1、運(yùn)動(dòng)生物力學(xué)的原理與應(yīng)用美和技術(shù)學(xué)院97.05.251何謂運(yùn)動(dòng)生物力學(xué)?運(yùn)動(dòng)生物力學(xué)(Biomechanics): 是運(yùn)動(dòng)學(xué)(Kinematics)和生物力學(xué)(Kinesiology)整合而成的一門科學(xué)。運(yùn)動(dòng)生物力學(xué):是描寫、分析與評(píng)估人體運(yùn)動(dòng)時(shí)，身體之內(nèi)在與外在力量，以及這些力量所造成影響的一門科學(xué)(Hay,1993)2 力 學(xué)動(dòng)力學(xué)力矩功、能、功率時(shí)間慣性摩擦力運(yùn)動(dòng)學(xué)位移速度加速度牛頓第一運(yùn)動(dòng)定律平衡牛頓第二運(yùn)動(dòng)定律碰撞動(dòng)量守恆定律機(jī)械效率動(dòng)量-衝量牛頓第三運(yùn)動(dòng)定律 運(yùn)動(dòng)生物力學(xué)架構(gòu)圖3運(yùn)動(dòng)生物力學(xué)的發(fā)展方向找尋各種運(yùn)動(dòng)的最佳技術(shù):定性分析與定量分析探究肌肉骨骼系統(tǒng)的最佳用力方式 : 槓桿

2、原理、力學(xué)特性、 協(xié)調(diào)。運(yùn)動(dòng)器材方面的研究 : 增進(jìn)成績(jī)、預(yù)防傷害(跑鞋.標(biāo)槍)研究方法的發(fā)展 : 同步分析、資料修勻的方法生物力學(xué)儀器的發(fā)展 : 儀器不斷更新、資料處理時(shí)間縮短4運(yùn)動(dòng)學(xué)(Kinematics)只描述物體運(yùn)動(dòng)，不考慮引起運(yùn)動(dòng)之原因力之研究。運(yùn)動(dòng)學(xué)之參數(shù)( Kinematic parameter)時(shí)間(Time)位移(Displacement)速度(Velocity) V=x /t加速度(Acceleration) a=V /t5動(dòng)力學(xué)(Kinetics)討探力與運(yùn)動(dòng)之間關(guān)係的研究牛頓第二運(yùn)動(dòng)定律 F = ma衝量動(dòng)量等式定律 F t = m V6平衡與穩(wěn)定原理(Principl

3、es of balance and stability)重心平衡的種類影響平衡的因素力矩7人體重心（一）重心(Center of gravity , COG)身體各部位受到地球引力的作用,把各個(gè)部位的引力加起來，這些引力合力的作用點(diǎn)就是COG。重心受年齡、性別、身體結(jié)構(gòu)的影響COG是身體最大肌力所在，是產(chǎn)生大力量的原點(diǎn)。人體站立時(shí)重心在第二薦椎前方一吋處。8人體重心（二）9平衡的種類穩(wěn)定平衡 無論物體如何移動(dòng)，其重心一定上升，如單槓懸垂.雙槓槓上支撐。不穩(wěn)定平衡 物體原來姿勢(shì)，不增加位移，位置稍有傾斜，重心會(huì)下降，如起跑姿勢(shì)，手倒立。隨遇平衡 如物體移動(dòng)，仍為平衡者，物體位置變動(dòng)時(shí)，重心既不升

4、高，也不降低，如不倒翁。10影響平衡的因素重心在支撐基底面內(nèi)支撐基底:身體和支撐表面之間所圍成的面積。物體重心在基底面內(nèi)，亦即重心線在基底面內(nèi)，此物體就穩(wěn)定平衡，重心線愈靠近基底邊線，愈不穩(wěn)定?；酌娲笮≈亓恐匦母叨?: 重心愈靠近基底，愈穩(wěn)定。迴旋 : 向前迴旋運(yùn)動(dòng)，增加物體穩(wěn)定性。11力矩原理之應(yīng)用推門:擲鐵餅:翹翹板: 單槓大迴環(huán)下降時(shí)，身體充份伸展，使重心遠(yuǎn)離握點(diǎn)，加大力臂上升時(shí)，身體稍微彎曲，使重心接近握點(diǎn)，縮小力臂向下力矩大於向上力矩，故能旋轉(zhuǎn)不停12運(yùn)動(dòng) (Motion) 平移運(yùn)動(dòng)(translatory motion)當(dāng)外力施加於物體質(zhì)心時(shí)，該物體沿直線移動(dòng)。不管外力作用於物體

