《運(yùn)動(dòng)生物力學(xué)》課件

運(yùn)動(dòng)生物力學(xué)運(yùn)動(dòng)生物力學(xué)是研究人體運(yùn)動(dòng)過(guò)程中各種力學(xué)規(guī)律的學(xué)科。它探討運(yùn)動(dòng)過(guò)程中肌肉、骨骼、關(guān)節(jié)等力學(xué)特性，以及它們與運(yùn)動(dòng)效率、損傷預(yù)防等方面的關(guān)系。課程目標(biāo)了解基礎(chǔ)知識(shí)掌握運(yùn)動(dòng)生物力學(xué)的基本概念，包括力學(xué)、運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)等。應(yīng)用分析方法學(xué)習(xí)運(yùn)用運(yùn)動(dòng)生物力學(xué)分析方法，評(píng)估運(yùn)動(dòng)中的力學(xué)因素。提升實(shí)踐能力將理論知識(shí)應(yīng)用于實(shí)際運(yùn)動(dòng)場(chǎng)景中，提高運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練和康復(fù)的效率。什么是運(yùn)動(dòng)生物力學(xué)運(yùn)動(dòng)生物力學(xué)是研究人體運(yùn)動(dòng)過(guò)程中力學(xué)原理的學(xué)科，是運(yùn)動(dòng)科學(xué)的重要分支。它運(yùn)用力學(xué)、生物學(xué)和運(yùn)動(dòng)學(xué)等學(xué)科的理論和方法，研究人體運(yùn)動(dòng)的力學(xué)特征、運(yùn)動(dòng)規(guī)律和運(yùn)動(dòng)控制機(jī)制，為運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練、運(yùn)動(dòng)康復(fù)、運(yùn)動(dòng)裝備設(shè)計(jì)等提供理論依據(jù)和技術(shù)指導(dǎo)。運(yùn)動(dòng)生物力學(xué)的研究?jī)?nèi)容11.運(yùn)動(dòng)技術(shù)的分析運(yùn)動(dòng)技術(shù)分析是運(yùn)動(dòng)生物力學(xué)研究的核心內(nèi)容，它通過(guò)力學(xué)原理來(lái)解釋運(yùn)動(dòng)技術(shù)的動(dòng)作過(guò)程，并找出影響運(yùn)動(dòng)成績(jī)的因素。22.運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練方法的改進(jìn)運(yùn)動(dòng)生物力學(xué)可以幫助科學(xué)家和教練員改進(jìn)運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練方法，例如，通過(guò)分析運(yùn)動(dòng)員的運(yùn)動(dòng)軌跡，可以設(shè)計(jì)更加科學(xué)有效的訓(xùn)練計(jì)劃。33.運(yùn)動(dòng)器械的設(shè)計(jì)運(yùn)動(dòng)器械的設(shè)計(jì)也需要考慮運(yùn)動(dòng)生物力學(xué)原理，例如，設(shè)計(jì)符合人體力學(xué)結(jié)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)器械，可以提高運(yùn)動(dòng)員的訓(xùn)練效率和安全。44.運(yùn)動(dòng)損傷的預(yù)防和治療運(yùn)動(dòng)生物力學(xué)可以幫助人們了解運(yùn)動(dòng)損傷的發(fā)生機(jī)制，并通過(guò)科學(xué)的方法進(jìn)行預(yù)防和治療。力學(xué)基本概念質(zhì)量質(zhì)量是指物體所含物質(zhì)的多少，是物體慣性大小的量度。用kg表示。重量重量是指物體受地球引力作用時(shí)所產(chǎn)生的力，是物體質(zhì)量與重力加速度的乘積。用N表示。