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運動生物力學,（碩士研究生用）,,第一部分 運動生物力學基礎(chǔ),,定義-運動生物力學的研究對象，研究內(nèi)容-運動生物力學的發(fā)展-第一節(jié)人體運動系統(tǒng)生物材料的力學特點 人體生物材料的力學特性（包括骨、關(guān)節(jié)軟骨、韌帶、肌腱、關(guān)節(jié)和骨骼肌的生物材料特性）,,構(gòu)成人體的材料是骨骼、肌肉、肌腱、韌帶及關(guān)節(jié)軟骨等生物材料，這些生物材料的力學性質(zhì)，決定了人體運動器官和運動系統(tǒng)的力學性質(zhì)和功能。材料力學涉及到載荷，應力，應變，應力應變曲線，強度，剛度等概念。,載荷,人體在日常生活和體育運動中時刻受到外力的作用，包括載荷和約束力，載荷就是人體所受外力的一種。載荷可分為：拉伸、壓縮、彎曲、剪切、扭轉(zhuǎn)和復合載荷。,載荷的幾種形式,應變,應變是量度物體形變程度的量，分為線應變和剪應變。,應力,物體在受到外力作用而變形 時，其內(nèi)部各質(zhì)點間的相互作用力發(fā)生變化。這種由于外力作用而引起的固體內(nèi)各質(zhì)點之間相互作用力的改變量，簡稱為內(nèi)力。單位面積上的內(nèi)力稱為平均應力，當面積趨近于0時平均應力的極限稱為應力。 應力分為垂直于截面的法向分力和沿著截面方向的切向分力。,應力應變曲線,應力-應變曲線是描述材料力學性質(zhì)的曲線。它反映了材料在加載過程中受力和變形之間的關(guān)系。 為了確定一種材料的力學性能，通常將該材料制作成一定的形狀—稱為“試件”，將此“試件”在專門的儀器上施加載荷，直至破壞。在加載過程中連續(xù)記錄載荷和應變，繪制成曲線，縱坐標代表應力（載荷），橫坐標代表應變（變形），這就是應力-應變曲線。,,,強度 結(jié)構(gòu)破壞前所能承受的變形；結(jié)構(gòu)破壞前所能承受的載荷；結(jié)構(gòu)在破壞前所能貯存的能量； 在應力應變曲線上用極限斷裂點來表示由載荷和變形所表達的強度；整個曲線下方的面積表示由貯存能量所表達的強度； 剛度 彈性范圍內(nèi)曲線的斜率表示結(jié)構(gòu)的剛度。,粘彈性材料的特點,若應變保持一定，則應力隨著時間的增加而下降，稱為應力松弛 若應力保持一定，應變隨著時間的增加而增大，稱為蠕變 對物體作周期性加載和卸載，加載和卸載時的應力-應變曲線不重合，稱為滯后,骨承受不同載荷的能力,肌肉活動對骨應力的影響,關(guān)節(jié)軟骨的力學特性,潤滑性能,肌腱韌帶結(jié)構(gòu)的生物力學特性,肌腱和韌帶都由致密結(jié)締組織構(gòu)成，主要含膠原纖維和彈性纖維。膠原纖維和彈性纖維具有不同的力學性質(zhì)，膠原纖維承受載荷時變形小，抗拉力強；彈性纖維承受載荷時彈性好，伸展性好（變形較大）。肌腱和韌帶的力學性能取決于其組成中兩類纖維的比例。,膠原纖維與彈性纖維的應力應變曲線,運動對韌帶力學性質(zhì)的影響,生物材料的力學特性,骨骼-各向異性-根據(jù)力學需要重建的結(jié)果 肌肉-希爾方程（收縮力和收縮速度的關(guān)系） 肌腱-變形小，抗拉力強（主要由膠元纖維組成）起連接，傳遞力的作用。 韌帶-大多數(shù)與肌腱相同，變形小，抗拉力強，起加固關(guān)節(jié)作用，少數(shù)伸展性好，彈性好（主要由彈性纖維組成）,運動對生物材料力學性能影響,運動對骨骼、肌肉、肌腱、韌帶均其到加強力學性能的作用，因為它們“按照力學需要而重建”。 長期不運動或少運動，力學性能減弱，在損傷后的恢復期間要注意訓練的強度。,第二節(jié)人體運動的動作結(jié)構(gòu)和動作系統(tǒng),動作結(jié)構(gòu)概念：每個完整的特定動作，都有固有的特點，各個動作成分之間都有著固定的聯(lián)系，這是一個動作區(qū)別于另一個動作的特征，動作的這種固有特點和固定內(nèi)在聯(lián)系叫做動作結(jié)構(gòu)。