《运动力学基础》PPT课件.ppt

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1、第二章第二章 运动力学基础运动力学基础 1u掌掌握握运运动动中中的的力力合合力力矩矩及及其其表表现现形形式式，掌掌握握影影响响人人体平衡与稳定的因素。体平衡与稳定的因素。u熟悉牛顿运动定律的在人体运动中的应用；熟悉牛顿运动定律的在人体运动中的应用；u了了解解运运动动中中力力的的合合成成与与分分解解及及其其在在人人体体运运动动中中受受力力分析中的应用。分析中的应用。学习目标学习目标2第一节第一节 运动中的力与力矩运动中的力与力矩 力是一个物体对另一力是一个物体对另一个物体的作用，是使物体个物体的作用，是使物体产生形变或线运动状态改产生形变或线运动状态改变的原因。变的原因。力矩则是力和力臂的乘力矩

2、则是力和力臂的乘积，是使物体转动状态改积，是使物体转动状态改变的原因。变的原因。3一、运动中的力一、运动中的力若将人体整体看做若将人体整体看做一个力学系统，则人体一个力学系统，则人体内部各部分的相互作用，内部各部分的相互作用，称为内力。外界作用于称为内力。外界作用于人体的力称为外力。人体的力称为外力。（一）内力与外力的概念（一）内力与外力的概念 外力：外力：重力、支撑反作用力重力、支撑反作用力等。等。内力：内力：骨骼肌张力、关节约骨骼肌张力、关节约束力、韧带张力等，其中骨束力、韧带张力等，其中骨骼肌的张力是人体内力中的骼肌的张力是人体内力中的主动力。主动力。4运动中的内力和外力的关系运动中的内

3、力和外力的关系2 2、内力可以改变外力的大小、内力可以改变外力的大小 3 3、外力可用来增强内力、外力可用来增强内力 人体整体人体整体人体环节人体环节骨骼肌张力骨骼肌张力外力外力内力内力1 1、内力与外力是相对的、内力与外力是相对的5n要获得较大的反作用力作为人体运动的动力，必须加大人的蹬地要获得较大的反作用力作为人体运动的动力，必须加大人的蹬地力，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的力量（缩的力量（内力内力

4、），以加大蹬地力从而得到一个大的反作用力），以加大蹬地力从而得到一个大的反作用力（外力外力），使人体运动状态发生变化。），使人体运动状态发生变化。n另外，实践中采取一些措施，利用外部条件在一定程度上也可提另外，实践中采取一些措施，利用外部条件在一定程度上也可提高地面对人体的作用力，例如，在跑些、跳鞋上安上钉子，起跑高地面对人体的作用力，例如，在跑些、跳鞋上安上钉子，起跑时用起跑器等时用起跑器等。6跳高起跳过程中的外力作用跳高起跳过程中的外力作用7起跑过程中的外力作用起跑过程中的外力作用8力力量量训训练练过过程程中中人人体体肌肌肉肉收收缩缩抵抵抗抗负负荷荷的的内内外外力力作作用用9（二）外力（二

5、）外力 器械的其他阻力器械的其他阻力 肢体推动运动器械进行训练时，除要克服器械重力外，还需要克服器械的惯性力、摩擦力或弹力所产生的阻力，其大小与肢体的推力大小相等，方向相反。10意 义：各种外力经常被用来作为康复训练各种外力经常被用来作为康复训练/治疗治疗的负荷，选择的负荷要求与的负荷，选择的负荷要求与肢体运动的方向肢体运动的方向和力量相和力量相适应，这是增强肌力训练的方法学适应，这是增强肌力训练的方法学基础。基础。11 人体运动中所受到的外力人体运动中所受到的外力 a.重力重力大小与方向：大小与方向：，方向：指向地球心。，方向：指向地球心。12 b.摩擦力摩擦力概念，和特性。概念，和特性。b

