运动生物力学1、运动生物力学是研究体育运动中人体运动力学规律的科学，是体育科学学科体系的重要组成部分。

运动力学生物常指有生命活动的人体。

2、生物力学分为人类工程生物力学，劳动生物力学，整形生物力学，运动生物力学，康复生物力学，医用生物力学等。

3、人体生物力学参数包括人体惯性参数、运动学参数、动力学参数及生物学参数。

4、人体惯性参数特征：（1）质量：衡量物体平动惯性大小的物理量。

人体各环节的质量叫做各环节的绝对重量，各环节绝对质量与人体质量之比叫做各环节相对质量。

（2）重量：重量包括人体总重量和人体环节重量，人体环节重量称为环节绝对重量，环节绝对重量与人体总重量之比叫做环节相对重量，物体的重量为G，物体的质量m，重力加速度为g,G=mg.一定质量的物体，其重量随着重力加速度g的变化而变化。

（3）人体质心（重心）：质心是物质的质量中心，重心是物体各组成部分所受重力的合力作用点。

人体的总质心是指人体整体质量分布的加权平均位置。

人体重心是人体各环节所受地球引力的合力作用点。

（4）环节质心位置：纵长环节的质心（重心）大致位于纵轴上，靠近近侧端关节。

描述环节质心位置一般采用环节质心半径系数的概念即近侧端关节中心至关节质心的距离与环节长度的比值。

（5）转动惯量：(J=∑△mr2)衡量物体转动惯性大小的物理量。

[质量衡量平动惯性大小物理量，转动惯量衡量转动惯性大小物理量，质量下降，平动容易，转动惯量小，转动容易。

]（6）回转半径。

5、环节划分方法有两种，一种是以人体的结构功能为依据，分割环节的切面通过关节转动中心，并以关节中心间的连线作为环节的长度，末端环节则是关节中心与环节质心之间的连线。

另一种是以人体体表骨性标志点作为环节的参考标志，并以此确定关节长度。

6、影响人体总重心位置的因素有六个：（1）性别：女子重心的相对高度比男子低0.5%~2%（2）年龄：随着年龄的变化，重心的绝对高度与相对高度均会发生变化，婴儿重心的相对高度比成年人约高10%~15%，随着年龄的增长相对高度下降（3）运动专项，运动专项训练的方式不同会使某些运动员的局部环节质量发生及分布发生改变。

（4）体型，判定体型的主要依据就是人体肌肉和骨骼的发达程度以及脂肪积蓄程度。

（5）姿势，人体姿势的改变对重心位置有重大影响。

（6）生理与心理，这种变化很小，一般不超过身高的1%。

7、人体惯性参数测量方法归纳起来主要分三类：①尸体测量法；测量方法采用称重法和悬挂法；②活体测量法，采用水浸法（阿基米德原理）、称重法（平衡板法，应用力矩平衡方程）；放射性同位素法；CT法（郑秀瑗利用计算机X射线断层照相术，该方法首次得到了大样本的中国人的环节惯性参数。

）；核磁共振成像法；③数学模型计算法。

8、测力台实验？9、运动学参数：（1）时间参数：①时刻，时刻是人体位置的时间量度，是时间坐标轴上的一个点。

瞬时指标，②时间，平均指标，时间是运动结束时刻与运动开始时刻之间的间隔，③频率，步频，频率是动作重复性的度量，频率就是单位时间内重复进行的动作次数。

（2）空间参数：①路程，是指人体从一个位置移动到另一个位置时，人体运动的实际路线的长度，也是质点运动轨迹的全长。

②位移，是表示人体在整个运动过程中位置总的变化，既有大小又有方向，是对运动的直线量度。

③角位移，是描述人体转动的空间物理量，人体整体或环节饶某轴转动时转过的角度。

（3）时空参数：①速度，是指人体所经过的位移与通过这段位移所用时间之比是描述人体运动快慢和方向的物理量，用v表示。

速度是矢量，有大小和方向。

②速率，是指人体运动所经过的路程与通过这段路程所用的时间之比，是描述人体运动快慢程度的物理量，只有大小没有方向。

③角速度，是指人体在单位时间内转过的角度，用ω表示，是表示物体转动的快慢与转向，其单位为rad/s，④加速度，是指单位时间内人体运动速度的变化量，是描述人体运动速度变化快慢的物理量，用a表示。

