第一篇：運動器系的生物力學特性

第二章 運動器系的生物力學特性

（一）自學內容

人體運動器系由骨、關節(jié)和肌肉組成，其主要功能是使人體運動。因此，要向深入揭示人體運動的力學規(guī)律，必然要涉及到人體運動器系各組成部分的結構、功能及所表現(xiàn)的力學特點和力學特性。

了解材料力學的基本概念，如載荷、應變、應力、應力-應變曲線、粘彈性等；骨的生物力學特性；關節(jié)軟骨、韌帶、肌腱的生物力學特性；人體關節(jié)力學；要掌握骨骼肌的生物力學特性和運動器系整體的生物力學性能與特點，重點掌握肌肉的力學模型以及肌肉的收縮特點。

（二）本章重點

1、骨骼肌的生物力學特性。

2、運動器系整體的生物力學性能與特點。

（三）本章難點

1、人體運動器系的材料力學特點。

2、骨骼肌的生物力學特性。

（四）本章考點

1、骨骼肌的生物力學特性。

2、運動器系整體的生物力學性能與特點。

（五）學習指導

人體運動器系的力學特性，以及人體基本活動形式的特征是運動生物力學的重要組成部分。本章主要是對人體的骨、關節(jié)軟骨、韌帶、關節(jié)及骨骼肌的生物力學特性有一個全面地了解，為加深后面章節(jié)對動作技術的生物力學分析作基礎。其中，肌肉的生物力學特性是重點，要熟練掌握肌肉的三元模型，肌肉的力-速曲線等，還要掌握人體運動器系的整體的生物力學性能和特點，如環(huán)節(jié)、運動鏈及骨杠桿等。

第二篇：400m跑運動生物力學分析

110m欄過欄技術運動生物力學分析文獻綜述

摘 要

本文通過對110m欄全程過欄技米的觀察和分析,總結了110m欄各技術環(huán)節(jié)的關鍵以及技術的重難點。為各教練員進行針對性訓練提出了一些參考。

關鍵詞 過欄技術;跨欄步;欄間步

1.前言

采用文獻綜述的方法總結了每個階段起跨腿和擺動腿技術動作,從生物力學、運動解剖學的角度分析了每個技術動作的原理及技術動作之間的聯(lián)系,為110m欄的技術訓練提供理論依據(jù)，尤其從生物力學、運動解剖學的角度分析了110m 跨欄比賽中關于運動員的身體重心、下肢動作、機械能量和能量有效性等每個技術動作的原理及技術動作之間的聯(lián)系,為110m跨欄的技術訓練提供理論依據(jù)。本文從運動生物力學角度對110m欄全程技術特點作運動生物力學的分析，對運動員在比賽中的技術動作進行生物力學分析,對教練員指導訓練將有重要意義。

2.110m欄過欄技術的概念

110m跨欄跑的運動成績是由運動員的平跑速度，過欄技術以及跑跨結合的能力決定的，而過欄技術是110m跨欄跑技術的重要組成部分，也是整個技術環(huán)節(jié)中最復雜的部分。過欄技術也稱作跨欄步技術，是指起跨腳踏上起跨點到擺動

[1]腿的腳著地這一時期所表現(xiàn)出的技術動作。過欄技術包括起跨攻欄、騰空過欄下欄著地三個環(huán)節(jié)。

3.110m跨欄過欄技術關于運動生物分析方面的研究

中國知網核心期刊上進行搜索，然后在結果目錄中進行查閱，其中對于國內外110m跨欄跑過欄技術關于運動生物力學的研究，現(xiàn)代跨欄跑步運動首先興起于英國，19世紀中葉得到了廣泛發(fā)展。因為能夠提高運動員健康水平以及防治疾病，受到廣大群眾的歡迎。近些年來隨著參加人數(shù)的增加，由跨欄跑引發(fā)的運動損傷越來越受到人們的重視。特別是常年從事跑運動訓練的運動員，運動損傷現(xiàn)象尤其明顯，這些損傷不僅影響到正常的訓練、工作和生活，而且還影響到身體健康。

通過研究發(fā)現(xiàn)優(yōu)秀選手的跨欄步較小,這是由于他們欄前距離的百分比增加所致。因此對高水平的選手來說過欄后一定要克服“順慣性”跑的動作,在擺動腿下欄的同時同樣應像高欄運動員那樣主動壓欄,加強擺動腿的下壓著地,提高后蹬用力效果。眾所周知，生物力學是用經典力學的基本原理和方法來研究生物系統(tǒng)的力學規(guī)律。運用生物力學有關原理來研究110m欄過欄時，其目的就是要合理的進行110m跨欄跑。目前運動生物力學測試手段按照測量對象的屬性分為運動學參數(shù)測量、動力學參數(shù)測量、生物學參數(shù)測量。運動學參數(shù)測量包括測量運動的時間特征、空間特征、時空特征的參數(shù)，如速度、加速度、軌跡等;動力學參數(shù)測量包括力、力矩、轉動慣量等參數(shù)的測量;而生物學參數(shù)測量則包括人體測量學、肌電等生物學因素的測量[3]。

“概括地說,用生物力學研究運動枝術的目的有兩點:一是確定運動技術的一般規(guī)律及其原理,塑造標準或最佳運動技術的模式;二是運行運動技術診斷,鑒定運動員技術水平”。目前所見到的文獻基本上屬于第一種范疇。3.1起跑過第一欄技術

