运动学基础--第二章 运动学基础

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1、运动学基础,泉州中医院康复科王泽雄,第二章 运动力学基础,一、运动中的力与力矩 二、人体运动的动力学 三、人体运动的静力学 四、人体运动的转动力学 五、骨与关节生物力学,第一节 运动中的力与力矩,一、运动中的力 力：一个物体对另一个物体的作用，是使物体产生形变或线运动状态改变的原因，包括外力和内力。内力：人体内部各个部分互相作用的力（肌力、韧带张力、软骨应力、骨应力） 外力：外来的作用力。重力、摩擦力、支撑反作用力，流体作用力，器械的阻力等。二、运动中的力矩 力矩：力和力臂的乘积，是使物体转动状态改变的原因。,（一）、外力,1、重力： G=mg（重力=质量重力加速度）重力与运动康复之间的联系：

2、中风后功能位的保持,2.摩擦力（静摩擦力、滚动摩擦力与滑动摩擦力） f=FN* FN：正压力（不一定等于施力物体的重力）：动摩擦因数,摩擦力与康复： 应用于康复器械中，如拐杖前的橡皮垫、矫形器纹路，其他相关训练,3.支撑反作用力,在静止状态下地面或器械通过支撑点作用于人体对重力的反作用力,4.流体作用力,人体在流体中运动时所承受的流体阻力，能抵消大部分的重力,5.器械的其他阻力,虎克定律：固体材料受力之后， 材料中的应力与应变（单位变形量） 之间成线性关系。F=kx或F=kx，其中k是常数，是物体的劲度（倔强）系数。在国际单位制中，F的单位是牛，x的单位是米，它是形变量（弹性形变），k的单位是

3、牛/米。倔强系数在数值上等于弹簧伸长（或缩短）单位长度时的弹力。,6.弹性力,（二）内力,定义：是指人体内部各组织器官间相互作用的力。各种内力总要相互适应，以维持最佳活动，同时也不断和外力相抗衡以适应人体生活的需要。1）肌拉力 2）组织弹力 3）其他内力：各内脏器官的摩擦力、内脏器官和固定装置间的阻力、血液淋巴液在管道内流动时产生的流体阻力，在分流时产生的湍流等。,（二）内力,1、肌拉力 这种力通过其在骨骼上的附着点，可以维持人体姿势，引起人体内部各部分、各环节间的相对运动。是人体内力中最重要的主动力。 肌拉力线：肌肉起点、止点中心的连线。若是超关节，则以动点中心到拐弯中心的连线。,（二）内力

4、,2、组织弹力：当机体拉伸、压缩、扭转时会发生形变，弹力是机体形变做功的能力。 希尔三元素：a，可收缩成分：骨骼肌纤维b，串联弹性元：肌腱c，并联弹性元：结缔组织,（二）内力,3、其他：各内脏器官的摩擦力、内脏器官和固定装置间的阻力、血液淋巴液在管道内流动时产生的流体阻力，在分流时产生的湍流等。,（三）力的合成与分解,1、合力与分力 2、力的合成 3、力的分解力的平行四边形法则,力的平行四边形法则,(四)力的时间与空间累积效应,1、力的时间累积效应:在力学上，将作用于物体的合外力与其作用时间的乘积称为冲量。2、力的空间累积效应：力与力作用方向上移动距离的乘积(F.S)，是力的空间累积效应，在力

5、学上称力对物体做了功。,1）、动量定理,物体在运动过程中，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。即：,动量定理和动量守恒定律：,1. 动量与冲量的概念 动量（矢量性），单位：米.千克/秒（m. kg/ s）。 冲量（矢量性）单位：牛顿.秒（N. s）,动量定理在体育运动中的应用,1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。这要求在发挥最大力量的同时，延长力的作用时间。,动量定理在体育运动中的应用,2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。,动量定理在体育运动中的应用,3.为了给物体或人体

6、强大的冲击力，要求物体与人体接触的时间要短。,任何物质系统在不受外力作用或所受外力之和为零时，其总动量保持不变。这就是动量守恒定律。 在动量定理中，当Ft=0时得mVtmV1=0 即： mVt=mV1,动量守恒定律,在人体：我们认为，人体是由多环节组成的生物系统，各个环节的动量的矢量和等于人体的总动量。当人体整体所受外力为零时，人体内力可改变各个环节的相对位置，使环节的动量发生相互传递，但不能改变人体的总动量。,动量守恒定律,总动量=各肢体环节的矢量和,二、运动中的力矩,力矩：作用于物体或人体的合力与支点到力作用线距离的乘积（M=F*d） 阻力矩：与力矩作用方向相反。如握球屈曲肘关节。力偶矩：