5、的何處，該物體僅能做線性運(yùn)動(dòng)。 轉(zhuǎn)動(dòng)運(yùn)動(dòng) (rotary motion)發(fā)生於當(dāng)外力施加於物體偏離重心的位置時(shí)。不管外力作用於物體何處，物體只能做轉(zhuǎn)動(dòng)性移動(dòng)。 速度 （velocity）表示單位時(shí)間內(nèi)移動(dòng)的距離。加速度指單位時(shí)間內(nèi)速度的增加量。減速度指單位時(shí)間內(nèi)速度的減少量。13 動(dòng)量 （Momentum） 一個(gè)運(yùn)動(dòng)中的物體之直線動(dòng)量，等於物體質(zhì)量與其速度的乘積。 直線動(dòng)量()m(質(zhì)量)V(速度)。影響直線動(dòng)量的因素包括物體的質(zhì)量與物體的速度要改變一個(gè)物體的動(dòng)量，就必需給予一個(gè)動(dòng)量，一個(gè)正的(加速)力量可使動(dòng)量增加，一個(gè)負(fù)的(減速)力量會(huì)使物體的動(dòng)量減少，如果淨(jìng)力量為零，則物體的動(dòng)量不會(huì)改變。

6、 14衝量(Impulse)衝量 J= F t 表示作用力 (F) 持續(xù)作用一段時(shí)間t的累積效應(yīng)。力量與力量作用時(shí)間的乘積稱為衝量。衝量-動(dòng)量定理F t = m V一個(gè)力量的衝量等於其所產(chǎn)生之動(dòng)量變化。在相同動(dòng)量條件下，力量與力量的作用時(shí)間成反比。因此，只要衝量保持不變，可以用時(shí)間來換取力量。牛頓運(yùn)動(dòng)定律（Newtons Laws）15牛頓的運(yùn)動(dòng)定律 (Laws of Motion)慣性定律 (the law of inertia)說明動(dòng)者恆動(dòng),靜者恆靜的物理概念。加速度定律(the law of acceleration)F=ma,作用力為質(zhì)量與加速度的乘積。反作用力定律(the law o

7、f counterforce) 當(dāng)甲物以一作用力撞擊乙物時(shí),乙物也會(huì)以相等大小,方向相反之作用力,回作用在甲物上。16槓桿(Levers)的運(yùn)作模式 Lever:是一種簡(jiǎn)單的機(jī)械，其設(shè)計(jì)是為了提供一個(gè)力量時(shí)，可用來改變力量大小及方向。目的:省力而不利於速度，費(fèi)力而利於速度第一型槓桿(First class lever)第二型槓桿(Second class lever)第三型槓桿(Third class lever)17第一型槓桿支點(diǎn)可以移動(dòng)位置，以達(dá)不同目的機(jī)械效益小，利於速度而不利於力量；反之，利於力量而不利於速度。機(jī)械效益:力臂/阻力臂阻力矩=阻力阻力臂 力矩=力力臂18第二型槓桿重點(diǎn)位於

8、支點(diǎn)與力點(diǎn)之間，力臂永遠(yuǎn)大於阻力臂。利於力量而不利於速度與運(yùn)動(dòng)範(fàn)圍。角力、柔道之大小外刈動(dòng)作、摔動(dòng)作。19臀摔的槓桿原理20第三型槓桿力點(diǎn)在重點(diǎn)和支點(diǎn)之間，力臂小於阻力臂。利於速度、運(yùn)動(dòng)範(fàn)圍，不利於力量。持拍、棒、棍擊球的動(dòng)作；劃船、撐竿動(dòng)作；踢球動(dòng)作。21走路的生物力學(xué)（一）Stride length：同一腳兩次接處地面間的距離。Stride frequency：時(shí)間內(nèi)的步數(shù)。Gait cycle：步行周期 在單一步行周期內(nèi)，每一腳都會(huì)經(jīng)歷兩階段。 Stance phase (站立周期) Single support phase Double support phase Swing phas

9、e (擺動(dòng)周期)22走路的生物力學(xué)（二）Stance phase (站立周期) Heel strike Foot flat Mid stance Heel off Toe offSwing phase (擺動(dòng)周期) Initial swing（加速） Mid swing Terminal swing（減速） 23跑步和走路的差異跑需要較大的平衡 無雙支撐期 飛程期跑需要較大的肌力 肌肉必須快速而有力的收縮跑需要較大的動(dòng)作範(fàn)圍（旋轉(zhuǎn)） 跨步與跑步動(dòng)作幅度大且快跑時(shí)軀幹較前傾24走路與跑步GRF比較圖25游泳的生物力學(xué)浮力 (Buoyancy)即身體浸入水中時(shí)，使身體飄浮的力量。浮力大小需視骨骼與

10、肌肉佔(zhàn)總重量的比例而定。根據(jù)阿基米德原理(Archimedes principle)，作用於沈入液體中物體的浮力大小等於其所排出液體等體積的重量。推進(jìn)力 (Propelling force)阻力 (Resistive forces)皮膚阻力（表面摩擦力）。身體在水面上下移動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的水波阻力（波浪阻力）。漩渦產(chǎn)生的阻力（亂流阻力）。26蛙泳窄蹬腿為何較快？27有效的人體力學(xué)之基本原則物體靠近身體重心較寬的支撐基底足部的位置隨著運(yùn)動(dòng)方向而調(diào)整舉起物體時(shí)應(yīng)避免扭轉(zhuǎn)儘可能以推、拉、旋轉(zhuǎn)、滑等方式來代替抬起物體。使用 Power position28Power PositionPower Position使用“power position”的動(dòng)作要點(diǎn) 膝微彎 上身前傾 背打直 胸和頭保持正直 29謝謝聆