運動員起跑到第一欄的快速加速以及準確的欄間步點對于建立110m欄運動員通過前幾欄的過欄節(jié)奏,發(fā)揮欄間速度是非常重要的。在起跑過第一欄的過程中,只有訓練運動員具有準確的步點,才能實現(xiàn)快跑與過欄的良好轉換。起跑時,如果用雙數(shù)步過第一欄,擺動于后起跑器上;反之則置于前起跑器。

3.2欄間步

欄間步與其它任何短跑項目相比,110m欄需要運動員更多的比賽經驗,這是取得優(yōu)異成績的先決條件,它要求運動員必須盡可能多地參加比賽,適應比賽環(huán)境;要求運動員在比賽、訓練中形成最具實效性、經濟性的欄間步以達到快跑和迅速過欄的目的。勿寧置疑,欄間步技術應該連貫、流暢并能允許運動員以相同的擺動腿攻欄(最好為左腿),因而欄間跑的步數(shù)最好采用單數(shù)步。如果運動員欄間采用雙數(shù)步則會使運動員在攻欄時改變其擺動腿而影響起跨的連貫性,因此在比賽中,運動員的欄間跑最好采用單數(shù)步連貫、快速地跑完全程。然而要讓運動員做到這點卻相當困難,目前世界上仍只有少數(shù)優(yōu)秀選手才能達到。下欄著地階段擺動腿的技術動作是爭議最大的,擺動腿積極下欄時的下扒動作是現(xiàn)代技術的特點,據(jù)研究表明:為了使肌肉在生理限度內有最大的彈性勢能貯備,同時盡可能減小足著地時人體水平速度的損失,要求足著地時人體對地面的沖量的作用方向應趨向垂直方向,與水平面的夾角(著地角)要相應增大,同時也可以獲得較高的著地重心。

關于曲腿下欄和直腿下欄的觀點,研究認為我們不能從局部去看擺動腿的下欄技術。我們在分析運動技術動作時不僅要符合生物力學的原理,還要符合運動解剖學的原理,當起跨腿處于垂直支撐階段時,擺動腿的足跟幾乎碰到臀部,膝關節(jié)的夾角比一般短跑運動員相應的要小(可達28°一34°),這個角度在慢跑中或靜止狀態(tài)是無法做到的。在起跨腿充分前蹬的情況下擺動腿在充分送髓的前提下,以髖關節(jié)發(fā)力向上快速擺動攻欄時下腿的擺速落后大腿的擺速,由于慣性的作用才使擺動腿的膝角變小。在下欄階段小腿不存在主動擺直的動作,解剖學研究證明:“當大腿彎曲時,膝關節(jié)的股二頭肌,半膜肌會產生被動不足的現(xiàn)象阻礙膝關節(jié)的伸直25°。所以在膝關節(jié)夾角很小的情況下主動伸直膝關節(jié)是很困難的。而擺動腿的“直”是在大腿已經完全停止向上運動,上體與大腿夾角處于最小,此時大腿突然停止向上擺動,并向相反的方向下壓,此時小腿來不及變換方向,仍以原速度向上,因而被有力地拋向前上方,形成了欄前的“直”現(xiàn)象。因此在這個技術動作方面不應該存在什么直腿下欄與曲腿下欄之說,主要還是髓關節(jié)的肌肉力量及靈活性。是大腿帶動小腿的結果。另外在擺動腿積極下壓的同時,大腿在休側平著過欄,這必須使大腿在髓關節(jié)處外展90°才能達到。但是髓關節(jié)外展幅度最大為45°(其它關節(jié)不動)也就是說當大腿在髓關節(jié)處外展超過45°以后,必須與腰骼關節(jié)聯(lián)合運動才能達到,做此動作時首先需要后腿在屈和外展的同時并旋外,大腿的旋外很關鍵(要求膝高于躁的原因),因為它可使股骨大轉子避免與髂骨外側前部相碰,可增大髓關節(jié)的外展幅度,同時在小腿屈和旋外肌的作用下才能使整個起跨腿達到平著過欄的目的。因此,在分析運動技術動作時要結合運動解剖學、運動生物力學及運動生理學各方面來分析問題,我們不能只從局部來分析運動技術動作并且還要考慮到各個動作之間的相互關系和運動員自身的身體特點。比賽中大多數(shù)選手都在跨越幾欄后因技術和疲勞原因而被迫縮短其步長,改變其欄間步而出現(xiàn)欄間步數(shù)的變化。水平越低的選手,這種變化會出現(xiàn)得越早。

4．結語

盡管我國的110m跨欄過欄技術在運動生物力學方面這些年來有了明顯的發(fā)展, 雖然依然過欄技術卻觀點有所不同，但通過仔細了解、學習總結了有了許多的收獲，主要體現(xiàn)在以下幾點: 1.下欄著地階段擺動腿的技術動作是爭議最大的,擺動腿積極下欄時的下扒動作是現(xiàn)代技術的特點,為了使肌肉在生理限度內有最大的彈性勢能貯備,同時盡可能減小足著地時人體水平速度的損失,要求足著地時人體對地面的沖量的作用方向應趨向垂直方向,與水平面的夾角(著地角)要相應增大,同時也可以獲得較高的著地重心。