在直线运动中，速度方向在通一条直线。

⑤角加速度，是表示人体转动时角速度变化的快慢，用β表示，指转动中角速度的时间变化率。

10、运动学参数相对性特征：（1）参考系：为了描述人体运动所选定的作为参考标准的物体或物体群。

①惯性参考系是指以地球或相对于地球静止不动的物体或匀速直线运动的物体作为参考系，通常称为静参考系。

例如，跑步时经常以地面作为参考系。

②非惯性参考系，是指以相对于地球做变速运动物体，或者说以相对于惯性参考系作变速运动的的物体作为参考系，通常称为动参考系。

大多数情况下，适宜人体躯干或身体重心作为参考系，因为人体躯干或身体重心的位置是不断改变的。

（2）坐标系：为定量表示人体或器械的位置相对于参考系发生的变化。

①一维坐标系②二维坐标系11、摄影拍摄方法：（1）根据项目特征和技术分析要求确定拍摄范围（2）把摄像机固定在三脚架上，对摄影机的摄距、机高、取景范围、焦距等按要求选用合适并固定（3)拍摄比例尺，比例系数一般用膨胀系数小的木材制成，其长度误差率应小于1%，通常用1m长、5~10cm宽的白色比例尺，其两端线外漆成黑色，将比例尺置于运动平面上进行拍摄（4）拍摄所选定的运动动作，并做好记录。

12、平面拍摄的注意事项：（1）摄像机主光轴应与运动平面垂直，对准拍摄区域的中心（2）摄像机尽可能远离运动平面，通常拍摄距离应为拍摄范围的5~6倍（3）背景颜色应与人体颜色有较大的反差，使图像较清晰（4）正确确定拍摄速度（5）正式拍摄前，需拍摄比例尺，移动机位进行下一定点的拍摄，则必须重拍比例尺（6）拍摄时要做好备忘录，如运动员参数、成绩、比例尺长度、拍摄距离、机高等。

13、图像解析的具体步骤是：（1）将拍摄在录像带上的图像转换为计算机可读的数字化图像文件，IEEE1394卡（2）解析比例尺确定图形尺寸与实际尺寸之间的比例系数（3）利用图像解析软件确定人体各关节点的像空间坐标（4）将人体各关节点的像空间坐标转换为真实空间中的坐标以及建立原始数据文件。

14、数据平滑方法：低通数字滤波器，原理是有选择的抛弃或衰减某一个频率，去掉原始数据曲线中一些“毛刺”，是曲线更为光滑。

15、动力学参数：力、力矩、动量、动量矩、冲量、冲量矩、功、功率、机械能。

（一）力，力是物体间的相互作用。

使物体运动状态发生改变（外效应）或发生形变（内效应），力具有方向是矢量，力的合成和分解遵循平行四边形法则，影响力作用效应的因素有力的方向、大小和作用点。

牛顿第二定律：当质量为m的物体受到外力F的作用时，将产生加速度a 加速度的大小与外力成正比，与质量成反比，加速度的方向与外力的方向相同。

F=ma，牛顿第三定律：两个物体之间的作用力和反作用力总是同时在一条直线上，大小相等，方向相反，即F1=—F2。

动量守恒定律：如果一个系统不受外力或所受外力矢量和为零，那么这个系统的总动量保持不变。

（二）力矩，是使物体转动状态发生改变的原因，用M表示转动轴到力的作用线的垂直距离称为力臂，力矩是矢量，大小为F和力臂r的乘积，方向用右手螺旋定则判定。

M=r*F.。

转动定律：刚体绕定轴转动时转动惯量与角加速度的乘积等于作用于刚体的合外力矩。

M=Jβ（三）动量，是用以描述物体在一定运动状态下具有的“运动量”用p表示即p=mv，动量是矢量，方向为速度的方向（四）动量矩，是转动惯量J和角速度ω的乘积，用L表示，动量矩是矢量，其方向与角速度方向一致。

