2第二章-第一节《运动学》(精品).ppt

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1、制制 作：杨作：杨 杰杰E-mailE-mail： 任何物体的机械运动都是在一定的空间和时间中进任何物体的机械运动都是在一定的空间和时间中进行的。人体和器械的运动也不例外。行的。人体和器械的运动也不例外。运动学特征：运动学特征：如物体运动的轨迹、路程、位移所描述的即如物体运动的轨迹、路程、位移所描述的即空间特性空间特性。物体运动的先后次序，延续时间等特点谓物体运动的先后次序，延续时间等特点谓时间特性时间特性。第二章第二章 人体运动实用力学基础人体运动实用力学基础第一节人体运动的运动学第一节人体运动的运动学1.人体的简化人体的简化 人体极为复杂，而人体的运动更为复杂，因此必须把人人体极为复杂，而

2、人体的运动更为复杂，因此必须把人体简化，这样可为分析人体动作提供方便体简化，这样可为分析人体动作提供方便 。人体和器械进。人体和器械进行简化处理，即近似地看成质点或刚体多刚体系统。行简化处理，即近似地看成质点或刚体多刚体系统。人体的简化质点质点(只有质量，不考虑其形状和大小只有质量，不考虑其形状和大小)刚体刚体(相互间距离始终保持不变的许多质点组成相互间距离始终保持不变的许多质点组成的的 连续体，有体积，考虑其形状和大小及质量连续体，有体积，考虑其形状和大小及质量)人体简化为物理模型的实用性和局限性人体简化为物理模型的实用性和局限性 将将人人体体简简化化为为物物理理模模型型进进行行力力学学研研

3、究究，这这对对学学习习研研究究带带来来很很大大方方便便，并并且且可可以以取取得得定定量量数数据据和和资资料料进进行行分分析析，可可以以帮帮助助我我们们认认识识一一些些问问题题和和规规律律。然然而而复复杂杂人人体体简简化化为为质质点点或或刚刚体体后后，所所得得到到的的数数据据与与材材料料反反馈馈到到人人体体应应用用时时还还存在着较大的差距，为此需建立实体模型。存在着较大的差距，为此需建立实体模型。实体模型的建立实体模型的建立 人人体体是是一一个个复复杂杂的的开开放放的的系系统统。正正确确地地反反映映出出对对人人体体运运动动时时起起主主要要作作用用的的力力学学因因素素，建建立立人人体体的的实实体体

4、模模型型，是是运运动动生生物物力力学学研研究究的的方方向向。同同一一个个实实际际对对象象，在在研研究究不不同同物理现象时，很可能用不同模型代替。物理现象时，很可能用不同模型代替。目目前前正正处处于于体体育育动动作作研研究究工工作作的的第第一一步步“各各因因素素关关系系”，对对某某些些动动作作在在这这方方面面研研究究已已积积累累了了一一些些材材料料，但但很很多多动动作作还还未未进进行行研研究究，故故此此建建立立人人体体实实体体模模型型将将是是一一项项艰艰巨巨的的任任务务，我我们们同同学学们们作作为为未未来来的的体体育育工工作作者者应应朝朝着着这这个方向努力，在运动生物力学领域中会有所建树。个方向

5、努力，在运动生物力学领域中会有所建树。2 一、运动的相对性及参考系一、运动的相对性及参考系（一）运动的绝对性和描述运动的相对性（一）运动的绝对性和描述运动的相对性1.1.运动的绝对性运动的绝对性 自自然然界界一一切切物物质质都都是是永永恒恒地地运运动动着着、变变化化着着，所所有有自自然然现现象象都都是是物物质质运运动动的的各各种种形形式式。从从这这种种意意义义上来说运动是绝对的。上来说运动是绝对的。2.运动的相对性运动的相对性 物物体体的的运运动动取取决决于于参参考考物物体体选选取取的的性性质质叫叫做做运运动的相对性。动的相对性。（二）参考系与坐标系（二）参考系与坐标系 参考系参考系：描述物体