2.關于曲腿下欄和直腿下欄的觀點,研究認為我們不能從局部去看擺動腿的下欄技術。我們在分析運動技術動作時不僅要符合生物力學的原理,還要符合運動解剖學的原理,當起跨腿處于垂直支撐階段時,擺動腿的足跟幾乎碰到臀部,膝關節(jié)的夾角比一般短跑運動員相應的要小(可達28°一34°),這個角度在慢跑中或靜止狀態(tài)是無法做到的。在起跨腿充分前蹬的情況下擺動腿在充分送髓的前提下,以髖關節(jié)發(fā)力向上快速擺動攻欄時下腿的擺速落后大腿的擺速,由于慣性的作用才使擺動腿的膝角變小。

3.在下欄階段小腿不存在主動擺直的動作,當大腿彎曲時,膝關節(jié)的股二頭肌,半膜肌會產生被動不足的現(xiàn)象阻礙膝關節(jié)的伸直25°。所以在膝關節(jié)夾角很小的情況下主動伸直膝關節(jié)是很困難的。因此在這個技術動作方面不應該存在什么直腿下欄與曲腿下欄之說,主要還是髓關節(jié)的肌肉力量及靈活性。是大腿帶動小腿的結果。

4.過欄前和過欄后的步幅大小決定過欄效率的高低，欄前的起跨決定身體重心的運動軌跡,它是影響過欄最優(yōu)化的一個決定性因素。過欄的質量和起跨時的身體重心高度直接相關。

5.過欄技術應該緊密與運動生物力學、解剖學、運動學同時交叉、貫通，這樣對于400m跨欄過欄技術及整個跨欄技術都會有更大的質的飛躍。

5.參考文獻

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第三篇：《運動生物力學基礎》教學大綱講解

《運動生物力學A》教學大綱(04)

一、說明

（一）課程定義：運動生物力學基礎是研究人體機械運動規(guī)律的一門應用基礎科學。它是實現(xiàn)運動技術分析的唯一手段，其運動技術數(shù)據(jù)采集方法和分析方法是本門課程中最具特色的部分，在體育學科中具有不可替代的作用。

（二）編寫依據(jù)：本大綱依據(jù)國家教育行政部門有關對運動人體科學專業(yè)本科生的培養(yǎng)任務及目標，結合考慮運動人體科學專業(yè)本科學生的實際情況制定。

（三）目的任務：向學生傳授體育運動中人體（包括器械）運動的基本原理和基本知識。其中重點掌握運動生物力學數(shù)據(jù)的采集方法和基本儀器的使用方法，以及從運動生物力學數(shù)據(jù)中解讀運動技術信息的知識，培養(yǎng)學生科學思維和動手操作的技能。

（四）課程編碼：20520009，適用于運動人體科學專業(yè)本科生使用。

（五）學時數(shù)與學分：本課程86學時，5學分。

二、教學內容與學時分配

教學基本內容

講授

第一章 運動生物力學概述 第二章 運動生物力學數(shù)據(jù)采集 第三章 人體運動實用力學原理 第四章 骨、關節(jié)、肌肉力學基礎 第五章 運動技術分析基礎

合 計 16 16 16 16 66

教學安排 討論

實踐

實驗4 2 20 30 20 18 16 86 小計

三、教學內容與知識點

第一章 緒論

知識點：運動生物力學的定義，基本概念，運動生物力學的任務。第二章 運動生物力學數(shù)據(jù)的采集

知識點：運動技術數(shù)據(jù)的意義，運動學數(shù)據(jù)的測量，攝影攝像基礎、視屏數(shù)據(jù)轉換，運動技術解析原理和方法介紹，測力原理，測力應用介紹。

相關實驗：

實驗1：攝像機操作，視屏數(shù)據(jù)轉換操作 實驗2：運動技術圖片重心實測

實驗3：運動技術錄像解析(自編軟件)實驗4：艾里爾錄像解析軟件(或同濟大學解析軟件)實驗5：三維測力平臺

實驗6：應變片在測力中的應用之一(應變片粘貼技術)實驗7：應變片在測力中的應用之二(應變測力儀使用)第三章 人體運動實用力學原理

知識點：運動學基礎，動量定理、動量矩定理，穩(wěn)定性原理，流體力學原理 相關實驗：

實驗8：一維平衡板實驗 實驗9：平衡臺測量重心位置 第四章 骨、關節(jié)、肌肉力學

知識點：骨力學、關節(jié)力學、肌肉力學 相關實驗：

實驗10：縱跳實驗(人體素質測量儀)第五章 運動技術分析基礎

知識點：運動技術分析基本方法、跑跳投技術分析、舉重技術分析、體操技術分析、游泳技術分析。

四、考核

（一）考核形式：實驗報告、閉卷筆試。

（二）成績計算：較好的完成大綱安排的基本實驗，并寫出實驗報告；以實驗報告評定成績，占總考核成績的20％。較好的完成大綱各部分講授課安排的內容及問題。成績評定采用閉卷筆試，占總考核成績的80％。