6、1.静摩擦力和最大静摩擦力静摩擦力和最大静摩擦力b2.滑动摩擦力滑动摩擦力13 c.弹性力弹性力概念：由物体发生形变产生的力。概念：由物体发生形变产生的力。弹性力的胡克定律：弹性力的胡克定律：人体运动中所受到的外力在人体运动中所受到的外力在体育运动中的运用。体育运动中的运用。14nd d、支撑反作用力、支撑反作用力n 人体处于支撑状态时，人体重力作用于支撑面上，人体处于支撑状态时，人体重力作用于支撑面上，支撑面又反作用于人体，这种反作用称为支撑反作用支撑面又反作用于人体，这种反作用称为支撑反作用力。如果人体处于静止状态，为静力性支撑反作用力；力。如果人体处于静止状态，为静力性支撑反作用力；如果

7、人体局部环节有运动，则支撑反作用力会不断变如果人体局部环节有运动，则支撑反作用力会不断变化，称为动力性支撑反作用力。化，称为动力性支撑反作用力。15ne、流体作用力、流体作用力n人体在空气和水中运动时，与流体发生接触，并相互人体在空气和水中运动时，与流体发生接触，并相互作用，流体对人体的作用即为流体作用力。作用，流体对人体的作用即为流体作用力。n人体在水中受到浮力作用，可以减轻肢体的重力作用，人体在水中受到浮力作用，可以减轻肢体的重力作用，对于肌力不足或关节疼痛的患者，可以借助水的阻力对于肌力不足或关节疼痛的患者，可以借助水的阻力和浮力进行康复训练。和浮力进行康复训练。16（三）内力（三）内力

8、定义：是指人体内部各组织器官间相互作用的力。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）各组织器官间的被动阻力3）各内脏器官的摩擦力4）内脏器官和固定装置间的阻力5）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。17n1）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。182）各组织器官间的被动阻力 当一肢体做屈曲或伸展运动时，其相反方向的组织受到牵拉，尤其是拮抗肌的张力，此时必须做相应松弛，以保证运动的完成。19

9、n3）各内脏器官的摩擦力 例如胃肠蠕动时候肠袢间的摩擦力（尽管很小），心脏搏动时与肺、纵隔和胸廓间的摩擦力等。4）内脏器官和固定装置间的阻力 如胃肠蠕动与腹膜、肠系膜、大血管间的阻力，食管的蠕动与纵隔间的阻力等。5）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。20 一一个个力力如如果果它它产产生生的的效效果果与与几几个个力力共共同同作作用用的的效效果果相相同同，则则这这个个力力就就叫叫那那几几个个力力的的合合力力，而而那那几几个个力力就就叫叫这这个个力力的的分力。分力。求几个已知力的合力，叫力的合成。求几个已知力的合力，叫力的合成。力的分解是力的合成的逆运算。力的分解是力的合

10、成的逆运算。（四）力的合成与分解（四）力的合成与分解平行四边形平行四边形法则是力的法则是力的合成与分解合成与分解的基础的基础21掌握物体受力的分析方法掌握物体受力的分析方法n确定受力分析对象，取出隔离体确定受力分析对象，取出隔离体n确定场力（重力、电磁场力等）确定场力（重力、电磁场力等）n确定所有外力：动力，阻力（摩擦力、确定所有外力：动力，阻力（摩擦力、空气阻力等），接触力等。空气阻力等），接触力等。n画受力分析图画受力分析图22abcd23当当骨骼肌在某一平面产生力作骨骼肌在某一平面产生力作用时，可将肌力分解为两个垂用时，可将肌力分解为两个垂直分量：一个沿着骨轴线作用，直分量：一个沿着骨轴

11、线作用，另一个垂直骨轴线。前者起稳另一个垂直骨轴线。前者起稳固关节的作用，因而叫稳固分固关节的作用，因而叫稳固分量，后者是使骨产生转动的分量，后者是使骨产生转动的分量，所以叫转动分量量，所以叫转动分量。241、力的时间累积效应、力的时间累积效应作作用用于于物物体体的的合合外外力力与与其其作作用用时时间间的的乘乘积积（Ft），称称为为力力的的冲冲量量。而而将将运运动动物物体体或或人人体体具具有有的的“运动量运动量”，即质量与速度的乘积（，即质量与速度的乘积（mv），），称为动量。称为动量。动量定理：物体动量的增量等于其所受的冲量。动量定理：物体动量的增量等于其所受的冲量。（五）力的时间和空间累积

