2022年醫(yī)學(xué)專題-第三四節(jié)人體運動的改變及其

一、人體運動中的內(nèi)外(nèiwài)力及其關(guān)系第一頁，共七十八頁。（一）人體力學(xué)系統(tǒng)中的內(nèi)力(nèilì)和外力力的概念

力（F）是物體間的相互作用。其三要素是力的大小、力的方向、力的作用點；遵循矢量相加法則。力可以(kěyǐ)改變物體的運動狀態(tài)（外效應(yīng)），即改變物體速度的大小或方向，也可以(kěyǐ)改變物體的形狀（內(nèi)效應(yīng)）。第二頁，共七十八頁。1.人體內(nèi)力(nèilì)與外力力學(xué)系統(tǒng)：研究人體運動的力學(xué)問題時所確定的研究對象。內(nèi)力：若將人體看作一個力學(xué)系統(tǒng)，人體內(nèi)部各部分相互作用的力。（1）肌張力、組織(zǔzhī)粘滯力等（2）內(nèi)力不能引起整體運動狀態(tài)的改變第三頁，共七十八頁。外界對人體作用的力稱人體外力(wàilì)。它可以引起人體由靜止狀態(tài)變?yōu)檫\動狀態(tài)。人體(réntǐ)外力第四頁，共七十八頁。內(nèi)力與外力的區(qū)別

由于研究對象的不同，同一個內(nèi)力既可看作內(nèi)力又可看作外力

內(nèi)力與外力的相互關(guān)系內(nèi)力是人體運動的必要條件，但內(nèi)力只有通過外力才能使人體產(chǎn)生(chǎnshēng)整體運動人體(réntǐ)內(nèi)力與外力的相對性及相互關(guān)系第五頁，共七十八頁。2.人體(réntǐ)受力特點人體受力按作用面分為集中力和分布力集中力：作用于人體的一點分布力：作用于人體的一定面積，人體受力基本(jīběn)都是此類（重力、浮力，支撐力）。分布力合成集中力是為方便研究，如將重力、浮力集中于重心、浮心。第六頁，共七十八頁。按力的作用線與人體質(zhì)心的位置關(guān)系(guānxì)，有可分為正心力和偏心力。正心力：力的作用線通過質(zhì)心（重力）。偏心力：力的作用線不通過質(zhì)心，在人體占多數(shù)。第七頁，共七十八頁。（二）體育運動常見(chánɡjiàn)的人體外力（1）重力地球?qū)θ梭w的引力，人體各部分所受地球引力的矢量合成。W＝mg質(zhì)量(zhìliàng)（物質(zhì)屬性）與重量的關(guān)系第八頁，共七十八頁。與重力(zhònglì)加速度有關(guān)墨西哥首都墨西哥城，海拔2259米。1.不利項目：長跑、競走(jìngzǒu)、劃船、公路自行車等。2.有利項目：短跑、跳躍等。第九頁，共七十八頁。美國的吉姆·海因斯在100米決賽中首次突破10秒大關(guān)，成績?yōu)?秒95，直到1983年才被卡爾文·史密斯以9秒93刷新。200米決賽，美國的托姆·史密斯以19秒8破20秒大關(guān)，成績?yōu)?9秒83。400米，美國選手李·伊萬斯，跑出了43秒86的成績，創(chuàng)世界紀錄。保持至今。跳遠，美國的鮑勃·比蒙，成績8米90。由鮑威爾在1991年的日本東京(dōnɡjīnɡ)田徑世錦賽上打破。第十頁，共七十八頁?？稍谶\動(yùndòng)中合理利用上坡(shànɡpō)跑蹲杠鈴綁沙袋高抬腿第十一頁，共七十八頁。（2）彈力(tánlì)是接觸力，發(fā)生在直接接觸的物體之間。在恢復(fù)形變的過程中施力于人體若人體平衡，則彈力(tánlì)N與重力W等值、共線、反向。第十二頁，共七十八頁。（3）摩擦力兩相互接觸的物體作相對運動或有此趨勢時產(chǎn)生的力。靜摩擦力(jìnɡm(xù)ócālì)滑動摩擦力滾動摩擦力第十三頁，共七十八頁。靜摩擦力(jìnɡm(xù)ócālì)相互接觸的物體有相對滑動趨勢，在接觸面上阻止其相對滑動的力。兩物體即將滑動時的靜摩擦力稱為(chēnɡwéi)最大靜摩擦力。表達式為Fmax=μ0N（μ0為靜摩擦系數(shù)，N為正壓力）