（三）考試的形式及試卷結構

1）答題方式：本課程考試采用閉卷筆試方式，題目包括：填空題、判斷題、選擇題、問答題、計算題。

2）考試時間（考試所需要的時間）：120分鐘。

3）題型分數(shù)比例：填空題15%、判斷題10%、選擇題15%、問答題30%、計算題30%。

4）內容比例：緒論10%、運動生物力學數(shù)據(jù)的采集40%、人體運動實用力學原理30%、骨、關節(jié)、肌肉力學20%。

5）試題難易程度比例：基本題60%、難度題30%、發(fā)揮題10%。

五、教材與參考教材

教學用書：

1.體育學院通用教材，《運動生物力學》，北京：人民體育出版社，1990年第1版。參考書目：

1.石玉琴等編，《運動生物力學研究方法與實驗》，成都：西南財經大學出版社，1995年1版。2.劉北湘編，《競技運動技術原理》，西安：西安交通大學出版社，1996年1版。

第四篇：散打動作技術的運動生物力學分析

散打動作技術的運動生物力學分析

散打是一項用身體特定部位作為進攻或防守武器的搏擊性運動?？v觀其動作技術特點，散打中任一技術動作都是在肩、軀干、腰、髖、膝、裸各關節(jié)的充分配合下完成的，要求將各關節(jié)的分力聚集一點作用于目標。散打動作技術主要有拳法、腿法、摔法。拳法主要包括直拳、擺拳、勾拳、劈拳、扣拳、鞭拳、彈拳七種，是以直、擺、勾、為主體；腿法主要有前蹬腿、側踹退、橫鞭腿、后擺腿、下劈腿、掃腿六種，是以前蹬腿、鞭腿、側踹腿為主體；散打中的摔法主要有夾摔、抱纏摔、接腿摔、等三種[1I。拳法的特點在于進攻路線短、沖力大、速度快、發(fā)力狠、動作突然、防不慎防、躲避困難、而且易于應用身體的力量。腿法的特點進攻路線長、打擊力大、是遠距離進攻最有效的武器。摔法的特點是速度快、發(fā)力突然，是貼身搏擊的銳利武器。對散打動作技術肌群工作特征分析 肌肉是人體運動的發(fā)動機，是產生力的器官。散打動作技術的肌群力學特征主要通過參與工作的肌肉作用類型、肌肉功率、肌肉功、肌肉的發(fā)力順序四方面表現(xiàn)出來。1．1 參與工作的肌群及其特點

散打中的每一動作技術都是全身性的運動，都要求身體各部位的肌群協(xié)調、充分的配合使機體能量經濟化和動作效果最優(yōu)化。從體育解刨學的角度上講，其動作設計與人體的上肢、軀干、和下肢等關節(jié)的肌肉的工作特征緊密相連。下面以散打中最常用的右手摜拳為例、對參與摜拳動作關節(jié)的運動及肌肉工作的特點進行分析：右手摜拳的動作要求右腿輕微下潛繼而快速蹬地并向內扣，髖關節(jié)伸展內旋，軀干向左回旋，同時肩胛骨前伸，肩關節(jié)前屈，肘關節(jié)伸的同時伴隨前臂內旋，右拳向外、向前、向里橫摜，力達拳面。做摜拳動作時，右腿輕微下潛右后快速蹬地并向內扣動作是由髁關和膝關節(jié)完成，參與的肌群為小腿三頭肌、脛骨后肌、股四頭肌等，是肌肉在近固定時做超等長收縮完成的。髖關節(jié)伸展內旋動作主要是臀大肌、大收肌、股二頭肌、半肌腱和半膜肌、臀中肌和臀小肌前部及闊筋膜張肌等肌群 在近固定時做向心工作完成的。軀干左回旋動作是由左側腹內斜肌和右側腹外斜肌在下固定時做向心工作完成。在手臂擺動過程中，上肢帶的肩胛骨做前伸運動，主要是由前鋸肌和胸小肌在近固定時做離心工作完成的；肩關節(jié)前屈主要是由胸大肌、三角肌前部肌纖維做等長工作完成；肘關節(jié)伸的同時伴隨前臂內旋動作，肘關節(jié)伸主要是由肱三頭肌和肘肌在近固定時做向心工作完成的；前臂內旋是旋前原肌、旋前方肌在近固定時做向心工作完成。

由以上分析得知，各關節(jié)肌肉的收縮形式有離心收縮、超等長收縮、等長收縮等收縮形式。在各種收縮形式中，產生肌力的大小順序為：超等長收縮>離心收縮>等長收縮>向心收縮日。顯而易見。超等長收縮產生的肌力最大。之所以這種收縮能產生更大的力量是由于肌肉彈性體產生的張力變化和肌牽張反射。從運動生物力學的角度說，人體肌肉包括肌腱是一種黏彈性物質，其在收到迅速牽拉伸長時，能夠產生強大的彈性回縮力，黏性物質如果緩慢被拉伸，或者拉伸后在停頓一段時間就會出現(xiàn)松弛現(xiàn)象，其彈性回縮力就會大大降低。所以在散打動作中，盡可能的使肌肉做超等長收縮，使其產生更大的肌力。如在直拳、摜拳、勾拳時，在啟動階段使蹬地腿有意識的小幅度下潛或身體小幅度的轉動使肌肉先做離心收縮，繼而快速蹬地、轉髖、送肩使肌肉做向心收縮，從而增大肌力。在做鞭腿動作時同樣使進攻腿下潛，繼而快速蹬地，肌肉做超等長收縮，使進攻腿產生了更大的肌力，通過發(fā)作用力于地面，從而增加了進攻腿的啟動速度。但應注意腿的下潛動作及蹬地發(fā)力到動作完成整個過程是快速、連貫一致的，否則會出現(xiàn)肌肉的松弛現(xiàn)象。