6、运动时选作为参考的物体或：描述物体运动时选作为参考的物体或物体群叫做参考系（或参照系）。物体群叫做参考系（或参照系）。由运动的相对性可知，选择不同的参考系描述由运动的相对性可知，选择不同的参考系描述同一物体的运动，往往会有不同的结果。同一物体的运动，往往会有不同的结果。通常取地面为参考系；体操运动把体操器械作通常取地面为参考系；体操运动把体操器械作为参考系；为了拍摄记录动作，设置杆作为参为参考系；为了拍摄记录动作，设置杆作为参考系；人体某环节的运动时，多选用人体总重考系；人体某环节的运动时，多选用人体总重心或邻近环节作为参考系。心或邻近环节作为参考系。在运动生物力学中，在运动生物力学中，根据研

7、究问题的性质和根据研究问题的性质和方法的不同，可分为两类不同的参考系：方法的不同，可分为两类不同的参考系：惯性参考系惯性参考系：把相对于地球：把相对于地球静止静止静止静止的物体或相对于的物体或相对于地球做地球做匀速直线运动匀速直线运动匀速直线运动匀速直线运动的物体作为参考标准的参的物体作为参考标准的参考系叫惯性参考系考系叫惯性参考系（又称为：（又称为：静坐标系或静系静坐标系或静系）。）。非惯性参考系非惯性参考系：把相对于地球作：把相对于地球作变速运动变速运动变速运动变速运动的物体的物体作为参考标准的参考系叫非惯性参考系作为参考标准的参考系叫非惯性参考系（又称（又称为：为：动坐标系或动系动坐标系

8、或动系）。惯性参考系与非惯性参考系的缺点惯性参考系与非惯性参考系的缺点 虽虽然然参参考考系系能能描描述述物物体体随随时时间间变变化化的的位位置置的的改改变变，但但参参考考系系只只是是定定性性地地表表明明人人体体或或器器械械是是处处于于静静止止或或运运动动状状态态，却却不不能能对对物物体体或或器器械械进进行行定定量量的的描描述述。因因此此必必须须引引进进一一个个精精确确的的描描述述物物体体运运动动位位置变化的方法。置变化的方法。根据选定的参考系只能根据选定的参考系只能定性定性的描述物体的运动情况，要的描述物体的运动情况，要定量定量的的描述物体的位置变化，需要在参考系上标定尺度，即建立坐标系。描述

9、物体的位置变化，需要在参考系上标定尺度，即建立坐标系。坐标系坐标系：直角坐标系分直角坐标系分一维一维、二维（平面）二维（平面）、三维（立体）三维（立体）三种三种。概念：概念：坐标系是指设置在参考系上的数轴，是坐标系是指设置在参考系上的数轴，是 参考系的数学抽象。它在性质上起着参考系的参考系的数学抽象。它在性质上起着参考系的 作用，而在数量上又能精确描述。作用，而在数量上又能精确描述。三要素是：三要素是：参照原点参照原点、参照方向参照方向、参照单位参照单位。(即数学里提到的即数学里提到的原点、正方向、单位长度原点、正方向、单位长度)二维坐标系一维坐标系三维坐标系二、人体运动的分类和运动学特征（一

10、）人体运动的运动学特征（一）人体运动的运动学特征.空间特征空间特征 空间特征是表明人体在运动时的空间位置以空间特征是表明人体在运动时的空间位置以及描述人体运动的范围，包括路程和位移。及描述人体运动的范围，包括路程和位移。路程路程是指人体从一个位置移到另一个位置时的实是指人体从一个位置移到另一个位置时的实际运动路线的长度，它是一个标量，只有大小，际运动路线的长度，它是一个标量，只有大小，没有方向。没有方向。位移位移是指人体运动的起始点到终止点的直线距离，是指人体运动的起始点到终止点的直线距离，它是一个矢量，既有大小又有方向。它是一个矢量，既有大小又有方向。1.直线运动的位移和路程 在直线运动中，

11、路程数值的大小在直线运动中，路程数值的大小不一定不一定等于位移数值的等于位移数值的大小。大小。例如，100m从起点跑到终点，其位移大小与路程大小是相等的。2.曲线运动的路程和位移 在曲线运动中，位移数值的大小在曲线运动中，位移数值的大小并不等于并不等于路程数值的大路程数值的大小，一般小于路程。小，一般小于路程。例如从起点绕400m田径场内跑一圈，经过的路程为400m，而位移则等于零。跑200m内道时，路程为200m，位移则为112.13m。位移是矢量，按三角形三角形法则法则或或平行四边形法平行四边形法则则合成。.时间特征1.时刻 时刻是人体或器械空间位置的时间量度，是时间上是一个点，它用于运动

