运动生物力学复习资料

质量的单位是千克；重量的单位是牛顿。 区别2：含义不同

质量是物体含有物质的多少；重量是物体所受重力的大小（物理学中重量等同于重力）。 1、一个体重为60kg的运动员，在月球上的质量和重量分别是多少？

2、在加速上升的电梯上，用弹簧秤对一个体重为60kg的运动员测量体重，这时称的读数会是60kg吗？

3、在加速上升的电梯上，体重为60kg的运动员，其质量和重量分别是多少？

4、如果将题2中的弹簧秤换成天平，结果会怎样？

我们知道，物体平动时，其惯性大小由质量来衡量，那么，当物体转动时，其惯性的大小又由什么来度量呢？答案：转动惯量

1、请利用转动惯量的定义解释花样滑冰运动员在高速旋转时的动作特征。

2、体重60kg的运动员，直立姿势时，对质心额状轴的转动惯量为10.10kg·m2，分别求以下两种情况下，对转轴的转动惯量和回转半径：

（1）单杠腹回环。设人体质心到单杠垂直距离为0.2m；

（2）单杠大回环。设人体质心到单杠垂直距离为1.1m。

影响人体重心位置的六个因素：

性别、年龄、运动专项、体型、姿势、生理与心理 百米赛跑中，运动员甲用10秒跑完全程，运动员乙用11秒跑完全程，比较谁跑得快？

汽车A在2h内行驶80km，汽车B在2h内行驶180km，比较哪辆车跑得快？

汽车和运动员哪个跑得更快些呢？

1 人体运动的内力和外力 内力：若将人体看作一个力学系统，则人体内部各部分相互作用的力称为人体内力。

如: 肌肉张力、韧带张力、组织粘滞力、关节约束力等等。

牛顿第一定律： 任何物体，在不受力的作用下，都保持静止状态或匀速直线运动状态。

第一定律在体育中的应用： 可以解释为什么在长距离游泳、赛跑中，提倡用适宜的较稳定的速度。 牛顿第二定律：

当一个物体受到的合外力不为零时，物体运动的加速度与合外力成正比，与其质量成反比，加速度的方向与合外力的方向一致。 公式表示：F=ma 牛顿第三定律：

若物体A对物体B作用一力FAB，则物体B同时以力FBA反作用物体A，两力大小相等，方向相反，并在同一直线上，即 FAB=- FBA 思考：利用冲量的定义解释一下单杠运动员落地时使用的海绵垫子的作用是什么？

1 甲,乙两人做功之比3:1,乙需要的时间是甲的2倍,则甲,乙两人的功率之比是多少？

2 甲,乙,丙三台机器,甲每秒做功5000J,乙每小时做功 27000000J,丙每分钟做功36000J,则比较三台机器做工的快慢？

1.一个人先后用同样大小的力沿水平方向拉木箱，使木箱分别在光滑和粗糙两种不同水平地面上前进相同的距离。关于拉力哪一次所做的功多？ ２．三辆汽车用相同的大小的牵引力和速度行驶，甲沿上坡路，乙沿水平路，丙沿下坡路，都行驶相同的时间，哪辆车的牵引力做的功多？

例题 建筑工地上，水泥板质量为0.7t，起重机在15t内把它匀速提升到4m的高度，起重机提升重物的功率是多少？

解 先计算起重机做了多少功，再求单位时间所做的功，这就是功率。

起重机的拉力与物体所受的重力相等 F=G＝mg＝0.7×1000Kg×10N/Kg=7×103N 物体在拉力的方向上移动的距离 S=4m 所以起重机所做的功是 W=Fs=7000N×4m＝2.8×104J 起重机提升水泥板的功率是 P=W/t=2.8×10 J/15s=1.9×103W 判断下列说法是否正确：

1、机械做功越多，功率越大；

2、机械做功所用的时间越少，功率越大 3、在相同的时间内，机械做功越多，功 率越大；

4、机械做功越快，功率越大；

5、机械的功率越大,机械工作时能量转 化越快；

6、机械做的功越多，所用的时间越少， 功率越大。

为什么汽车上坡时，司机经常用换挡的方法减小速度？

（二）骨结构的生物力学特征 1 各向异性

人体骨骼不同部分的力学性能有差异： 纵向的受力强度大于横向受力强度 2 壳形结构

（1）弯曲载荷下长骨结构的优化 管型结构最适合弯曲载荷

（2）扭转载荷下骨结构的优化 中空结构有利于抵抗扭转载荷 3 均匀强度分布

骨小梁的分布类似于应力分布曲线 骨的其他物理特性：

1．弹性和坚固性；骨组织中水占25-30%；无机物和有机物占70-75%。

2．骨是人体理想的结构材料；强度大，重量轻。 3．耐冲击力和持续力差； 4．应力强度的方向性；

5.骨密质的力学性质与年龄、性别的关系：骨密质的力学性质男性与女性没有显著差异；一般说，男子骨密质的抗压缩强度在26岁左右最底，到31岁左右最大，然后随年龄的增加而逐渐下降。 二 运动对骨的力学性能的影响

