運(yùn)動(dòng)生物力學(xué)多媒體教學(xué)第四章.ppt

第四章 人體運(yùn)動(dòng)的靜力學(xué),靜力學(xué)是研究物體或物體系在外力作用下處于平衡狀態(tài)的性質(zhì)和行為的力學(xué)分支。體育運(yùn)動(dòng)中人體運(yùn)動(dòng)的靜力學(xué)主要討論人體在完成靜力性動(dòng)作，即處于相對(duì)靜止的姿勢(shì)(或稱平衡狀態(tài))時(shí)的受力情況，獲得平衡和維持平衡的力學(xué)條件。 平衡：物體處于靜止或勻速直線運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。 體育動(dòng)作中的出現(xiàn)靜態(tài)和動(dòng)態(tài)平衡。,4.1 力矩、力偶、力偶矩 的概念,1. 力矩的概念 力矩亦稱“轉(zhuǎn)矩”(力對(duì)點(diǎn)之矩)。表示力對(duì)物體作用時(shí)產(chǎn)生轉(zhuǎn)動(dòng)效果的物理量。 d為點(diǎn)到F的距離。單位：牛頓.米，方向：逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)為正，反之相反（右手法則）。,2. 力偶和力偶矩的概念 力偶：大小相等，方向相反，作用線互相平行但不重合的兩個(gè)力作用在物體上，物體同樣產(chǎn)生轉(zhuǎn)動(dòng)效應(yīng)，這一對(duì)力為力偶。 力偶矩： d為力偶臂,作用于剛體上的力，可平移到剛體上的任意一點(diǎn)，但必須附加一力偶，其附加力偶矩等于原力對(duì)平移點(diǎn)的力矩。,3. 力的平移定理,4.2 人體平衡的力學(xué)條件,平衡的概念：靜止或做勻速直線運(yùn)動(dòng)。 1. 平衡方程,2. 力系的簡(jiǎn)化和平衡 力的合成與分解:矢量運(yùn)算法則(平行四邊形法則),在平面直角指標(biāo)系OXY下:,共線力系的簡(jiǎn)化與平衡 R=F1+F2+F3+Fi+Fn=Fi，方向上、右正，下、左負(fù)。 平衡方程：Fi=0,平面匯交力系的簡(jiǎn)化和平衡 受力分析，平衡方程，例題P97,共面平行力系的簡(jiǎn)化和平衡 力矩原理:在共面平行力系中,所有個(gè)力對(duì)于其平面任意一點(diǎn)力矩的代數(shù)和,等于力系的合力對(duì)于此點(diǎn)的力矩. Mo=F1X1+F2X2+FiXi+FnXn =RX 平衡方程:Fi=0; Mo=0 受力分析，平衡方程，例題P99,共面一般力系的簡(jiǎn)化和平衡 受力分析，平衡方程，例題P100,總結(jié),平衡的力學(xué)條件：,對(duì)剛體上任意一點(diǎn),3. 下支撐平衡穩(wěn)定性判定,(1)支撐面 由支撐點(diǎn)和他們所圍成的面積。 支撐面大小與穩(wěn)定性的關(guān)系。,(2)重心的高低 重心的高低與穩(wěn)定性的關(guān)系 (3)穩(wěn)定角 重心垂直投影線和重心與支撐面邊緣相應(yīng)點(diǎn)連線的夾角，即物體在某一方向上的穩(wěn)定程度的判定指標(biāo)。 (4)平衡角 某方向上的穩(wěn)定角之和。 (5)穩(wěn)定系數(shù) ，K1，K=1，K1，的討論。 例題P105,F,h,G,r,穩(wěn)定系數(shù)的計(jì)算,穩(wěn)定角與平衡角,短跑起跑穩(wěn)定角的變化(快速打破平衡),根據(jù)平衡物體重心與支撐點(diǎn)的位置關(guān)系，平衡種類可分為： 上支撐平衡 下支撐平衡 混合支撐平衡 平衡物體受到外力作用偏離其平衡位置時(shí)，根據(jù)物體保持其平衡的可能性分為： 穩(wěn)定平衡 不穩(wěn)定平衡 隨遇平衡 有限穩(wěn)定平衡,4. 平衡動(dòng)作的定性分析,作業(yè)：P114，1, 5, 7,8,4.3人體重心,(1) 人體重心的概念 人體全部環(huán)節(jié)所受到的重力的合力的作用點(diǎn)叫做人體重心。