力力是物體之間的相互作用，力可以改變物體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)或使物體發(fā)生形變，用N表示。位移位移是指物體從初始位置到最終位置的變化量，是一個(gè)矢量，用m表示。力的分類重力地球?qū)ξ矬w的吸引力，是所有物體都具有的力。接觸力物體之間直接接觸產(chǎn)生的力，例如摩擦力、彈力等。非接觸力物體之間沒(méi)有直接接觸產(chǎn)生的力，例如磁力、電磁力等。向心力與離心力向心力指向圓心方向的力，維持物體沿著圓周運(yùn)動(dòng)。離心力指向圓周運(yùn)動(dòng)切線方向的力，表現(xiàn)為物體試圖遠(yuǎn)離圓心。實(shí)例分析旋轉(zhuǎn)木馬，人受到向心力作用保持圓周運(yùn)動(dòng)，并感受到離心力的影響。牛頓三大定律慣性定律物體保持靜止?fàn)顟B(tài)或勻速直線運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的趨勢(shì)。加速度定律物體的加速度與其所受合外力成正比，與物體的質(zhì)量成反比。作用力與反作用力定律當(dāng)一個(gè)物體對(duì)另一個(gè)物體施加力的同時(shí)，另一個(gè)物體也對(duì)它施加大小相等、方向相反的力。功與能的關(guān)系功是力對(duì)物體做的功，是指力在物體運(yùn)動(dòng)方向上的分量乘以物體在該方向上的位移，是能量轉(zhuǎn)移或轉(zhuǎn)換的量度。能量是物體做功的能力，包括動(dòng)能和勢(shì)能。動(dòng)能是物體由于運(yùn)動(dòng)而具有的能量，勢(shì)能是物體由于位置或狀態(tài)而具有的能量。功能量功是能量的轉(zhuǎn)移或轉(zhuǎn)換，功的大小等于能量變化的大小。功可以使物體獲得能量，也可以使物體失去能量。例如，當(dāng)運(yùn)動(dòng)員舉起重物時(shí)，運(yùn)動(dòng)員對(duì)重物做了功，使重物獲得了勢(shì)能；當(dāng)重物落下時(shí)，重物對(duì)地面做了功，使重物失去了勢(shì)能。動(dòng)量和沖量動(dòng)量沖量物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的量度物體動(dòng)量變化的量度動(dòng)量等于質(zhì)量乘以速度沖量等于力乘以作用時(shí)間動(dòng)量單位為kg·m/s沖量單位為N·s動(dòng)量定理1定義動(dòng)量定理描述了物體動(dòng)量的變化與它所受的沖量之間的關(guān)系。2表達(dá)式物體的動(dòng)量變化等于它所受的沖量的總和。3應(yīng)用在分析運(yùn)動(dòng)物體受到外力作用時(shí)的動(dòng)量變化，以及沖量對(duì)物體運(yùn)動(dòng)的影響。4例子棒球被擊打，足球被踢，汽車發(fā)生碰撞等。力矩和平衡力矩力矩是旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的趨勢(shì)，由力的大小和作用點(diǎn)到旋轉(zhuǎn)中心的距離決定。平衡平衡是指物體保持靜止或勻速直線運(yùn)動(dòng)的狀態(tài)。力的合力為零，力矩的合力為零。關(guān)節(jié)活動(dòng)度運(yùn)動(dòng)范圍關(guān)節(jié)活動(dòng)度是指關(guān)節(jié)可活動(dòng)的最大范圍，表示關(guān)節(jié)在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中所能達(dá)到的最大角度。關(guān)節(jié)類型球窩關(guān)節(jié)鉸鏈關(guān)節(jié)滑膜關(guān)節(jié)測(cè)量方法使用量角器或其他工具測(cè)量關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)范圍。肌肉收縮的機(jī)理肌肉收縮是由神經(jīng)系統(tǒng)發(fā)出信號(hào)，激活肌肉纖維中的肌絲蛋白，通過(guò)滑行機(jī)制實(shí)現(xiàn)的。