1．2 肌肉工作的功率分析 散打中進攻腿或拳對目標擊打效果的優(yōu)劣往往取決于完成動作過程中肌肉功率的大小。肌肉的功率(P)等于肌肉收縮力(T)與肌肉收縮速度()的乘積，即P：w ：：T．旦：T．t t t

肌肉的功率值由該r_v曲線圖可以得到，肌力隨著肌肉收縮速度的減小而逐漸增大，當肌肉收縮的速度減慢至零時，肌力最大。在圖1上每一點的功率等于以該點和坐標原點為兩對角頂點的矩形面積，由圖知肌肉的功率存在一個最大值，當肌肉收縮速度達到v。時肌肉的收縮速度與肌力的乘積最大，即爆發(fā)力P=TV最大，所以散打拳法和腿法技術中要想發(fā)揮出最大爆發(fā)力必須擁有適宜的力量和速度。事實上，有學者已研究表明，肌肉功率的內部結構還有另外一個很重要的因素——肌力的梯度。在肌肉功率計算公式中，肌肉力量T是一個變量，如果力T是受力點位置的函數(shù)T(r)。但是，如果力T是時間的函數(shù)T(t)時，那么上面的功率計算公式就變?yōu)镻= = =T(1)． dS+ v+ _s_mdt dt dt dt dtd St ‘由上式可以看出，即力T隨時間t的變化率，稱為肌肉梯度，對肌肉的功率也有重要的貢獻。所以在散打動作中要

求運動員在極短的時間內發(fā)揮出最大力，使得的值增大，從而增大爆發(fā)力。有資料顯示人體爆發(fā)力達到最大所用的時間約為300—400ms，而散打運動員完成某一擊打動作時間也在 1 80—600ms之間，已有學者對超級散打王柳海龍和散打王寶力高的后鞭腿動作進行研究，結果得出柳海龍完成這一動作需要330ms，寶力高完成該動作需要310msis]；也有學者對散打健將運動員和一級運動員優(yōu)劣勢側踹腿達到最大力量所用的時間進行對比研究，得出健將級運動員優(yōu)勢側踹腿達到最大力量所需時間平均為184．1±6．2ms，弱勢側踹腿為165．3 4-12．4ms，一級運動員優(yōu)勢側踹腿到達最大力量所需時間平均為195．0 4-12．Oms，弱 勢為189-3±10．2ms，由以上研究表明散打擊打動作技術在理論上基本能達到發(fā)揮最大功率所需要的峰值。這就要求我們在平時的散打訓練中，盡量以發(fā)展運動員的肌肉功率為主，在短時間內使運動員的擊打力量和動作速度最大化。另外，有研究表明爆發(fā)力的大小與主動肌的收縮快慢和對抗肌的放松程度有很大關系171。主動肌的主動收縮能加快動作的速度，相反，對抗肌的收縮則起著阻礙動作速度的作用。肌肉放松可以減小肌肉之間的對抗，提高動作的速度。當主動肌群收縮的同時，適時地放松對抗肌群，能減少對抗肌的阻力，增大主動肌群的收縮速度和力量，使動作變得更快、打擊更有力，從而有效的增加了肌肉的功 率。

綜上所述，我們在平時的散打擊打訓練中，不僅要在短時間內完成動作外，還應在擊打過程中使肢體和相應關節(jié)的肌肉放松，直到擊打肢體剛接觸目標的瞬間增加關節(jié)的肌肉力量，使肌1m ／．、肉梯度增大，從而發(fā)揮出最大功率，使打擊效果最優(yōu)化。1．3 肌肉工作的肌肉功分析