第十四頁，共七十八頁。滑動摩擦(huádònɡm(xù)ócā)力

當物體(wùtǐ)沿接觸面滑動時，所產(chǎn)生的阻礙滑動的力公式為f=μN。對同一物體來講靜摩擦系數(shù)大于動摩擦系數(shù)

摩擦角：約束全反力與接觸面法線之間的夾角第十五頁，共七十八頁。滾動摩擦(ɡǔndònɡm(xù)ócā)力

當物體沿接觸面滾動時，所產(chǎn)生的阻礙(zǔài)滾動的力產(chǎn)生原因是滾動的物體在和接觸面相互作用時總有一些形變?？朔輭尽９綖镕=W.K/R(k摩擦系數(shù)，R半徑，W重量(zhòngliàng))在雪天時輪胎應(yīng)放氣，增大與地面的摩擦力。

第十六頁，共七十八頁。選擇題在水平力F作用下，重力為G的物體勻速沿墻壁下滑，若物體與墻之間動摩擦因數(shù)(yīnshù)為μ，則物體所受的摩擦力的大小為(

)

A.μF

B.μF+G

C.G

D.(F2+G2)1/2

第十七頁，共七十八頁。習題(xítí)假設(shè)足球運動員試圖胸部停球后直接帶著球跑進對方球門，若球與運動衣之間的摩擦系數(shù)為μ，求：運動員至少(zhìshǎo)要以多大的加速度跑，球才不會下落；若摩擦系數(shù)μ＝0.3，則加速度的值為多大？第十八頁，共七十八頁。解：設(shè)人對球水平方向的支撐(zhīchēng)反作用力為N，則有：N=ma，又f=Nμ＝maμ若球不落，則f＝G，即maμ＝mg,a=g/μ將摩擦系數(shù)μ＝0.3代入，得a=g/μ＝9.8/0.3=32.67(m/s2）答：運動員向前跑的加速度至少為32.67m/s2第十九頁，共七十八頁。討論(tǎolùn)當你騎車加速(jiāsù)前進的過程中，自行車前后輪所受的摩擦情況你能說清楚嗎？

第二十頁，共七十八頁。（4）支撐(zhīchēng)反作用力人體處于支撐狀態(tài)(zhuàngtài)時，力作用于支點（支撐面）上，支點又反作用于人體，這種反作用力稱支撐反作用力。1、靜力性支撐反作用力2、動力性支撐反作用力第二十一頁，共七十八頁。靜力性支撐(zhīchēng)反作用力重力對支點產(chǎn)生(chǎnshēng)壓力，支點則對人體產(chǎn)生(chǎnshēng)反作用力，它是一種約束反力，稱靜力性支撐反作用力。

第二十二頁，共七十八頁。動力性支撐(zhīchēng)反作用力

人體處于支撐狀態(tài)時，局部環(huán)節(jié)作加速運動，給予支點以作用力，則支點給人體一個(yīɡè)反作用力，稱動力性支撐反作用力。1.加速垂直離開支點

2.加速垂直朝向支點

3.加速斜向離開支點

第二十三頁，共七十八頁。加速垂直離開(líkāi)支點

站在磅秤上豎直上跳，此時加速度向上，即N-mg=maN>mg。經(jīng)常出現(xiàn)在人體垂直(chuízhí)向上擺臂、蹬離地面時，如跳高時兩臂的向上擺動。

第二十四頁，共七十八頁。加速垂直朝向(cháoxiànɡ)支點

站在磅秤(bàngchèng)上豎直下蹲，加速度向下mg-N=maN=mg-ma也就是N<mg,在人體各種動作中較常見。

第二十五頁，共七十八頁。加速(jiāsù)斜向離開支點

加速斜向離開支點，支撐反作用力也會增大，并與水平面成一定角度(jiǎodù)。例如：短跑的后蹬階段

第二十六頁，共七十八頁。人體或器械在流體介質(zhì)內(nèi)運動，與流體發(fā)生接觸，并相互作用的力。有時作為阻力，有時是動力。迎面空氣阻力：F=ρCSV2/2

(S為橫截面積，V為流體與人體的相對速度(xiānɡduìsùdù)，C為迎面阻力系數(shù))

（5）流體(liútǐ)作用力第二十七頁，共七十八頁。自測題設(shè)郵車正投影面積S為5m2，阻力系數(shù)CD為0.7，車重量W為1.5KN，滾動(gǔndòng)摩擦系數(shù)為0.1，求車速為25m／s時，所需功率為多少？空氣密度為1.247kg／m3（F=ρCSV2/2