肌絲蛋白包括粗肌絲和細(xì)肌絲，粗肌絲主要成分是肌球蛋白，細(xì)肌絲主要成分是肌動(dòng)蛋白。肌肉收縮的能量供給ATP肌肉收縮的直接能量來(lái)源是ATP，它是一種高能磷酸鍵，在肌肉中儲(chǔ)存能量。ATP分解為ADP和磷酸鹽，釋放能量，供肌肉收縮使用。磷酸肌酸肌肉中還有另一種儲(chǔ)存能量的物質(zhì)，稱為磷酸肌酸。磷酸肌酸可以快速地將能量轉(zhuǎn)移給ADP，使其重新合成ATP。糖酵解當(dāng)肌肉中ATP和磷酸肌酸耗竭時(shí)，肌肉會(huì)通過(guò)糖酵解過(guò)程分解葡萄糖，生成ATP。有氧呼吸在有氧條件下，肌肉會(huì)通過(guò)有氧呼吸分解葡萄糖、脂肪酸和蛋白質(zhì)，生成大量ATP。肌肉收縮的種類等長(zhǎng)收縮肌肉收縮時(shí)長(zhǎng)度不變，產(chǎn)生的張力大于負(fù)荷，但肌肉長(zhǎng)度沒(méi)有變化。等張收縮肌肉收縮時(shí)長(zhǎng)度發(fā)生變化，產(chǎn)生的張力保持恒定，肌肉長(zhǎng)度發(fā)生變化。等速收縮肌肉收縮時(shí)速度保持恒定，產(chǎn)生的張力隨負(fù)荷變化，肌肉長(zhǎng)度發(fā)生變化。向心收縮肌肉收縮時(shí)肌肉長(zhǎng)度縮短，克服負(fù)荷，使身體部位移動(dòng)。關(guān)節(jié)力矩定義關(guān)節(jié)力矩是指作用于關(guān)節(jié)的力，使其產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的趨勢(shì)。關(guān)節(jié)力矩是衡量肌肉力量和關(guān)節(jié)穩(wěn)定性的重要指標(biāo)。影響因素關(guān)節(jié)力矩受肌肉力量、杠桿臂長(zhǎng)度、關(guān)節(jié)角度等因素影響。肌肉力量越大，杠桿臂越長(zhǎng)，關(guān)節(jié)角度越有利，關(guān)節(jié)力矩越大。關(guān)節(jié)力矩的測(cè)量1力板法測(cè)量地面反作用力2動(dòng)態(tài)運(yùn)動(dòng)分析系統(tǒng)采集人體運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)3肌電圖檢測(cè)肌肉活動(dòng)4三維運(yùn)動(dòng)捕捉系統(tǒng)精確記錄運(yùn)動(dòng)軌跡關(guān)節(jié)力矩測(cè)量方法多種多樣，力板法測(cè)量地面反作用力，動(dòng)態(tài)運(yùn)動(dòng)分析系統(tǒng)采集人體運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)，肌電圖檢測(cè)肌肉活動(dòng)，三維運(yùn)動(dòng)捕捉系統(tǒng)精確記錄運(yùn)動(dòng)軌跡，可以幫助研究人員了解肌肉力量、關(guān)節(jié)穩(wěn)定性和運(yùn)動(dòng)效率，有助于運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練和康復(fù)治療。關(guān)節(jié)力矩在臨床中的應(yīng)用關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)評(píng)估評(píng)估關(guān)節(jié)活動(dòng)范圍，并提供針對(duì)性的訓(xùn)練計(jì)劃。運(yùn)動(dòng)損傷診斷分析損傷部位的力矩變化，幫助診斷運(yùn)動(dòng)損傷?？祻?fù)治療評(píng)估患者的關(guān)節(jié)力矩變化，設(shè)計(jì)個(gè)性化的康復(fù)訓(xùn)練方案。手術(shù)方案制定通過(guò)關(guān)節(jié)力矩分析，確定手術(shù)方案，幫助患者恢復(fù)功能。運(yùn)動(dòng)成像技術(shù)運(yùn)動(dòng)成像技術(shù)是研究人體運(yùn)動(dòng)的重要手段，通過(guò)捕捉人體運(yùn)動(dòng)過(guò)程中的影像數(shù)據(jù)，可以分析運(yùn)動(dòng)軌跡、關(guān)節(jié)角度、肌肉活動(dòng)等信息。