（一）适应应力对骨的力学性能的良好影响 1 体育锻炼对骨的力学性能的良好影响 骨密质增厚 骨变粗

骨面肌肉附着处突起明显 骨小梁排列整齐、规律 机械力对骨结构的影响：

美国学者拉希认为恒定的压应力会引起骨萎缩，而间歇性的压力则促使骨的生长。 1 骨折的断裂形式及载荷方式 拉伸载荷——跟骨骨折 压缩载荷——椎骨骨折 弯曲载荷——小腿腓骨 剪切载荷

（一）运动对关节组织结构性能的影响

1 适宜的体育锻炼对提高关节负载能力和减小摩擦阻力的影响

长期锻炼对关节的好处： 关节面骨密质增厚 关节稳定性增强

关节面软骨增厚关节滑液量增加

2 过量运动对关节组织结构性能的影响 关节软骨的损伤——半月板损伤 关节面软骨损伤 想一想：短跑项目需要力的梯度大的运动员还是力的梯度小的运动员？为什么？ 拔河项目呢？

（二）摆动动作的转动力学 有支点有实体轴的转动单杠回环

有支点无实体轴花样滑冰中在冰面上的旋转以及前滚翻动作

无支点无实体轴的转动高台跳水和体操中的空中旋转

加快摆腿速度的两个方法：

（1）根据转动定律，转动惯量一定时，力矩越大，角加速度越大；

（2）根据动量矩守恒定律，动量恒定时，I越小，ω越大。

哪个方法更容易一些呢？

2 跳跃项目中肢体摆动动作的力学分析

上肢与摆动腿的向上摆动动作会对身体产生一个向下的惯性力，有助于加大蹬地力量 2 跳跃项目中肢体摆动动作的力学分析 另外，根据动量矩守恒定律，摆动臂和摆动腿的动量矩在其制动时可以传递给非摆动环节，使躯干等环节产生更大的向上运动的速度 三 动作特征 （一）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 （2）减小转动惯量 当肌力矩一定时，减小环节或环节系对某轴的转动惯量，可以达到增大转动角速度或角加速度的目的。故此，在环节绕关节轴的转动时，通常采用参与转动的环节或环节系的质量尽可能靠近转轴的方法。以减小它们对转轴的转动惯量，从而提高转动角速度或角加速度。

（二）摆动动作与主体动作之间要合理配合 （三）摆动肢体的适时制动时动量矩合理转移的关键 例如：鲤鱼打挺动作中腿部的突然制动，将下肢的动量矩传递给躯干，为上体的直立提供动力来源 首先使身体躯干获得一定的动量，然后通过挥臂或摆腿动作使躯干制动，将动量传给上肢或下肢，由于四肢质量比躯干质量小的多，所以四肢就获得了比躯干大的多的速度。

从投掷臂各关节的速度曲线看，投掷臂各关节的速度变化呈一定的规律性，肩关节首先减速，然后是肘关节，最后腕关节出现速度峰值。 也就是说，每一个环节最大运动速度是在前一个环节达到最大速度后获得的，这是一个动量传递的明显特征。

二 力学原理

（一）理论基础——动量的传递

首先，近端肌肉收缩，产生F1，并使近端环节产生角加速度β1，获得动量矩。其次， 远端肌肉收缩，产生F2，并使远 端环节产生角速度β2，同时， F2的反作用力-F2作用于近端

环节，产生反向角加速度-β3， 对近端环节产生制动作用， 使近端环节动量矩传递给远 端环节，实现了动量矩的传递。 （三）肌肉的预先拉长

1 提高肌肉的爆发式收缩力 超等长收缩产生爆发力的原因：

①肌肉离心收缩时弹性能量的产生和储存以及向心收缩时储存弹性势能的再利用程度

②运动神经中枢对肌肉的反射性调节作用 获得良好鞭打效果的三个因素： ① 肌肉的牵拉长度 ② 肌肉的牵拉速度

③ 离心-向心收缩的耦联时间 例题1：

质量为50kg的运动员，从3米高处自由下落，脚接触地面0.1秒后静止，求人体受到的冲击力多大？ 由于人体受到的合力F是重力和冲击力的合力，所以合力F合=F冲击力+W，由于重力W与合力F合方向相反，所以， F合= F冲击力-W

F合(t2t1)mv2mv1(F冲击力W)tmv2mv1(F冲击力W)t0(m2gh)根据动量定理：

Fmt2ghW4324N

例题2：质量为0.3kg的棒球，以10m/s的速度飞行，被运动员棒击后以15m/s的速度反向运动，若棒击时间为0.01s，求棒球所受到的击打力？

F合(t2t1)mv2mv1F合tmt(vv0.321)0.01(1510)750N

从公式可以看出，当动量的变化量一定时，缓冲时间Δt越长，人体受到的冲击力F就越小。

F(t2t1)mv2mv1mv即：Ftmv