12、的开始、结束和运动过程中许多重要位相的瞬时。2.时间 时间是运动结束时时刻与开始时刻之差值，运动持续时间是运动始末两个时刻之间的时间间隔。.时空特征1.速度 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的物理量。2.速率 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，只有大小不表明方向。（二）人体运动的分类 1.人体简化为质点：可将人体运动分为直线运动和曲线运动；2.人体简化为刚体：可将人体运动分为平动、转动和复合运动。平平动动：人体内任意两点的连线，在运动过程中始终保持平行，而且长度不变。轨迹可以是直线也可以是曲线。转动转

13、动：人体内的各点都绕同一轴线（转轴）作圆周运动。例如；投掷铁饼的旋转动作。复合运动复合运动：既有平动又有转动的运动。例如；走、跑、滑冰、滑雪都是一种复合运动，在研究 中通常将复合运动分解为平动和转动两部分分别 进行讨论，然后加以综合，以达到简化的。加速度(三).运动的合成与分解1 1、运动的独立性原理（运动的叠加原理）：若一物体同时参、运动的独立性原理（运动的叠加原理）：若一物体同时参与几个运动（称为分运动），则每一分运动不受其他分运动的与几个运动（称为分运动），则每一分运动不受其他分运动的影响。物体的运动是由各个彼此独立的分运动叠加而成的。影响。物体的运动是由各个彼此独立的分运动叠加而成的。

14、2 2、速度矢量的合成与分解。、速度矢量的合成与分解。3 3、质点的复合运动。、质点的复合运动。(1)(1)绝对速度：研究对象相对于静参考系的速度称绝对速度；绝对速度：研究对象相对于静参考系的速度称绝对速度；(2)(2)相对速度：研究对象相对于动参考系的速度称相对速度；相对速度：研究对象相对于动参考系的速度称相对速度；(3)(3)牵连速度：动参考系原点相对于静参考系的速度称牵连牵连速度：动参考系原点相对于静参考系的速度称牵连 速度。速度。其三者的关系是：其三者的关系是：（四）运动方法的描述(一)、运动方程(1)匀变速直线运动(2)自由落体(3)竖直上抛运动（匀减速运动）（二二）图图像像法法：描

15、描写写运运动动的的另另一一种种方方法法是是在在坐坐标标纸纸上绘制曲线。上绘制曲线。1、运动轨迹曲线；、运动轨迹曲线；2、位移时间曲线（、位移时间曲线（S-T曲线）曲线）3、速度时间曲线（匀速、匀变速、变速）；、速度时间曲线（匀速、匀变速、变速）；4、加速度（非匀速）曲线、加速度（非匀速）曲线5、各各类类曲曲线线的的特特点点：有有直直线线，曲曲线线之之分分，直直线线又又有有水水平平倾倾斜斜之之分分，倾倾斜斜程程度度表表示示变变化化快快慢慢。因因此此，我我们们可可根根据据不同项目、不同动作不同运动员的曲线进行运动学分析不同项目、不同动作不同运动员的曲线进行运动学分析（三）表格法：表格法就是把待求量

16、及已知量用表格列出。（三）表格法：表格法就是把待求量及已知量用表格列出。三、人体和器械的斜抛运动（一）斜抛运动的基本公式：1、沿竖直方向（沿Y轴）的位移公式：2、沿水平方向（沿X轴）的位移公式：3、在X方向上物体在任一时刻的速度为：在Y方向上物体在任一时刻的速度为：（二）体育运动中常见的斜上抛运动（二）体育运动中常见的斜上抛运动1 1、抛点与落点在同一水平面、抛点与落点在同一水平面上的斜上抛运动。上的斜上抛运动。因为因为 Y Y0 0，X XS S 讨论：（讨论：（1 1）全程飞行时间）全程飞行时间T T：最高点最高点Vy=0Vy=0。上抛、下落时间相等。上抛、下落时间相等。（2 2）最大高度）最大高度H H：指抛体在竖直方：指抛体在竖直方向上达到的最大高度，他等于在向上达到的最大高度，他等于在t t时间内的竖直位移。时间内的竖直位移。（3 3）水平射程）水平射程S S：指抛点到落点的水平位移：指抛点到落点的水平位移三运动学量的特征 瞬时性瞬时性 矢量性矢量性 相对性相对性 独立性独立性运动学量的特征运动学量的特征