）第二十八頁，共七十八頁。解：郵車(yóuchē)空氣阻力滾動摩擦(ɡǔndònɡm(xù)ócā)阻力

故郵車(yóuchē)所需功率

第二十九頁，共七十八頁。（六）向心力和離心力向心力：作用于進行圓周運動的物體并指向圓心。公式(gōngshì)為F=ma=mV2R，F(xiàn)=mω2R

離心力與向心力是一對相反力，即F離=－F向=－mω2R。第三十頁，共七十八頁。向心力與離心力之間的關(guān)系(guānxì)為：具有(jùyǒu)瞬時關(guān)系，等大反向。

作用點：向心力作用在圓周運動的人體上，離心力作用在維持物體上。

第三十一頁，共七十八頁。討論(tǎolùn)松手后，作圓周運動的鏈球(liànqiú)飛出是受向心力的結(jié)果。第三十二頁，共七十八頁。（二）力矩(lìjǔ)力矩又稱為轉(zhuǎn)矩。力(F)和力臂(r)的乘積(M)。即：M=F·r。在平面力系中，把形成逆向(nìxiànɡ)轉(zhuǎn)動效果的力矩定義為正，反之為負。第三十三頁，共七十八頁。（三）動量(dòngliàng)物體平動的量度。在經(jīng)典力學(xué)中，動量是物體質(zhì)量m和速度v的乘積。K=mV在國際單位制中，動量的單位是千克(qiānkè)米每秒，符號是kg·m/s。動量的單位跟沖量的單位是相同的：1N＝1kg·m/s2，所以1N·s＝1kg·m/s第三十四頁，共七十八頁。動量對時間的變化率等于所受到的合外力(wàilì)F=ma=mdv/dt=dK/dt動量是矢量，方向與速度方向相同。第三十五頁，共七十八頁。跳遠時，要跳在沙坑里，以延長(yáncháng)作用時間，保證安全。接迎面飛來的籃球，手接觸到球以后，兩臂隨球后引至胸前把球接住，以延長籃球與手的接觸時間，減小籃球?qū)κ值淖饔昧?。第三十六頁，共七十八頁。（五）沖量(chōngliàng)沖量是表述力對質(zhì)點作用一段時間的積累效應(yīng)的物理量，是改變質(zhì)點機械運動狀態(tài)(zhuàngtài)的原因。是過程量。質(zhì)點在時間t內(nèi)持續(xù)受到方向不變的力F的作用，則在這段時間里力F的沖量為Ft，記作I=Ft。第三十七頁，共七十八頁。動量定理(dònɡliànɡdìnɡlǐ)描述物體機械運動(jīxièyùndòng)狀態(tài)變化規(guī)律的基本定理之一物體在運動過程中，在某段時間內(nèi)動量的改變ΔK等于所受合外力在這段時間內(nèi)的沖量I表達式：ΔK＝I或：F(t-t0)=mV-mV0第三十八頁，共七十八頁。動量定理在體育運動(tǐyùyùndòng)的應(yīng)用牛頓定律強調(diào)瞬時性，動量定理則強調(diào)時間的累積效應(yīng)，因此，可簡化計算過程。1.體育運動中力的計算※例：體重50kg的運動員，從3m高處(ɡāochǔ)自由下落，腳接觸地面0.1s后靜止，求：人體受到的沖擊力多大？第三十九頁，共七十八頁。計算(jìsuàn)體重為60kg的體操運動員，從3.2m處做單杠(dāngàng)下法，落到海綿墊上，經(jīng)0.4s停止，此時重心離墊高0.7m，求兩腳所受到的平均沖力是多少？第四十頁，共七十八頁。2.體育運動(yùndòng)中運動(yùndòng)的原則為了減小外界對人體的沖擊力，通常(tōngcháng)需延長力的作用時間。汽車安全氣囊，可大大減小作用力，且又減小了壓強，可避免受傷。第四十一頁，共七十八頁。為了使人體或器械獲得較大的速度，通常需增大作用力并延長力的作用時間。起跳前的下蹲、投擲(tóuzhì)項目的超越器械、跑的后蹬、游泳的“S”形劃水。第四十二頁，共七十八頁。計算人體(réntǐ)動力學(xué)參數(shù)某體重為70kg的跳遠運動員踏跳前質(zhì)心水平速度為10.2m/s，豎直速度0.5m/s（向下），踏跳后水平速度為9.6m/s，豎直速度為4.0m/s，踏跳時間為0.045s，求：平均踏跳力F。第四十三頁，共七十八頁。為了增大(zēnɡdà)沖擊力，需縮短撞擊時間。排球扣球、棒球擊球。第四十四頁，共七十八頁。動量(dòngliàng)守恒定律及其應(yīng)用§如果系統(tǒng)不受外力或受外力的矢量和為零，則系統(tǒng)的總動量(dòngliàng)保持不變。第四十五頁，共七十八頁。論證(lùnzhèng)（兩小球碰撞）質(zhì)量m1和m2兩小球，在光滑平面(píngmiàn)上沿同一直線作同方向運動，如兩個小球發(fā)生碰撞，碰撞時間為Δt，設(shè)碰撞前速度分別為V1和V2，相互作用力分別為F1和F2，碰撞后速度為V1′和V2′依動量定理(dònɡliànɡdìnɡlǐ)：F1Δt＝m1V1′－