肌力的系統(tǒng)是在肌肉力影響下由關節(jié)連接的骨組成的，一個擊打動作的所表現(xiàn)出的速度意味著加速度、力、肌肉收縮。我們知道較大的力能產生較大的加速度，而較大的肌肉收縮產生較大的力，但是，較大的肌肉力是位于近身體中心的，而在散打運動中我們希望建立在攻擊的手和腳上的速度，所以問題是如何諧調肌肉來順序的運動發(fā)力。所以，在擊打動作中只慮肌肉力是無法達到目的，因為從許多串聯(lián)的肌肉中獲得的瞬時力總和其意義不大。只有考慮擊打過程中的整個肌肉功才是更有用的，因為它們直接與系統(tǒng)的動能變化緊密相連?；驹硎羌∪夤Φ扔诩∪饬Τ艘约∪饪s短的距離，這種功改變了系統(tǒng)的動能。這種情況下，改變的是身體環(huán)節(jié)的速度或角速度，因此我們的Et的要協(xié)調肌肉收縮，使功最大化，從而使最遠端環(huán)節(jié)的末端效應器的最大速度。由希爾方程知，肌肉的收縮力隨著肌肉收縮速度的增加而減小，收縮速度為0時，肌力最大。這意味著在相鄰環(huán)節(jié)之間的相對運動應該在角速度為0時開始，既在此時開始激活肌肉，肌肉一開始激活就有力使一個環(huán)節(jié)相對于它的臨近環(huán)節(jié)加速，在肌肉激活到最大之前跟著發(fā)生運動，節(jié)節(jié)加速傳遞，從而使末端擊打動能最大化。所以散打運動在完成擊打動作時要求上下肢、腰、髖、軀干協(xié)調配合，通過蹬地、轉髖，合腰將進攻腿或拳作用于擊打部位，原因是通過髖關節(jié)和軀干的轉動所做的功可以使拳或腳的速度最大化，許多短的肌肉產生相鄰椎骨之間的轉動，這些肌肉只能縮短很小的量。但是他們的巨大數(shù)量可以做大量的功，許多淺層的軀干肌跨過一個以上的椎間關節(jié)，因為他們離開椎骨轉動軸有一段距離，加上它們同樣可以縮短相當大的量，所以它們可以產生相當大的力矩，髖關節(jié)相對于腳的轉動可以發(fā)展力矩和角位移。所有這些動作都可以產生肌肉功并可傳遞到肩帶，作為動能表現(xiàn)出來。肌肉功原理就要求我們在進行擊打動作訓練及實戰(zhàn)中充分利用蹬地、轉髖、合腰的力，使肌肉充分做有用功，使得末端擊打部位的動能最大化。在散打教學訓練中注重腿部、髖部、腰部的力量練習。1．4肌肉工作的順序原則 人體四肢由近端至遠端，各關節(jié)所配備的肌肉由強變弱，運動中當需要克服大阻力或需要表現(xiàn)出較高的動作速度時，肢體各關節(jié)的肌肉雖然都同時用力，但各關節(jié)產生的力不同，大關節(jié)產生的力最大，中關節(jié)次之，小關節(jié)最小。對于肌肉工作順序原理問題，我國學者早有研究，有學者對跆拳道橫踢動作研究時得出后橫踢肌肉的發(fā)力順序首先是髂腰肌、股直肌、縫匠肌、闊筋膜張肌完成主動收縮，在完成屈髖動作的同時，臀中肌，臀小肌完成右大腿的旋內動作，其次，股四頭肌收縮完成伸膝動作的同時在小腿三頭肌的作用下完成裸關節(jié)的伸屈動作；有研究表明鞭腿打擊動作的活動順序為髖關節(jié)一膝關節(jié)一髖關節(jié)一膝關節(jié)一踝關節(jié)㈣。充分說明了關節(jié)活動順序由大關節(jié)到小關節(jié)的原理。因此，在散打動作中，要增加出拳或踢腿的速度和力量就必須的利用肌肉大小關節(jié)發(fā)力的順序，主動加強大關節(jié)用力，再帶動中關節(jié)運動，最后帶動小關節(jié)關節(jié)運動。2 散打動作技術特征的力學分析 散打進攻時打擊力量的大小、方向以及擊打點是評價動作效果好壞的較為重要的生物力學依據(jù)之一。下面我們從力學原理方面進行分析。在散打動作中拳法和腿法屬于進攻動作，主要 以擊打有效部位為主，可稱為擊打眭動作。對于擊打性動作技術，應用動量定理：ΣF。= d(mv)=誓咖，在時間t_tO時間段內，擊打肢體接觸目標的初始動量分別為P和P。，于是可得擊打肢體接觸目標時在時間t—to內所受的總沖量的大小為II=f(Fi)dr=I dp=p—Po上式表明：在擊打過程中，擊打肢體接觸擊打目標的時間內，其動量的改變量等于這段時間內作用于擊打目標合力的沖量，所以要增大擊打肢體對目標的擊打合力的沖量，就得增加擊 打肢體接觸目標時間段內的動量改變量。

