程中，由于肌肉拉力角的变化， 会引起肌力臂的变化。当肌肉拉力角为 90 度时，其力臂达到最大值。（2）减小肢体的转动惯量。人体肌肉力量是有限的，肌力对某一轴的肌力距也是有限的。当肌 力距一定时，减少肢体的转动惯量，可以增大转动角速度，最终可以增加转动的角速度。因而， 在肢体的转动中，如果将肢体的各组成环节的质量尽可能靠近转动轴，减少肢体对轴的转动惯量， 从而加大肢体的摆动速度。 例如在跑步中的摆臂摆腿动作，为加快摆动的角

8、速度，采用屈肘摆臂；小腿在后摆时，尽量 靠近大腿折叠动作，使整个下肢绕髋关节轴的转动惯量减少，以提高摆动的角速度。 7.7.举例说明动量矩守恒定律在体育中的应用。举例说明动量矩守恒定律在体育中的应用。 答：腾空状态时人体转动动作的基本力学原理，当物体所受的合外力距为零时，其总动量距 保持不变，这就是动量矩守恒定律。 人体处于无支撑的腾空状态完成动作时，由于人体两端均无约束，因此身体某一部分向某一 方向活动（转动）时，身体的另一部分会同时产生相反方向的活动（转动） ，这种身体两部分相互 接近（或远离）的运动形式称相向运动。 如挺身式跳远的空中动作，运动员空中动作的任务是采取适宜的姿势，减少在起跳

9、制动时所 产生的绕额状轴转动的角速度，并为落地动作做好准备。因此，要求运动员在起跳后摆动腿伸前， 然后向后下方摆动，两腿在身体后方并拢并背腿，同时两臂向后上方摆，使整个身体呈背伸挺胸 姿势。此时，头、臂与下肢产生相向运动。当落地前做收腹举腿动作，上身的前屈下压动作，有 利于举腿前伸。这上下两部分的相向运动是在内力距的作用下产生的。 8.8.说明人体腾空状态下为什么会产生身体相向运动，试举两例说明在哪些项目中运动员表现说明人体腾空状态下为什么会产生身体相向运动，试举两例说明在哪些项目中运动员表现 出身体的相向运动。出身体的相向运动。 答：腾空状态时，所受的合外力距为零，其总动量距保持不变。肢体的

10、相向运动:腾空状态， 人体某部分肢体以一定大小的动量矩绕轴的某一方向转动时，另一部分肢体便以大小相等的动量 矩绕同一轴向相反的方向转动，这种现象称为“相向运动” 。作相向运动的力学条件就是动量矩的 矢量和等于零。 在体育运动中，相向运动的现象在许多项目中都可以看到。如在跨栏时上下肢运动；排球扣 球的背伸挺胸和收腹挥臂的扣杀，都可以用动量守恒定律进行力学分析。 9.9.画图说明香蕉球产生原理画图说明香蕉球产生原理答：香蕉球又称弧 线球。伯努利原理： “在流水或气流里, 如果流速小,对旁侧 的压力就大,如果流 速大,对旁侧的压力 就小。 ”足球队员用 脚踢球时,只踢球的 一小部分,把球“搓” 起来

11、,球受力,就发 生旋转,而当球在空中高速旋转并向前飞行时,球的两侧一 边速度大,一边速度小,相对讲,空气在球的两侧也就一边 流速大,一边流速小。根据伯努利原理, 球就受到了一个 横向的压力差,这个压力差,使球向旁侧偏离,而球又是不断向前飞行着,在这种情况下,足球同时参 与了两个直线运动,便沿一条弯曲的弧线运行了。 当足球以 W W 角速度旋转使 A 方的气体流速加大，而使 B 方气流速度减慢，由伯努利定律可知： P PBB P PA,VA,V 球的方向将向 A 方偏转，产生香蕉球。 10.10.分析说明高尔夫球的分析说明高尔夫球的“凹坑凹坑”的作用。的作用。 答：空气动力学家把这个力分成两部分

12、：升力及阻力。阻力的作用方向与运动方向相反，而 升力的作用方向则朝上。高尔夫球表面的小凹坑可以减少空气的阻力，增加球的升力。一颗高速飞行的高尔夫球，其前方会有一高压区。空气流经球的前缘再流到后方时会与球体分离。同时， 球的后方会有一个紊流尾流区，在此区域气流起伏扰动，导致后方的压力较低。尾流的范围会影 响阻力的大小。通常说来，尾流范围越小，球体后方的压力就越大，空气对球的阻力就越小。小 凹坑可使空气形成一层紧贴球表面的薄薄的紊流边界层，使得平滑的气流顺着球形多往后走一些， 从而减小尾流的范围。因此，有凹坑的球所受的阻力大约只有平滑圆球的一半。 小凹坑也会影响 高尔夫球的升力。一个表面不平滑的回