12、效应（五）力的时间和空间累积效应25动量定理和动量守恒定律：动量定理和动量守恒定律：1.动量与冲量的概念动量与冲量的概念 动量（动量（矢量性矢量性）n ，单单位位：米米.千千克克/秒秒（m.kg/s）。）。冲量（冲量（矢量性矢量性）n 单位：牛顿单位：牛顿.秒（秒（N.s）26冲量的几何含义冲量的几何含义：S=F*t tFS27动量定理动量定理 物体在运动过程中，在某段时间内物体在运动过程中，在某段时间内动量的改变动量的改变，等于等于所受合外力在这段时间内的所受合外力在这段时间内的冲量冲量。即：。即：28动量定理在运动中的应用动量定理在运动中的应用1 1、在投掷项目中，为了增加器械的出手速度，

13、即增加器械的在投掷项目中，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。在发挥最大力量的同时，延长力的作用时间。2、若要减少对人体的冲力，就得延长力作用的时间，各、若要减少对人体的冲力，就得延长力作用的时间，各种种落地缓冲动作落地缓冲动作就是典型的例子。就是典型的例子。292、力的空间累积效应、力的空间累积效应力力与与力力作作用用方方向向上上移移动动距距离离的的乘乘积积（FS），称称力力对对物物体体作作了了功功。力力作作用用方方向向与与其其引引起起的的物物体体运运动

14、动方方向向改改变变一一致致，力力对对物物体体所所做做的的功功为为正正功功。物物体体的的运运动动方方向向与与力力的的作作用用方方向向相相反反，这这时时力力所所做做的的功功为为负功。功的国际单位是焦耳（负功。功的国际单位是焦耳（J）。）。30 通常讲骨骼肌做功，是指骨骼肌做的机械功。肌通常讲骨骼肌做功，是指骨骼肌做的机械功。肌将其贮存的化学能转化为机械能，克服阻力使环节及将其贮存的化学能转化为机械能，克服阻力使环节及外界物体产生位移。外界物体产生位移。等长收缩运动中，环节不产生位移，没有做机械等长收缩运动中，环节不产生位移，没有做机械功，此时骨骼肌消耗的能量完成了功，此时骨骼肌消耗的能量完成了“生

15、理功生理功”。功和能之间是可以相互转换的，能的量值是通过功和能之间是可以相互转换的，能的量值是通过做功来确定的，力对物体做的功等于物体机械能（动做功来确定的，力对物体做的功等于物体机械能（动能和势能）的增量。能和势能）的增量。31 力矩（力矩（M M）是作用于物体或人体的合力（是作用于物体或人体的合力（F F）与支点到力与支点到力作用线距离（作用线距离（d d）的乘积，即的乘积，即M=FM=F。一种情况：即大小相等，方向相反，作用线互相平行但一种情况：即大小相等，方向相反，作用线互相平行但不重合的两个力作用在同一物体上，虽然其合力为零，但物不重合的两个力作用在同一物体上，虽然其合力为零，但物体

16、同样会转动，这一对力称为力偶，其产生的转动力矩称为体同样会转动，这一对力称为力偶，其产生的转动力矩称为力偶矩。力偶矩。另一种情况：物体在无支撑情况下受到力的作用，这个另一种情况：物体在无支撑情况下受到力的作用，这个力若不通过物体的重心，也会引起物体的转动，这个力称为力若不通过物体的重心，也会引起物体的转动，这个力称为偏心力，由其产生的转动力矩称为偏心矩。偏心力，由其产生的转动力矩称为偏心矩。力矩、力偶矩和偏心矩是人体或物体转动的条件。力矩、力偶矩和偏心矩是人体或物体转动的条件。二、运动中的力矩二、运动中的力矩32一一、人体的简化、人体的简化 根据人体运动的特征，可将人体运动模型简化为：质点、根