上式為用沖量表述的擊打肢體動量定理的積分形式，在擊打肢體擊打目標的過程中，沖量是隨時間變化的，因而合力的沖量等于各分力的沖量之和，而每一個分力的沖量都可以表示為平均力與時間的乘積，因此上式可表示為：Σ(t．t0)：p—P。=iV—my(v為擊打肢體離開擊打目標的速度，v。為擊打肢體接觸擊打目標的速度，其中p=mv)，于是得知Σ =—m(v-vo一)，一Io規(guī)定擊打肢體離開擊打目標的速度方向為正方向，于是可知v為正值，VO為擊打肢體剛接觸擊打目標時的速度，由于與離開目標時的速度方向相反，因此v0為負值，既上式可表示為：Σ：二—m(v+—vo)。t—t0 t—t0 上式表明：要增加擊打肢體對擊打目標的平均力度，就得增加肢體的質量和打擊速度，肢體的質量隨著運動狀態(tài)的變化而發(fā)生相應變化，不易于控制，并且產生的效果并不大，因此最有效的方法是增大v。和v，減小卜to，既盡量的增加擊打肢體剛接觸和離開擊打目標的速度，縮短擊打肢體和擊打目標之間接觸的時間。對于v和t，我們可以使在擊打肢體接觸擊打目標時決出快收，以縮短擊打肢體和擊打目標接觸的時間t，增加擊打肢體離開擊打目標的速度v，但如何增大擊打肢體剛接觸擊打目標的速度Vo，這是值得我們探討的問題。在散打擊打動作中，大多數(shù)動作實質上是繞相應軸的轉動，如以鞭腿為例，由角速度與線速度的關系v=∞r2知，只要提高腿轉動的角速度m，就可以增大腳接觸目標的速度v。由轉 動定律ΣM=Id得知，轉動體繞固定軸轉動時，轉動體的轉動慣量(I)與角加速度()之積等于轉動體所受的合外力矩(ΣM)。因此要提高鞭腿進攻的角加速度，增加角速度∞，就必須增大肌力矩ΣM，縮小轉動慣量I。所以在腳剛接觸擊打目標時應加強各肌肉關節(jié)的用力，增大肌力矩，并在不同的動作階段合理的應用進攻腿的屈與伸，改變轉動慣量的大小，才能提高角速度∞，才能真正實現(xiàn)提高進攻效果的目的。另外，由動量矩定理ΣMt=I ∞2-1．∞，得知當動量矩的大小一定時，轉動體所受的沖量矩ΣMt在數(shù)值上等于轉動體的轉動慣量(I)與轉動速度(∞)之積的改變量。從動量矩定理可以看出，在肌力矩一定時，肢體在某一時刻以不同的姿勢轉動時，其擊打效果顯然是不同的。也就是說，進攻腿從蹬地動作開始到擊打動作結束，大腿相對髖關節(jié)從加速彎曲過渡到快速制動過程中，小腿如何折疊，有如何伸展，對進攻腿的動量矩變化都起著重要的作用。由此可見，動量矩變化量的大小對進攻腿擺動速度的影響是非常重要的，因此在訓練中，把握動作的連貫性，注重動作的實效性，在確保自身穩(wěn)度的前提下，盡量增大進攻腿的動量矩增量。散打運動其動作大多涉及到肢體的轉動，上述分析對其它散打動作同樣也適用，如根據(jù)動量定理和轉動定律原理，直拳動作在出拳時蹬地，擰腰，轉髖，并使拳配合旋轉，以增大直拳剛接觸目標時的速度和角速度，增加打擊力度。摜拳在擺動過程中以肘關節(jié)角度大小的改變來調整肢體相對于肩關節(jié)軸的轉動半徑，以達到擺動肢體相對于肩關節(jié)的轉動慣量，從而獲得較好的打擊效果的目的。3 結論與建議

第五篇：生物力學總結（最終版）

生物力學總結

能源與動力工程學院

39042128 馬建棟

跆拳道的生物力學分析

一、摘要

本學期我選修了生物力學這門課，在課程中初步的了解了生物力學的研究范圍、研究對象及其應用等。生物力學（biomechanics）生物力學是應用力學原理和方法對生物體中的力學問題定量研究的生物物理學分支。其研究范圍從生物整體到系統(tǒng)、器官(包括血液、體液、臟器、骨骼等)，從鳥飛、魚游、鞭毛和纖毛運動到植物體液的輸運等。生物力學的基礎是能量守恒、動量定律、質量守恒三定律并加上描寫物性的本構方程。生物力學研究的重點是與生理學、醫(yī)學有關的力學問題。依研究對象的不同可分為生物流體力學、生物固體力學和運動生物力學等。本學期的生物力學課程主要介紹了生物摩擦學、生物運動學、血液流變學和骨力學。

二、引言

現(xiàn)代生物力學大約起源于20世紀60年代末，生物力學和運動生物力學發(fā)展進入了形成和發(fā)展時期。在這一時期專家們對于人和動物運動的生物力學特性進行了積極的研究。隨著對于運動訓練問題研究范圍的不斷擴大，有關運動員完成比賽動作技術分析方面不同角度生物力學的研究得到了積極發(fā)展。近些年教育生物力學中的傳統(tǒng)學術方面在東歐國家得到了進一步的發(fā)展，在這一領域里所進行的現(xiàn)代科學研究的主要方向首先決定于使用現(xiàn)代科研方法的可能性。研究生物力學對當前的醫(yī)學水平和生命機理有至關重要的意義。

三、正文

1研究對象

以濱州市跆拳道隊女隊運動員為研究對象，在實驗條件下對她們的后腿橫踢技術動作進行拍攝，A均在近幾年濱州地區(qū)跆拳道比賽中獲得過優(yōu)異成績。B為濱州地區(qū)跆拳道隊普通隊員.2研究方法