m1V1F2Δt＝m2V2′－

m2V2第四十六頁，共七十八頁。因為：－F1＝F2則有：

m1V1＋m2V2＝m1V1′＋m2V2′碰撞前后系統(tǒng)的總動量保持不變，只是通過(tōngguò)碰撞動量在系統(tǒng)間進行了傳遞。將人看作整體，動量可以在環(huán)節(jié)與環(huán)節(jié)或者環(huán)節(jié)與器械之間傳遞。第四十七頁，共七十八頁。（二）碰撞(pènɡzhuànɡ)定律體育中大量存在碰撞現(xiàn)象相對接近速度：碰撞前速度之差相對分離(fēnlí)速度：碰撞后速度之差碰撞定律：兩物體碰撞后的相對分離速度是其碰撞前相對接近速度的e倍表達式：e＝－（V1′－V2′）/(V1－

V2)0≤e≤1（碰撞恢復(fù)系數(shù)）第四十八頁，共七十八頁。碰撞(pènɡzhuànɡ)恢復(fù)系數(shù)的測定方法將一種材料制成小球，另一材料制成平板且水平放置，將小球從H高處自由下落(xiàluò)，測量其反彈高度h，則它們的恢復(fù)系數(shù)為：e＝(h/H)1/2贛南醫(yī)學(xué)院康復(fù)(kāngfù)學(xué)院第四十九頁，共七十八頁。討論(tǎolùn)上旋的乒乓球以速度(sùdù)V，入射角α與臺面發(fā)生碰撞。為什么反彈后形成強烈的前沖效果Vx=V1sinα+ΔVVy=eV1cosαtgβ=tgα/e+ΔV/eV1cosα第五十頁，共七十八頁。（三）動量守恒定律在體育運動(tǐyùyùndòng)中的應(yīng)用

動量(dòngliàng)守恒的條件是系統(tǒng)所受合外力等于零系統(tǒng)的總動量守恒，是指系統(tǒng)內(nèi)各物體的動量矢量和不變，但系統(tǒng)內(nèi)的動量可以互相傳遞

當系統(tǒng)所受合外力不等于零時，則系統(tǒng)總動量并不守恒

第五十一頁，共七十八頁。1.排球從2m高處落下，其反彈(fǎndàn)高度為1.28m，那么排球與地面的碰撞系數(shù)e是多少？第五十二頁，共七十八頁。2.體重70kg的跳高運動員蹬踏起跳時，如果兩臂上擺的加速度為30m/s2，擺動腿上擺的加速度是20m/s2，根據(jù)松井秀治的數(shù)據(jù)：兩臂相對(xiāngduì)重量為10％，一條腿的相對(xiāngduì)重量為17.2％，求：由于擺臂擺腿動作而增加的起跳力為多大？贛南醫(yī)學(xué)院康復(fù)(kāngfù)學(xué)院第五十三頁，共七十八頁。3.質(zhì)量(zhìliàng)為55kg的人希望從靜止的繩上滑下，該繩只能承受40kg的力，求：該人要安全的滑下，其最小加速度為多大？第五十四頁，共七十八頁。（四）動量矩描述物體(wùtǐ)轉(zhuǎn)動狀態(tài)的量,又稱角動量。繞定軸轉(zhuǎn)動的剛體對定軸的動量矩即剛體的角動量Iω，其中I為剛體對該軸的轉(zhuǎn)動慣量，ω為剛體繞該軸轉(zhuǎn)動的角速度。矢量，方向與角速度方向一致。第五十五頁，共七十八頁。質(zhì)點(zhìdiǎn)對某定點的動量矩質(zhì)點對于O點的動量矩為矢量，它垂直于矢徑r與動量mv所形成的平面，指向按右手法則(fǎzé)確定，其大小為質(zhì)點M的動量(dòngliàng)對于O點的矩，定義為質(zhì)點對于O點的動量矩，即第五十六頁，共七十八頁。質(zhì)點(zhìdiǎn)的動量對固定點的動量矩在z軸上的投影等于質(zhì)點(zhìdiǎn)的動量對z軸的動量矩質(zhì)點(zhìdiǎn)對某軸的動量矩第五十七頁，共七十八頁。動量矩在軸上的投影是代數(shù)量對于平面問題(wèntí)，即質(zhì)點始終在某平面內(nèi)運動的情形，動量矩矢量總是垂直于該平面，只需把它定義為代數(shù)量，并規(guī)定逆時針方向為正，順時針方向為負。第五十八頁，共七十八頁。質(zhì)點系動量矩為質(zhì)系中各質(zhì)點的動量(dòngliàng)對點之矩的矢量和，或質(zhì)系動量(dòngliàng)對于點的主矩，稱為質(zhì)系對點的動量(dòngliàng)矩。質(zhì)點系對某定點(dìnɡdiǎn)的動量矩第五十九頁，共七十八頁。質(zhì)點系對某軸的動量矩即質(zhì)點系對某固定點O的動量矩矢在通過該點的軸上的投影(tóuyǐng)等于質(zhì)點系對該軸的動量矩