,人體是由頭、軀干、上臂、前臂、手、大腿、小腿、足等多個(gè)環(huán)節(jié)組成。,人體多剛體模型示意圖,(2) 人體重心位置 正常站立姿勢(shì)下人體重心位置。,人體重心的變化,人體重心位置，人體重心位置隨人體姿勢(shì)變化而改變。,性別之間差異。 不同運(yùn)動(dòng)項(xiàng)目運(yùn)動(dòng)員之間差異。,人體重心可移動(dòng)出身體之外。,(3) 重心和動(dòng)作技術(shù)的關(guān)系 研究中將人體或環(huán)節(jié)重心簡(jiǎn)化為質(zhì)點(diǎn)。 以人體重心作運(yùn)動(dòng)學(xué)描述。 動(dòng)力學(xué)研究中將力移動(dòng)到人體重心上。 穩(wěn)定性判定基礎(chǔ),4.4 人體平衡的特點(diǎn),（1）人體不能處于絕對(duì)靜止的狀態(tài) 人體在維持平衡的過程中，不可能是絕對(duì)靜止的。呼吸系統(tǒng)和血液循環(huán)的存在造成了人體總重心在一定的范圍內(nèi)波動(dòng)，肌肉的張力在任何時(shí)候都不可能恒定，因此身體姿勢(shì)的維持不可能嚴(yán)格的不變。,（2）人體內(nèi)力在維持平衡中的作用 在某些靜力性姿勢(shì)中，維持平衡的不僅僅是重力和支撐反作用力。而是由重力矩與肌肉和韌帶的拉力矩共同維持的，如體操的平衡動(dòng)作。,（3）人體的補(bǔ)償動(dòng)作 人體在完成或維持靜力姿勢(shì)的過程中，當(dāng)人體重心發(fā)生偏移有失去平衡的傾向時(shí)，人體能借助于補(bǔ)償動(dòng)作在一定范圍內(nèi)“中和”或“抵消”重心的不適宜移動(dòng)。,人體的補(bǔ)償作用,達(dá)瓦孜,（4）人體具有自我控制、調(diào)節(jié)和恢復(fù)平衡的能力 （5）人體平衡受心理因素影響 （6）人體平衡動(dòng)作消耗肌肉的生理功,原理：力矩合成原理 公式中：X,Y分別為總重心的橫、縱坐標(biāo) Pi為環(huán)節(jié)相對(duì)重量 xi,yi為環(huán)節(jié)質(zhì)心的橫、縱坐標(biāo),4.5 在相片上測(cè)量人體重心的原理和方法,環(huán)節(jié)相對(duì)重量和半徑系數(shù),l,L,r = l /L,Pi = Pi /P,近側(cè)端,遠(yuǎn)側(cè)端, 以人體左下角邊緣處O點(diǎn)為原點(diǎn)繪出直角坐標(biāo)系（OXY）。 確定各環(huán)節(jié)點(diǎn)位置。 確定頭和手的重心位置。頭的重心在耳廓上緣中點(diǎn)正面觀時(shí)在兩眉間，手的重心在中指的掌指關(guān)節(jié)處。 連接關(guān)節(jié)點(diǎn)構(gòu)成人體棍圖。 開始測(cè)量各環(huán)節(jié)的相片長(zhǎng)度(以毫米為單位)，填入環(huán)節(jié)長(zhǎng)度一欄內(nèi)。 把各環(huán)節(jié)重心至近側(cè)端距離占環(huán)節(jié)長(zhǎng)度的百分比填入一欄內(nèi)。見表41中具體的布拉溫菲舍爾環(huán)節(jié)相對(duì)重心位置數(shù)據(jù)。,方法, 環(huán)節(jié)長(zhǎng)度乘以環(huán)節(jié)相對(duì)重心位置百分比，填入環(huán)節(jié)質(zhì)近側(cè)端實(shí)長(zhǎng)一欄內(nèi)。 按環(huán)節(jié)質(zhì)心到近側(cè)端實(shí)際長(zhǎng)度一欄的數(shù)據(jù)，在照片上的環(huán)節(jié)上點(diǎn)出環(huán)節(jié)質(zhì)心位置。頭手的位置不必計(jì)算，可以直接點(diǎn)出。 從照片上測(cè)量各環(huán)節(jié)質(zhì)心的坐標(biāo)。 把人體模型中已知的環(huán)節(jié)相對(duì)重量數(shù)據(jù)添入表內(nèi)（P）。 計(jì)算出各環(huán)節(jié)對(duì)軸之