研究主要是通過使用兩臺日本產Pansonic DP 200Sony攝像機進行三維錄像拍攝。一臺攝像機是旋轉在“運動方向”右邊，距受試者約15ｍ處，另一個攝像機放置在受試者左邊約15ｍ處，兩攝像機主光軸約成90°，高度約為1.5ｍ。兩臺攝像機的拍攝頻率為25幀/ｓ。為保證圖像清晰，采用 1/250ｓ的快門速度。拍攝日期及時間顯示于屏幕的左下角。為保證每名受試者動作能夠在Ａ機和Ｂ機中對應，拍攝中使用一包括25個標記點的樹形框架(PEAK公司)型號為003-C，拍攝橫踢動作前將框架置于動作區(qū)域內并拍攝框架，完畢后，移走框架。每名受試者在做完充分的準備活動后，拍攝10次橫踢動作。對每名受試者隨機抽取的2次橫踢進行了詳細分析。運用一臺配置為CR1.7的個人電腦，采用會聲會影軟件和圖像采集卡對所得錄像進行剪輯，用美國艾里爾（Ariel Dynamics）公司生產 the APAS System錄像解析系統(tǒng)，對運動員A和B后腿橫踢技術動作進行分析和研究。在解析過程中，選取擺動腿的3個關節(jié)點，其中包括:髖關節(jié)、膝關節(jié)、踝關節(jié)。采用DLT法進行三維分析，X，Y，Z坐標為右手系。運用計算機把技術圖像進行數(shù)字化處理，并通過運動生物力學分析和研究，給出必要的數(shù)學參考模型。解析結果用數(shù)字濾波法進行數(shù)據(jù)平滑，截斷頻率為8，用Excel對提得數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計，分析髖、膝、踝關節(jié)的運動特征。每次踢的分析結果、角變化、速度數(shù)據(jù)都繪成了曲線，找出他們技術優(yōu)勢與不足。結果與分析

運動員A與運動員B總體變化規(guī)律基本相同

從整體情況來看，運動員A與運動員B的后橫踢動作均符合下肢鞭打運動原理。其中小腿先折疊后擺可提高踢腿速度。根據(jù)轉動慣量理論，Ｉ=ＭＲ2。如把整個橫踢動作看做腿繞髖關節(jié)的轉動，則小腿折疊減小了腿的回轉半徑，也就是減小了腿的轉動慣量。這樣，在同樣大小的髖關節(jié)肌肉力矩作用下，根據(jù)轉動定律，∑Ｍ=Ｉβ。轉動慣量越小則獲得的轉動角加速度越大，同時擺腿角速度越快。在橫踢這一多關節(jié)連續(xù)動作中，同樣也存在牽張反射機制。當踢腿時，總是先屈膝，這一動作使以股四頭肌為主的主動肌群伸展。主動肌伸展使肌肉拉長并刺激關節(jié)感受器，導致隨后的動作中肌肉有力的收縮。同時，這里也存在利用肌肉彈性勢能的可能性，即當肌肉離心收縮或拉長后，由于彈性勢能會很快地產生向心收縮。因此，對于一個高水平的跆拳道運動員來說，使主動肌在收縮前足夠地放松，使遠側環(huán)節(jié)能夠更加滯后是一種重要的技術。另外，人體四肢由近端關節(jié)至遠端關節(jié)，各關節(jié)所配置的肌肉的強弱，即肌肉的生理橫斷面逐漸減小。在生物力學中把關節(jié)處所配置的肌肉生理橫斷面大的稱大關節(jié)，反之稱小關節(jié)。這與人體活動時各關節(jié)所遇到的阻力矩由近端至遠端依次減小的情況是完全一致的。運動中當需要克服大阻力或需要表現(xiàn)出較高的動作速度時，肢體各關節(jié)的肌肉雖然都同時用力，但其中大關節(jié)總是首先產生活動，并依據(jù)關節(jié)的大小表現(xiàn)出一定的先后順序。依據(jù)關節(jié)大小表現(xiàn)出大關節(jié)首先發(fā)力，以克服環(huán)節(jié)或肢體的惰性，便于環(huán)節(jié)或肢體的啟動；中等關節(jié)次發(fā)力，便于環(huán)節(jié)或肢體進一步加速；小關節(jié)最后發(fā)力便于控制環(huán)節(jié)或肢體的運動方向和運動幅度。因此，在跆拳道的橫踢動作中應嚴格遵循這一規(guī)律，否則，必然造成動作結構錯誤，動作幅度、速度、力度受限，身體穩(wěn)度降低以及增大動作預兆等諸多負面結果?？偟膩碚f，運動員A與運動員B均符合以上原理，但是他們之間又存在著一定的差距。

4運動員A與運動員B髖關節(jié)和膝關節(jié)角度變化的對比分析

在踢腿動作中，首先膝關節(jié)屈曲小腿后擺，之后小腿前擺向目標踢出。其中膝角升高和降低曲線坡度都很陡，這表明橫踢動作中屈膝與伸膝具有較高的角速度，也就是說，膝關節(jié)屈伸肌的作用同樣重要。這表明，踢腿動作中，首先大腿向前擺出，而小腿后擺折疊，然后，當大腿擺到一定位置后，大腿制動，小腿前擺踢出，膝關節(jié)角度陡然增加。根據(jù)這一研究結果可知，跆拳道運動員在橫踢過程中正確的膝關節(jié)變化是關節(jié)角度先變小，再變大，再變小的過程。

5結論

跆拳道的橫踢動作中，大腿首先加速前擺，膝關節(jié)屈曲小腿折疊。當大腿擺至體前目標方向時，股四頭肌收縮使小腿踢出。良好的技術特征中由大腿帶動小腿踢出，小腿在踢出前應盡量放松。只有這樣，才能更好地完成快速、有力踢腿。這一技術動作符合關節(jié)活動順序性原理。

運動員A的技術動作的完成基本是合理和準確的，對橫踢這一技術的理解比較好，在訓練中注意加強身體素質的訓練，使其技術動作更加完善。

運動員B的髖關節(jié)沒有展出去，在提完膝后大腿沒有一個明顯的制動動作，技術動作完成的不準確。

參考文獻：

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