13、旋球，会像飞机机翼般偏折气流以产生升力。球的自旋可 使球下方的气压比上方高，这种不平衡可以产生往上的推力。高尔夫球的自旋大约提供了一半的 升力。另外一半则是来自小凹坑，它可以提供最佳的升力。 大多数的高尔夫球有 300500 个小凹坑，每个坑的平均深度约为 0.025 厘米。阻力及升力对 凹坑的深度很敏感：即使只有 0.0025 厘米这么小的差异，也可以对轨迹和飞行距离造成很大的影 响。小凹坑通常是圆形的，但其他的形状也可以有极佳的空气动力性能 11.11.游泳运动员在游进过程中受到的阻力都有哪些？试说明高科技泳装是如何减小游进阻力的？游泳运动员在游进过程中受到的阻力都有哪些？试说明高科技泳装

14、是如何减小游进阻力的？ 答：一、阻力：1.摩擦阻力，由于水具有粘滞性，运动员游进时，紧贴体肤有一层水随着运 动员的皮肤前进，因而形成边界层，产生切应力，即摩擦力。 2.形状阻力（压差阻力）它是由于水的粘滞性原因、运动员游进时使其背部和身后产生涡旋 和伴流、使人体消耗一定的能量而形成阻力。它与运动员的体型、姿势及游进的速度有关，故称 形状阻力。因为它是运动物体前后的压强差所致，也称之为压差阻力。 3.兴波阻力和碎波阻力，游泳时，身体部分体积浮出水面进行正常的划臂和打腿，运动员是 在两种流体的共界面运动。当运动员游进时破坏了液体的平衡而使液面产生振荡，使液面产生波 浪所消耗的能量造成阻力 ，称为兴

15、波阻力。当运动速度较快或划臂和打腿的动作会使波浪破碎形 成飞沫，造成水花这部分能量损耗形成的阻力称为碎波阻力。 二、高科技泳衣：1.可以使阻力减少 7.5%；2.使游泳的成绩提高 3 ；3.高科技泳装具有嵴 状物突起，这种嵴状物突起可以有效地减少形状阻力；4.高科技泳装具有特别的组成部分纤 维炸弹，可以有效地减少肌肉颤动，减少能量的损耗；5.增大浮力，减少摩擦阻力。6. 高科技泳 衣比一般泳衣要紧 70 倍，高科技泳衣在胸部、臀部等人体阻力最大的部位，采用特殊材料对肌肉 进行压缩，以便把运动员的身体尽可能“塑造”成流线型。 12.12.人体骨骼的力学特点有哪些？人体骨骼的力学特点有哪些？ 答：

16、1骨骼是各向异性材料，载荷方向不同其力学性质也不同。局部解剖位置不同其力学性 质也存在差异。 2成熟密质骨压缩强度最高，拉伸强度次之，剪切强度最差。顺着纤维方向的剪切强度低于 横着纤维方向的剪切强度。松质骨的强度远远低于密质骨的强度。 3应力集中会使骨骼的强度降低 4加载速度增加，骨的强度和刚度增加，吸收能量的能力增加。 13.13.人体骨骼可能受到的力学载荷有哪些？人体骨骼最能抵抗和最难抵抗的载荷形式分别是什么？人体骨骼可能受到的力学载荷有哪些？人体骨骼最能抵抗和最难抵抗的载荷形式分别是什么？ 答：可能受到的力学载荷有： 1.压缩载荷。常见于身体处于垂直姿势中，作用力从骨的两端作用于骨，一端是人体的重力 和外加的载荷的力，另一端是支撑反作用力，骨骼承受压缩载荷的能力最强；2.弯曲载荷：通常是在骨骼起杠杆作用时出现的。常见于肌肉力以及关节的压力作用于骨上， 使骨产生弯曲载荷，通常这种载荷骨骼都能够承受，但是突然的非正常载荷或外来较大的冲力作 用下骨骼易损伤。 3.拉伸载荷：常见于身体悬垂姿势中，骨的两端受到反向的拉力； 4.扭转载荷：常见于人体或局部肢体