L=Jω mv*r（五）冲量，物体运动状态的改变是力作用的结果，力在时间上的积累可用冲量I表示，冲量是矢量，其方向沿力的方向。

若力F是恒力，则在t0时刻到t1时刻的时间内，物体所受外力的冲量为I=F(t1-t0)=m(v1-v0)（六)冲量矩，把力矩在时间上的积累称为冲量矩。

冲量矩是力矩和时间的乘积，当外力矩为恒值时，冲量矩为M(t1-t0)。

动量定理：冲量等于动量的增量。

（七）功，功的大小等于力与物体沿力的方向所发生的位移的乘积。

W=F*S(八）功率，是单位时间内做的功量，表示做功快慢的物理量。

P=FV(九）机械能，就是人体或器械做功的能力，包括动能和势能，动能是物体由于本身的运动而具有的能量用Ek表示，Ek=1\2mv^2或Ek=1\2J ω^2。

16、复杂的人体动作分解为摆动动作、鞭打动作、相向动作、冲击动作、缓冲动作、蹬伸动作刘忠基本动作。

17、摆动动作是指人体肢体为增加全身活动的协调性及增加动作效果而绕某轴进行的一定幅度的转动。

摆动的主要目的①增加全身活动协调性，保持人体平衡；②增加动作效果。

惯性力，是为了参照系中使用牛顿运动第二定律而假设的附加力。

物体所受的惯性力的量值为物体的质量与非惯性系加速度的乘积，惯性力的方向与非惯性系的加速度方向相反即F*=-MAr,F*为惯性力、m为物体的质量、Ar为惯性系的加速度。

摆动动作转动力学：①转动定律：M=Jβ②动量矩定理：刚体动量矩的增加量等于它所受到的冲量矩。

动量矩是转动惯量和角速度的乘积，表示刚体的转动状态。

③动量矩守恒定律：当M=0时，Jω=恒矢量。

即人体处于腾空无支撑状态时，满足动量矩守恒的条件。

④动量矩的转移：动量矩在身体内的传递和转移主要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和转移。

短跑中怎样加快摆腿速度？①增加摆腿的转动力矩，根据转动定律，物体转动的角加速度跟力矩成正比，跟物体转动惯量成反比，在转动惯量一定时，力矩增大，角加速度增大；②减小转动肢体的转动惯量。

摆动动作的动作特征：（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加速度，①增大肌力矩，②减小转动惯量；（2）摆动动作与主体动作之间应当合理配合；（3）摆动肢体的适时制动是动量矩合理转移的关键。

摆动动作在各项目中作用意义：①协调人体动作，维持身体平衡；②摆动所产生惯性力可反射性加大地面对人体支撑反作用力；③摆动结果提高起跳离地瞬间身体重心高度；④摆动动作突停，增加躯干和起跳腿向上速度。

以跳高项目为例，摆动腿加速度值与起跳腿动作阶段合理配合：①着地缓冲阶段，摆动腿向下加速摆动，在最大缓冲时刻加速度值达最大，惯性力向上，减小地面对支撑腿反作用力有利于减少人体与地面之间冲击作用；②蹬伸阶段，摆动腿向上加速，加速度值逐渐减小，甚至为负，惯性力向下，加大地面对支撑腿反作用力，有利于提高动作速度；③起跳瞬间，摆动动作进行制动，有利于摆动腿动量矩向全身传递，有利于提高身体重心。

18、鞭打动作：人们把克服阻力或自体位移过程中，肢体依次加速或制动，使末端环节产生极大速度的动作形式称为鞭打动作。

鞭打动作分类：上肢鞭打，如投掷标枪；下肢鞭打，如大力踢球，散打中鞭腿；全身鞭打，如蝶泳、体操、双杠挂臂前摆振浪动作。

鞭打动作力学原理：书P104（1）动量矩的传递：近端肌肉的收缩力F1产生肌力矩，近端环节产生角加速度β1，远端环节肌肉主动收缩产生力F2，远端环节获得角加速度β2的同时其反作用力-F2使近端环节产生反方向的角加速度-β3而制动,由于相连的近远端两环节之间存在的冲量矩使得近端环节获得的动量矩传递至远端环节，是远端环节角速度增大。