常見(jiàn)運(yùn)動(dòng)成像技術(shù)包括高速攝像、三維運(yùn)動(dòng)捕捉系統(tǒng)、磁共振成像(MRI)等，它們可以幫助研究人員更深入地了解人體運(yùn)動(dòng)規(guī)律，為運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練和康復(fù)治療提供科學(xué)依據(jù)。肌電圖肌電圖(EMG)是一種測(cè)量肌肉電活動(dòng)的技術(shù)。肌肉收縮時(shí)，神經(jīng)傳遞信號(hào)，肌肉纖維就會(huì)產(chǎn)生電信號(hào)。EMG能夠檢測(cè)到這些電信號(hào)，并將其轉(zhuǎn)換為可視化的波形，幫助分析肌肉的活動(dòng)狀況。EMG可以應(yīng)用于多種領(lǐng)域，例如診斷肌肉疾病、評(píng)估神經(jīng)損傷、監(jiān)測(cè)運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練效果等。在運(yùn)動(dòng)生物力學(xué)研究中，EMG可以幫助研究人員了解肌肉在不同運(yùn)動(dòng)中的活動(dòng)模式和力量輸出。步態(tài)分析步態(tài)分析是運(yùn)動(dòng)生物力學(xué)中重要的研究方法之一，其利用各種技術(shù)手段，如力板、運(yùn)動(dòng)捕捉系統(tǒng)等，對(duì)人體行走或跑步時(shí)的運(yùn)動(dòng)參數(shù)進(jìn)行采集和分析。通過(guò)步態(tài)分析，可以評(píng)估人體運(yùn)動(dòng)功能，例如步長(zhǎng)、步頻、步速、關(guān)節(jié)活動(dòng)度、肌肉力量等，從而幫助診斷和治療各種運(yùn)動(dòng)障礙，如關(guān)節(jié)炎、腦卒中、脊髓損傷等。運(yùn)動(dòng)生物力學(xué)在康復(fù)中的應(yīng)用11.評(píng)估與診斷運(yùn)動(dòng)生物力學(xué)原理可用于評(píng)估患者的運(yùn)動(dòng)功能和損傷程度，幫助制定個(gè)性化的康復(fù)方案。22.訓(xùn)練設(shè)計(jì)根據(jù)患者的具體情況，設(shè)計(jì)合理的康復(fù)訓(xùn)練計(jì)劃，以最大限度地恢復(fù)其運(yùn)動(dòng)功能。33.技術(shù)指導(dǎo)康復(fù)治療師可利用運(yùn)動(dòng)生物力學(xué)知識(shí)，指導(dǎo)患者正確地進(jìn)行康復(fù)訓(xùn)練，避免二次損傷。44.效果評(píng)估運(yùn)動(dòng)生物力學(xué)方法可用于客觀地評(píng)估康復(fù)訓(xùn)練的效果，為治療方案的調(diào)整提供依據(jù)。關(guān)節(jié)置換術(shù)后評(píng)估運(yùn)動(dòng)范圍評(píng)估手術(shù)后關(guān)節(jié)活動(dòng)度和力量，幫助制定個(gè)性化康復(fù)方案。步態(tài)分析觀察患者步態(tài)，分析步頻、步長(zhǎng)、步幅等參數(shù)，評(píng)估康復(fù)效果。功能性評(píng)估評(píng)估患者日常生活活動(dòng)能力，如穿衣、洗漱、行走等，判斷康復(fù)進(jìn)度。疼痛評(píng)估評(píng)估患者術(shù)后疼痛程度，并根據(jù)情況調(diào)整康復(fù)方案。運(yùn)動(dòng)損傷的預(yù)防與治療運(yùn)動(dòng)前的準(zhǔn)備充分熱身，提高身體溫度和肌肉的興奮性，降低運(yùn)動(dòng)損傷的風(fēng)險(xiǎn)。運(yùn)動(dòng)中的注意正確掌握運(yùn)動(dòng)技術(shù)，避免過(guò)度訓(xùn)練，保持良好的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，有效預(yù)防運(yùn)動(dòng)損傷。運(yùn)動(dòng)后的恢復(fù)進(jìn)行適當(dāng)?shù)姆潘珊屠?，幫助肌肉恢?fù)，