17、据人体运动的特征，可将人体运动模型简化为：质点、刚体和多刚体系统等运动模型。刚体和多刚体系统等运动模型。1 1、质点：、质点：具有一定质量，具有一定质量，忽略其大小形态的几何点。忽略其大小形态的几何点。研究地球绕太阳运动，研究地球绕太阳运动，地球可以当作质点地球可以当作质点 研究地球的自转，研究地球的自转，地球就不能当作质点地球就不能当作质点 第二节第二节 牛顿运动定律及其应用牛顿运动定律及其应用 332 2、刚体、刚体 是由相互间距离始终保持是由相互间距离始终保持不变的许多质点组成的连续不变的许多质点组成的连续体，它有一定形状、占据空体，它有一定形状、占据空间一定位置，是由实际物体间一定位置

18、，是由实际物体抽象出来的力学简化模型。抽象出来的力学简化模型。在运动生物力学中，把人体在运动生物力学中，把人体看作是一个多刚体系统。看作是一个多刚体系统。34 人体简化以后的运动形式人体简化以后的运动形式人体运动的形式多种多样。n把人体简化成质点：分为直线运动和曲线运动。n把人体简化成刚体：分为平动、转动和复合运动。35v牛牛顿顿第第一一定定律律：任任何何物物体体在在不不受受外外力力作作用用（或或所所受受合合外外力力为为零零）时时，物物体体将将保保持持静静止止或或匀匀速速直直线线运运动动状状态态不不变变。物物体体的的这这种性质称为惯性。种性质称为惯性。v牛牛顿顿第第二二定定律律：物物体体加加速

19、速度度（a a）的的大大小小与与物物体体所所受受合合外外力力（F F）的大小成正比，与物体的质量（的大小成正比，与物体的质量（m m）成反比，即成反比，即F=maF=ma。v牛牛顿顿第第三三定定律律（作作用用力力与与反反作作用用力力）：两两个个物物体体相相互互作作用用时时，物物体体甲甲对对物物体体乙乙的的作作用用力力，F1F1与与F2F2大大小小相相等等、方方向向相相反反、沿沿同同一直线，即一直线，即F1=-F2F1=-F2。二、牛顿运动定律二、牛顿运动定律 36 运运动动中中很很多多动动作作可可以以借借助助惯惯性性完完成成，巧巧妙妙地地利利用用惯惯性性，不不但但省省力力且且减减少少能能量量消

20、消耗耗，减减少少运运动动性性疲疲劳劳。因因此此，人人体体活活动动中中保保持持动动作作的的连连贯贯性性和和动动作作间间的的连连续续性能起到省力的作用。性能起到省力的作用。例例如如，康康复复治治疗疗中中偏偏瘫瘫患患者者自自主主从从仰仰卧卧位位到到侧侧卧卧位，可以利用健侧肢体的惯性完成体位转换例子。位，可以利用健侧肢体的惯性完成体位转换例子。三、牛顿运动定律在人体运动中的应用三、牛顿运动定律在人体运动中的应用（一）运动中合理利用惯性可以省力（一）运动中合理利用惯性可以省力37 指指在在人人体体在在克克服服外外界界阻阻力力负负荷荷运运动动时时，需需要要遵遵循循由由大肌群首先活动，逐步过渡到中小肌群活动

21、。大肌群首先活动，逐步过渡到中小肌群活动。因因为为大大肌肌群群能能产产生生较较大大的的力力或或力力矩矩，有有利利于于克克服服阻阻力力物物体体的的惯惯性性，可可以以有有效效预预防防运运动动开开始始时时的的中中小小肌肌群群的的损伤。损伤。例例如如，搬搬动动较较重重物物体体时时应应用用下下蹲蹲通通过过大大腿腿的的肌肌群群用用力力来来克克服服重重物物的的惯惯性性，而而不不应应用用弯弯腰腰通通过过腰腰部部肌肌群群的的用用力力克克服服重重物物的的惯惯性性。由由于于腰腰部部肌肌群群的的力力量量弱弱，弯弯腰腰搬搬重重物易导致腰部肌的急性损伤。物易导致腰部肌的急性损伤。（二）克服重物惯性需要遵循骨骼肌活动顺序原