7、大小相等，方向相反，作用线相互平行，如拧螺丝偏心矩：物体无支撑情况下，力线不通过重心，引起物体转动，也就是偏心力的力矩。如乒乓球中旋转球。,杠杆的原理,（1）第1类杠杆 平衡（2）第2类杠杆 省力杠杆 （3）第3类杠杆 速度杠杆,（1）第1类杠杆 平衡,Axis,Force,Resist,Example: Neck extension,（2）第2类杠杆 省力杠杆,Force,Force,Resist.,Axis,通过籽骨、肌在骨上附着点的隆起等来延长力臂。,Force,（3）第3类杠杆 速度杠杆,3.杠杆的原理在康复医学中的应用,（1）省力 要用较小的力去克服较大阻力，就要使力臂增长或缩短阻力

8、臂。,3.杠杆的原理在康复医学中的应用,（2）获得速度 为使阻力点移动的幅度和速度增大，就要增加阻力臂和缩短力臂。,（3）防止损伤 从杠杆原理可知速度杠杆一般不能省力，而人体骨骼与肌组成的杠杆大多属于速度杠杆， 所以阻力过大的时候，容易引起运动杠杆各环节，特别是其力点和支点，即肌腱、肌止点以及关节的损伤。注意：除通过训练增强肌力以外，还应适当控制阻力及阻力矩，以保护肌杠杆。,第二节人体运动的动力学,一、牛顿运动定律 二、牛顿运动定律在人体运动中的应用,一、牛顿运动定律,（一）牛顿第一定律（惯性定律）及其应用 定义：只有在收到外力作用，并且外力作用的合力不为零时，物体重心的运动状态才会改变。 应

9、用：合理利用惯性，提高运动效率以适宜的均匀速度长跑动作连贯不停顿完成举重动作匀速运动可以节省能量 自行车 车辆克服重物惯性要遵循骨骼肌活动顺序原理 推铅球要从下至上发力举重物要下蹲,牛顿第二定律及其应用,牛顿第二定律：当物体收到的合外力不为零时，物体的运动状态会发生改变。（加速度定律） 计算 F=ma这点也就是前面所言的冲量的内容,牛顿第三定律及其应用,牛顿第三定律：作用力与反作用力牛顿第三定律的应用：增加人体对外界的作用力可以增大外界对人体的反作用力（起跑）,第三节人体运动静力学,人体的平衡是指物体速度和方向不变的状态。分为动态平衡和静态平衡，稳定是物体保持平衡的能力，两者都是运动的重要基础

10、。一、力系平衡条件与人体平衡类型 二、稳定性及其影响因素 三、人体平衡与稳定特点,（一）人体平衡人体保持某一姿态的稳定性或动态中的控制能力。,静止状态,匀速运动状态,二、人体或人体局部受力分析,力系平衡的条件和类型,（一）、平衡条件-合力为零，合力矩为零 1、共点，共线力系：拔河 2、平面交汇力系 3、平面平行力系 4、空间一般力系,平面汇交力系,平面平行力系,空间一般力系,力系平衡的类型,（二）、平衡类型 上支撑点平衡 重点与支撑点的关系 下支撑点平衡混合支撑平衡 平衡稳定平衡平衡稳定程度 有限稳定平衡不稳定平衡随遇平衡,人体平衡的分类,上支撑平衡（悬垂平衡） 下支撑平衡（倒立平衡） 混合支

11、撑平衡（肋木侧平衡）,1、根据人体重心与支撑点的位置关系,2、根据平衡的稳定性（稳度）-保持平衡的能力,稳定平衡（吊袋、悬垂 ） 有限度的稳定平衡（人下支撑平衡） 不稳定平衡（单臂倒立） 随遇平衡（球的平衡）,（1）上支撑平衡：当人体处于平衡，且支点在人体重心的上方，这种平衡状态称为上支撑平衡。如体操中的各种悬垂动作。,人体平衡的分类,（2）下支撑平衡：当人体处于平衡，且支点在人体重心的下方，这种平衡状态称为下支撑平衡。例如，站立、平衡木上的平衡动作。,（3）混合支撑平衡：是一种多支撑点的平衡状态，这时有的支撑点在人体重心上方，有的支撑点在人体重心的下方。例如，肋木侧身平衡。,人体平衡的分类,