第六十頁，共七十八頁。剛體(gāngtǐ)的動量矩剛體(gāngtǐ)繞定軸轉(zhuǎn)動時的動量矩將繞定軸轉(zhuǎn)動的剛體(gāngtǐ)看成一質(zhì)點系，則繞定軸轉(zhuǎn)動剛體對其轉(zhuǎn)軸的動量矩陣等于剛體對轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)動慣量與轉(zhuǎn)動角速度的乘積第六十一頁，共七十八頁。（六）沖量(chōngliàng)矩沖量矩M(t2-t1)表示外力矩對物體轉(zhuǎn)動的累積效應(yīng)，是力矩和時間的乘積。剛體動量矩的增加量等于它所受的沖量矩M(t2-t1)=Iω2-Iω1其中，M(t2-t1)稱沖量矩,Iω稱動量矩。外力矩越大，作用時間越長，剛體轉(zhuǎn)動狀態(tài)(zhuàngtài)的變化也越大。第六十二頁，共七十八頁。當外力矩不是恒值時，如人體(réntǐ)跨關(guān)節(jié)的肌肉力矩均隨時間、關(guān)節(jié)角度的變化而變化，是時間的函數(shù)，則沖量矩可表示為積分式第六十三頁，共七十八頁。（七）功功定義為力與位移的乘積。公式記為W=F*S*cosα其中，W表示功，F(xiàn)表示力,α為力與位移之間的夾角。功為標量，正負僅表示動力或阻力做功，不表示大小(dàxiǎo)或方向。力對物體可表現(xiàn)為作正功、不作功或作負功（豎直上拋和自由落體時重力的作功）第六十四頁，共七十八頁。對人體，肌肉克服外力使物體產(chǎn)生位移，則做了“功”。若肌肉做等長收縮，則肌肉做了“生理功”。人體的生理功可轉(zhuǎn)化(zhuǎnhuà)為機械功，機械功為0時生理功不一定為0。第六十五頁，共七十八頁。（八）功率(gōnglǜ)是指物體在單位(dānwèi)時間內(nèi)所做的功，是表示做功快慢的物理量。公式為功率=功/時間，P=W/t=F·V單位是“瓦”，符號是“w”。W表示功，單位是“焦”，符號是“J”。t表示時間，單位是“秒”，符號是“s”。最大功率一般用馬力(PS)或千瓦(kw)來表示，1PS=0.735kw第六十六頁，共七十八頁。體育成績的高低(gāodī)及動作技術(shù)的優(yōu)劣，往往取決與完成動作進程中肌肉功率的大小，即取決于人體肌肉有化學(xué)能轉(zhuǎn)化為機械能的速度。第六十七頁，共七十八頁。（九）機械能是人體或器械做功的能力。包括動能和勢能。人體因機械運動所具有的能量叫機械能。人體依靠(yīkào)化學(xué)能完成機械運動。人體的運動過程就是能量轉(zhuǎn)換的過程。第六十八頁，共七十八頁。動能(dòngnéng)1.物體由于運動而具有的能量(néngliàng)。2.平動動能：Ek=mV2/23.轉(zhuǎn)動動能：Eω=Iω2/2第六十