22、理（二）克服重物惯性需要遵循骨骼肌活动顺序原理38 运动中，要使人体运动速度增加或减小，需要运动中，要使人体运动速度增加或减小，需要外界对人体的作用力增加或减小。根据作用力与反外界对人体的作用力增加或减小。根据作用力与反作用力定律，外界物体对人体的作用力增加或减小作用力定律，外界物体对人体的作用力增加或减小时，人体对外界的作用力也需要增加或减小。时，人体对外界的作用力也需要增加或减小。（三）增加人体对外界的作用力可以增大外界对人（三）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体的反作用力39第三节第三节 平衡与稳定平衡与稳定 一一个个物物体体如如果果受受到到几几个个力力的的作作用用，这

23、这几几个个力力称称为为力力系系。力力系系平平衡衡的的条条件件因因力力系系的的不不同同而而有有所所差差异异，力力系系通通常有以下常有以下4 4种情况。种情况。1.1.共点、共线力系共点、共线力系 2.2.平面汇交力系平面汇交力系 3.3.平面平行力系平面平行力系 4.4.空间一般力系空间一般力系 一、力系平衡条件与人体平衡类型一、力系平衡条件与人体平衡类型（一）力系的平衡条件（一）力系的平衡条件40平衡重心与支撑点关系平衡稳定程度上支撑平衡下支撑平衡混合支撑平衡稳定平衡有限稳定平衡不稳定平衡随遇平衡人体平衡的类型人体平衡的类型（二）人体平衡的类型（二）人体平衡的类型41（二）人体平衡的类型（二）

24、人体平衡的类型一级平衡一级平衡二级平衡二级平衡三级平衡三级平衡42 稳稳定定性性是是指指人人体体和和物物体体抵抵抗抗各各种种干干扰扰作作用用保保持持平平衡的能力。衡的能力。1 1、静态稳定性、静态稳定性 人体静止时抵抗各种干扰的能力。人体静止时抵抗各种干扰的能力。2 2、动动态态稳稳定定性性 人人体体重重心心偏偏移移平平衡衡位位置置后后，干干扰扰因因素除去时，人体仍能恢复到初始平衡范围。素除去时，人体仍能恢复到初始平衡范围。二、稳定性及其影响因素二、稳定性及其影响因素（一）稳定性（一）稳定性431 1.影影响响人人体体下下支支撑撑稳稳定定性性的的因素因素支支撑撑面面大大小小:支支撑撑面面大大，

25、稳稳定定度度大大；支支撑撑面面小小，稳稳定定度小。度小。重重心心的的高高低低:在在支支撑撑面面不不变变的的情情况况下下，人人体体的的重重心心位位置置低低，稳稳定定度度大大；重重心心位位置置高，稳定度小。高，稳定度小。（二）影响人体下支撑稳定性的因素与评价指标（二）影响人体下支撑稳定性的因素与评价指标44n（1 1）定义：整个人体所受重力的合力的作用点，）定义：整个人体所受重力的合力的作用点，叫人体重心。叫人体重心。n它位于身体正中面上第三骶椎上缘前方它位于身体正中面上第三骶椎上缘前方7 7厘米处，厘米处，大约在身高的大约在身高的55%55%56%56%。人体重心人体重心45（2 2）人体重心位

26、置）人体重心位置n正常站立姿势下人体重心位置。正常站立姿势下人体重心位置。46v人体重心位置，人体重心位置随人体姿势变化而改变。人体重心位置，人体重心位置随人体姿势变化而改变。47人体重心的变化人体重心的变化48n人体重心可移动出身体之外。人体重心可移动出身体之外。49n为了训练平衡功能差的患者的平衡能力，开始训为了训练平衡功能差的患者的平衡能力，开始训练时，可以先练习练时，可以先练习坐位坐位（重心低支撑面较大）平（重心低支撑面较大）平衡，完成后练习衡，完成后练习立位平衡立位平衡时，可时，可先分开双腿先分开双腿以加以加大支撑面使重心比较低，大支撑面使重心比较低，练习静态和动态平衡练习静态和动态