動作結(jié)構(gòu)包括運動學特征和動力學特征。,運動學特征,運動學特征即動作形式和動作外貌，包括空間特征、時間特征和時空特征。 空間特征是指位置坐標，運動軌跡，關(guān)節(jié)角度等。運動軌跡：動點隨著時間在空間連續(xù)占有的幾何位置。 時間特征是指運動開始時刻，結(jié)束時刻，運動持續(xù)的時間，動作的頻率和節(jié)律。,,時空特征指人體的位置和運動狀態(tài)如何隨著時間而變化。 速度，加速度，角速度，角加速度等參數(shù)定量的反映了時空特征。,動力學特征,動力學特征包括：慣性特征、力的特征和能量特征。 慣性特征指質(zhì)量和轉(zhuǎn)動慣量質(zhì)量是慣性的量度，轉(zhuǎn)動慣量是轉(zhuǎn)動慣性的量度 力的特征指力和力矩，沖量和沖量矩力是改變物體運動狀態(tài)的原因，力矩是改變物體轉(zhuǎn)動狀態(tài)的原因，沖量決定動量增量而沖量矩決定動量矩的增量。 能量特征指功、能和功率。,動作系統(tǒng),動作系統(tǒng)概念：大量單一動作按照一定的規(guī)律組成為成套的技術(shù)動作，這些成套的技術(shù)動作叫做動作系統(tǒng)。 動作 動作系統(tǒng) 運動行為 人體所完成的不是單純的動作，而是有目的的運動行為；為了達到最佳的運動效果必須選擇最合理的動作。 動作系統(tǒng)的合理性和運動行為的目的性是一致的。(9.4),動作 動作系統(tǒng) 運動行為,,,運動生物力學研究的框架 動作 動作結(jié)構(gòu) 動作系統(tǒng) 動作系統(tǒng)的合理性 運動行為 運動行為的目的性,,,,,,,,目前運動生物力學研究 最多的是動作結(jié)構(gòu)和動 作系統(tǒng),,第三節(jié)人體運動的運動學,人體運動的運動學特征 人體質(zhì)心-質(zhì)心測定-質(zhì)心特點-人體質(zhì)心與平衡 人體運動學參數(shù)-位移，速度，加速度，角速度，角加速度-運動學參數(shù)特點 曲線運動 拋體運動及其特點,第四節(jié) 人體運動的動力學,牛頓定律及其應用 牛頓第一定律及其應用合理利用慣性，提高運動效率以適宜的均勻速度長跑動作連貫不停頓完成舉重動作勻速運動可以節(jié)省能量 自行車 車輛,牛頓第一定律及其應用之二,慣性 物體的固有屬性 表現(xiàn)特點保持原來的運動狀態(tài)抵抗改變運動狀態(tài)靜止-運動運動-靜止加速 減速改變運動方向 表現(xiàn)出力的作用,牛頓第二定律及其應用,計算 F=ma 判斷,牛頓第三定律及其應用,作用力與反作用力的關(guān)系 牛頓第三定律的應用,動量定理及其應用,動量定理沖量=動量的增量 動量定理在體育運動中的應用加大動量增量緩沖(12-3),功、能及其轉(zhuǎn)換,機械能 能量守恒定律,第五節(jié)人體運動的轉(zhuǎn)動力學,轉(zhuǎn)動力學原理（剛體力學）轉(zhuǎn)動定律 M=Iβ 應用舉例動量矩定理 M(t2-t1)=Iω 2-Iω 1 應用舉例動量矩守恒定律M=0 M Δ t=0 時，Δ I ω=0，I1 ω1=I2 ω2=C應用舉例 人體各部分的動量矩守衡,,第二部分 運動生物力學測試手段,,,動作結(jié)構(gòu),運動學特征,動力學特征,,,,,空間特征,時間特征,時空特征,,,,,,,,,力的特征,慣性特征,能量特征,,,,,,,,,,第一節(jié) 運動學參數(shù)測試 影像測量的原理與方法 照相-測定人體重心 攝像-運動中運動學參數(shù)測量,第二節(jié)動力學參數(shù)測量,三維測力系統(tǒng)原理-傳感器-放大器-顯示記錄裝置 動態(tài)測力方法與要求,第三節(jié)同步測試簡介,同步測試的意義 同步測試的要點 同步方式 內(nèi)同步外同步,第四節(jié)實驗數(shù)據(jù)處理,問題的提出 方法移動平均法最小二乘法數(shù)字過濾法。。。。。。,