运动生物力学
3/30/2020
1
跑的生物力学
跑是典型的周期性运动项目，是体育活动中最 基本的技能。竞技跑要求运动员用最好的跑 动技术在最短的时间内跑完所规定的路程。
根据生物力学原理对短跑进行分析，可解释跑 的一般动作规律。
3/30/2020
2
从以下方面对跑进行分 析：
一、跑步的运动学 二、跑步的动力学 三、起跑的运动生物力学分析
3/30/2020
8
2、步长、步频指数
步长和步频是一对矛盾统一
体，步长变长步频必然减小， 相反，不顾一切的提高步频， 步长也一定会缩短。
步长指数：平均步长/身高≥1.15 最大步长/身高≥1.24 平均步长/腿长≥2.16 最大步长/腿长≥2.24
步频指数：身高*步频≥8.1 身高*腿长≥4.34
❖
❖
❖
❖
❖
❖
❖
❖
平减两助做 增 冲量对 蹬 增 作可并制研 减 作用所量作来即围蹬
分少关于好 为后节加全 及蹬的大身 时角伸缓整 冲。展冲体 量从动动蹬 ，而作作摆 使增幅幅动 动大度度作 力蹬增，的 冲地大使结
大 动 力 冲 量 的 动 作 技 术
阶是蹬 段由地 ，两力 支种曲 撑技线 腿术的 膝动分 关作析 节产说 做生明 退的，
1、步长、步时、步频的构成
❖ 步长：是指脚的着地点在 运动方向上的水平距离， 又叫“单步”步长，等于 着地点距离和腾空距离之 和，是研究较多的生物力 学参数之一。频：单位时间内完成的 步数。因为腾空后运动轨 迹不再改变，所以增主要 靠支撑阶段的动作来实现。
3/30/2020
5
❖
速减着从后节蹬代腾地（所撑跑 度少地跑伸在，短空时摆示阶可 。阻距的，人而跑阶相动。段分
力离技故体是技段（腿扒”为 ，可术称腾以术：支着蹬）扒 有增原“空“不支撑地阶、蹬 利大理扒着扒是撑腿时段腾阶 于蹬可”地”被离离刻：空段 发地知）前（动地地）着阶（ 挥地，结已髋缓时时到地段也 跑角较合开、冲相刻支时，称 步度小蹬始膝再。）撑相如“ 的，的。做关后现；离 图支
（5）摆动动作维持了人体的动态平衡。
3/30/2020
11
1.4跑步蹬地技术
一个跑步周期中，在用四种不同速度时踝关节、膝关节、髋关节的变化
Page 12
Ry:人体受到地面支撑反作用力的垂直分力 F：空气阻力
Rx:水平方向分力
运动员向后转动的力矩：Rx*y+F*H; 运动员向前转动的力矩：Ry*x
量力，膝合 让，动
技时值损
术的因的人，冲标
增的并，， 加水能踝借 。
工在力 作缓冲 。
术间无失 动，关与
。
动作素冲体用量所
，
，
3/30/2020
16
三、起跑的生物力学分析
起跑姿势主要有两种：站立式 与蹲踞式。目前长跑采用站立 式，短跑采用蹲踞式。
蹲踞式起跑优势：（1）可以尽 量减小人体向前方的稳定角， 有利于人体快速突破人体原有 的静止平衡状态。（2）可以给 下肢动力肌群赋予一个适当的 初长度，使肌肉收缩时产生较 大的力量，同时还可以提高肌 肉的弹性势能。（3）可增大蹬 地的水平分力，有利于人体水 平速度的增加。
3/30/2020
3
一、跑步的运动学
（一）跑步的基本生物力学要素 （二）跑步的运动学特征 （三）跑步的摆动技术 （四）跑步的蹬地技术 （五）跑步时躯干的前倾
3/30/2020
4
1.1跑的基本生物力学要素
跑步的运动参数中最重要的是跑的速度， 跑速取决于步长和步频。影响跑步速度的 生物力学要素见图：
3/30/2020
6
跑速=步长*步频。步长又是由着地距离（人体着 地时刻重心与人体支撑离地时刻重心位置的距离） 和腾空距离两部分组成。着地距离受扒蹬技术和 脚底摩擦力的影响，腾空距离由离地速度和角度 决定。有研究者对这两个距离做过测试，着地距
离比腾空距离短。
3/30/2020
7
1.2跑步的运动学特征
起跑器的运用：获得牢固的支 撑，肌肉拉到适宜长度，提高 “预张力”。
正确的起跑姿势及原理：人体 所受起跑器或地面给人体的支 撑反作用力，在人体重心的前 下方通过，根据力的平移定理， 知该力给人体一个向后转动的 力矩，抵抗重力矩使人体就不 会向前倾倒。
运动员蹬起跑器的效果，通过 蹬地力的大小和用力时间来评 价。即用蹬地的冲量来表示。
3/30/2020
9
1.3跑步的摆动技术
3/30/2020
10
在跑步动作技术原理中非常重视摆动腿和两臂的摆动、 躯干的扭转等的结合。这些动作的意义有
（1）摆动和扭转动作的方向、幅度和速度直接影响跑步的步幅和步频； （2）在进入腾空阶段时摆动腿的鞭打动作可减少着地碰撞力，从而减少阻
力； （3）在整个蹬伸阶段摆动动作增加了支撑腿的负荷，提高了蹬地效果； （4）上肢质量相对小，可以加快节奏摆动，对下肢蹬伸起到了促进作用；
地 力 冲 量 的 产 生
大 动 力 冲 量
）使指动究 如冲出冲结 下量借量果 ：减助有表
少于关明 。减，， 具少与水 体力制平 方的动速 法作的度 （用极的
少 制 动 冲 量 ：
要机以是用作对成地 求制这影的为时的力 。以里响效评间面曲
及主跑果价的积线 相要速。蹬累等与 应分的蹬地积于时 的析主地力效力间 技它要力对应的坐
Page 17
起跑的蹬地力曲线特征
3/30/2020
18
谢谢！
3/30/2020
19
• 目前，可以采用三位测力平台测试系统， 对跑步蹬地过程中的蹬地力的变化作定量 分析，从而进行动作技术诊断。
• 测力台系统可将蹬地力以三个分立的形式 记录下来。即作用于人体前后方向的纵向 力Fx﹑左右方向的横向力Ｆy及垂直力Fz.
• 跑步蹬地力的参数值(单位：Kg)
3/30/2020
15
（二）、跑步蹬地力冲量
❖ 在跑步中躯干协同上下肢的摆动形成的扭转有利于提高上下 肢的蹬摆效果。当右支撑腿蹬伸时，右肩和左髋向前形成躯 干的扭动，增加上下肢的摆动幅度，并且实际形成了良好的 “送髋”技术,增大了步幅。
3/30/2020
13
跑步的动力学
• 跑步蹬地力 • 跑步蹬地力冲量
3/30/2020
14
（一）、跑步蹬地力