12、（1）稳定平衡：去除破坏平衡力的作用后可恢复平衡。其特点是当偏离平衡位置时，重心升高，产生的重力矩使物体向平衡位置运动。 （2）不稳定平衡：去除破坏平衡力的作用后不可恢复平衡。其特点是偏离平衡位置时，重心降低，产生的重力矩使物体继续倾倒。仅在下支撑平衡动作出现。,根据平衡的稳定程度把人体平衡分为4种：,人体平衡的分类,（3）有限度的稳定平衡：去除破坏平衡力的作用后仅能在有限的范围内恢复平衡。其特点是在一定限度内的偏离平衡位置时，人体重心升高，产生的重力矩使人体向平衡位置移动，最终恢复平衡。（4）随遇平衡：不管什么位置下都能平衡。其特点是偏离原来位置时，重心高度不变，不产生使物体位置移动的重力矩

13、。,二、人体平衡的条件（稳定性及其影响因素）,与平衡有关的因素: 支撑面； 重心； 稳定角； 平衡角； 稳定系数；,(1)支撑面 由支撑点和他们所围成的面积。支撑面越大，稳定性越大。,（2）重心：重心越低，则稳定性越大。,人体重心位置 正常站立姿势下人体重心位置。,人体重心的变化,人体重心位置，人体重心位置随人体姿势变化而改变。,人体重心的变化,人体重心可移动出身体之外。,为了训练平衡功能差的患者的平衡能力，开始训练时，可以先练习坐位（重心低支撑面较大）平衡，完成后练习立位平衡时，可先分开双腿以加大支撑面使重心比较低，练习静态和动态平衡，达到一定效果后，再逐渐过渡到并足训练。,应用,（3）稳定

14、角,是重心垂直投影线和重心至支撑面边缘相应点的连线间的夹角。 某方向上的稳定角越大，人体在该方向上的稳定程度越大。,（4）平衡角,等于某方位平面上稳定角的总和。它可以说明物体在某方位上总的稳定程度， 通常称为稳度，即物体失去平衡的难易程度。,一个物体是否失去平衡，取决于该物体重心垂直投影线是否落在支撑面内。,（5）稳定系数：稳定力矩与倾倒力矩的比值,分别讨论： K1，K1，K1时，物体本身重力产生的恢复力矩足以对抗倾倒， 当K1时，物体恢复力矩对抗不了倾倒力矩，物体倾倒，平衡破坏。 所以，物体越重，其稳定力矩越大，抗倾倒的能力越强。,三、人体平衡与稳定特点,1、人体不能处于绝对静止的状态 由于

15、人体的呼吸和循环的存在，肌张力也不恒定，重心在一定范围内波动，因此人体平衡是相对的静态平衡。,2、人体形状可变人体在完成或维持静力姿势的过程中，当人体重心发生偏移有失去平衡的倾向时，人体能借助于补偿动作在一定范围内“中和”或“抵消”重心的不适宜移动。,人体的补偿作用,达瓦孜,3、人体内力在维持平衡中起重要作用在某些静力性姿势中，维持平衡的不仅仅是重力和支撑反作用力。而是由重力矩与肌肉和韧带的拉力矩共同维持的，如体操的平衡动作。,4、人体平衡受心理因素影响 5、感觉系统在保持人体平衡的作用。,第四节、人体运动的转动力学,转动运动学 转动动力学 转动定律的应用,一、转动运动学,人体各个环节的运动都

16、是围绕关节轴的转动,走、跑、跳等动作是通过关节的转动来实现的。所以，转动是人体运动的基础。,（一）人体转动的转动轴,转动轴：刚体转动时，各点都做圆周运动形成大小不等的同心圆，各圆中心部位都位于同一条直线上，称为转动轴。实体轴：实体器械提供的轴，如体操单杠。非实体轴：人体自身特定的直线，XYZ三轴（前面说过的）,（二）、角运动学,1.角速度 人体/肢体在单位时间内转过的角度叫角速度。它是矢量，其方向与角位移方向相同。 2.线速度 是质点围绕一点转动或者人体围绕某个轴转动时，质点或者人体上各点的瞬时速度。它具体描述转动的人体或器械上各个点转动的快慢。 3.角加速度 指单位时间内角速度的变化量。它也是矢量。 4.角位移 人体整体或环节围绕某个轴转动时转过的角度叫角位移。,二、转动动力学,1. 形成人体转动的力学条件-外力矩不为零 人体转动， 一种是人体局部肢体在肌肉力的作用下，牵引骨骼绕关节轴的转动， 一种是人体整体绕人体基本运动轴的转动。,