27、平衡，达到一定效果后，达到一定效果后，再再逐渐过渡到逐渐过渡到并足训练并足训练。应应 用用50FhGr512 2、人体下支撑稳定性的评价指标、人体下支撑稳定性的评价指标（1 1）稳稳定定角角：稳稳定定角角是是指指重重力力作作用用线线和和重重心心至至支支撑面边缘相应点的连线间的夹角。撑面边缘相应点的连线间的夹角。重心高度相同，支撑面重心高度相同，支撑面越大，稳定角越大；支撑面越大，稳定角越大；支撑面相同，重心越高，稳定角越相同，重心越高，稳定角越小。稳定角越大，物体的稳小。稳定角越大，物体的稳定度越大，定度越大，525354（2 2）稳稳定定系系数数：稳稳定定系系数数是是指指稳稳定定力力矩矩与与

28、倾倾倒倒力力矩矩之之比比值值。稳稳定定系系数数表表明明物物体体依依靠靠重重力力抵抵抗抗平平衡衡受受破破坏坏的的能能力力，稳稳定定系系数数大大于于1 1时时，物物体体能能抵抵抗抗外外来来翻翻倒倒力力矩矩，平平衡衡不不被被破破坏坏；稳稳定定系系数数小小于于1 1时时，物物体体抵抵抗抗不不住外来的翻倒力矩，平衡将遭到破坏，即物体会翻倒。住外来的翻倒力矩，平衡将遭到破坏，即物体会翻倒。55FhGr稳定系数的计算稳定系数的计算56n结论：结论：K1，K1时，物体本身重力产生的恢复力矩时，物体本身重力产生的恢复力矩足以对抗倾倒，足以对抗倾倒，n当当K1时，物体恢复力矩对抗不了倾倒力时，物体恢复力矩对抗不了

29、倾倒力矩，物体倾倒，平衡破坏。矩，物体倾倒，平衡破坏。n所以，物体越重，其稳定力矩越大，抗倾所以，物体越重，其稳定力矩越大，抗倾倒的能力越强。倒的能力越强。57q人体不能绝对静止：人体的呼吸、循环运动使得人人体不能绝对静止：人体的呼吸、循环运动使得人体重心不是定点。另一方面人体肌张力任何时候不能体重心不是定点。另一方面人体肌张力任何时候不能恒定。恒定。q人体形状可变：由于人体支撑面边缘均为软组织，人体形状可变：由于人体支撑面边缘均为软组织，有效支撑面面积要小于有效支撑面面积要小于“理论理论”支撑面的面积。支撑面的面积。q人体自身的姿势自动调节系统：人体有翻倒趋势时，人体自身的姿势自动调节系统：

30、人体有翻倒趋势时，依靠反射性地改变身体姿势，可以保持原有平衡。依靠反射性地改变身体姿势，可以保持原有平衡。三、人体平衡与稳定的特点三、人体平衡与稳定的特点58人体保持平衡稳人体保持平衡稳定的补偿动作定的补偿动作59人体的补偿作用达达瓦瓦孜孜60q人人体体内内力力起起重重要要作作用用：内内力力可可以以通通过过对对外外界界环环境境（人人体体或或物物体体）的的主主动动作作用用，从从而而影影响响人人体体的的平衡。平衡。q心心理理因因素素的的影影响响：紧紧张张心心理理反反应应对对人人体体平平衡衡稳稳定性的影响最为明显。定性的影响最为明显。q感感觉觉系系统统在在保保持持人人体体平平衡衡中中的的作作用用：视视觉觉、位位觉与本体感觉等感觉系统起着重要作用。觉与本体感觉等感觉系统起着重要作用。611.1.影响人体平衡的因素有哪些？影响人体平衡的因素有哪些？2.2.与一般物体相比人体平衡有什么特点？与一般物体相比人体平衡有什么特点？复复 习习 思思 考考 题题62