運(yùn)動(dòng)生物力學(xué)重大體育學(xué)院副教授：落云柯Tel一章緒論一、運(yùn)動(dòng)生物力學(xué)的概念生物力學(xué)：是研究活體系統(tǒng)機(jī)械運(yùn)動(dòng)規(guī)律的科學(xué)。

運(yùn)動(dòng)生物力學(xué)：是研究體育運(yùn)動(dòng)中人體機(jī)械運(yùn)動(dòng)規(guī)律的科學(xué)。人類(lèi)工程、勞動(dòng)、整形、康復(fù)、運(yùn)動(dòng)

理論生物力學(xué)

應(yīng)用生物力學(xué)運(yùn)動(dòng)生物力學(xué)（SportBiomechanics）把體育運(yùn)動(dòng)中各項(xiàng)動(dòng)作技術(shù)的研究課題，賦予生物學(xué)和力學(xué)的觀點(diǎn)及方法，使復(fù)雜的體育動(dòng)作技術(shù)奠基于最基本的生物學(xué)和力學(xué)的規(guī)律之上，并加以數(shù)學(xué)、力學(xué)、生物學(xué)及運(yùn)動(dòng)技術(shù)原理的形式加以定量描述。人體運(yùn)動(dòng)是自然界中最復(fù)雜的現(xiàn)象之一。動(dòng)作技術(shù)原理：是指完成某項(xiàng)動(dòng)作技術(shù)的基本規(guī)律最佳運(yùn)動(dòng)技術(shù)：是因人而異，對(duì)某運(yùn)動(dòng)員能獲得最佳成績(jī)的技術(shù)人體的機(jī)械運(yùn)動(dòng)表現(xiàn)為兩種形式：一是人體自身發(fā)生的形變，即人體各環(huán)節(jié)之間相對(duì)的位移運(yùn)動(dòng)；二是相對(duì)于其周?chē)h(huán)境而發(fā)生的位移運(yùn)動(dòng)。包括：簡(jiǎn)單的機(jī)械運(yùn)動(dòng)復(fù)雜的高級(jí)運(yùn)動(dòng)形式——思維活動(dòng)。牛頓力學(xué)定律適用于剛體運(yùn)動(dòng)。二、運(yùn)動(dòng)生物力學(xué)的任務(wù)和內(nèi)容2、研究各項(xiàng)動(dòng)作技術(shù)，確立動(dòng)作技術(shù)原理，建立動(dòng)作技術(shù)模式來(lái)指導(dǎo)教學(xué)和訓(xùn)練（一）運(yùn)動(dòng)生物力學(xué)的任務(wù)3、結(jié)合運(yùn)動(dòng)員個(gè)人的身體形態(tài)、機(jī)能和運(yùn)動(dòng)員素質(zhì)等的特點(diǎn)，研究適合個(gè)人的最佳動(dòng)作技術(shù)方案和進(jìn)行動(dòng)作診斷1、研究運(yùn)動(dòng)員身體結(jié)構(gòu)和機(jī)能的生物力學(xué)特征

4、探索預(yù)防運(yùn)動(dòng)創(chuàng)傷和康復(fù)手段的力學(xué)依據(jù)5、研究、設(shè)計(jì)和改進(jìn)運(yùn)動(dòng)器械（二）運(yùn)動(dòng)生物力學(xué)的內(nèi)容運(yùn)動(dòng)生物力學(xué)是生物力學(xué)的一個(gè)分支，由于課時(shí)有限，我們主要介紹一下幾方面。1、運(yùn)動(dòng)生物力學(xué)概論2、人體運(yùn)動(dòng)實(shí)用力學(xué)基礎(chǔ)3、骨、肌肉及人體基本活動(dòng)的生物力學(xué)（骨杠桿、關(guān)節(jié)）4、人體運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)采集和處理（高速攝像，測(cè)力臺(tái)）等5、動(dòng)作技術(shù)的生物力學(xué)分析（步態(tài)、體操、棒球、擊劍）三、運(yùn)動(dòng)生物力學(xué)的簡(jiǎn)史公元前古希臘哲學(xué)和自然科學(xué)家阿里斯多德Aristotle(384-322B.C.)觀察人和動(dòng)物的運(yùn)動(dòng)幻燈15世紀(jì)末，意大利科學(xué)家列奧納爾德達(dá)芬奇LeonardodaVinci(1452-1519)尸解，提出運(yùn)動(dòng)服從力學(xué)定律，為避免教會(huì)迫害，著作幾百年后才被發(fā)現(xiàn)。鮑列里17世紀(jì)意大利醫(yī)生、解剖學(xué)家鮑列里GiovanniBorelli(1608-1679)著作《論動(dòng)物的運(yùn)動(dòng)》“DeMotuAnimalium”(TheMovementofAnimals)(Borelli,1680)被稱為生物力學(xué)奠基之父FounderofbiomechanicsFather鮑列里(Borelli,1685)(Borelli,1680)杠桿原理測(cè)定人體重心空間位移三種形式：蹬離地面、蹬離介質(zhì)和拉引。麥布里奇美國(guó)攝影師麥布里奇EdwardMuybridge(1830-1904)“HorseinMotion”高速攝影先驅(qū)Pioneerinhigh-speedphotography用24部像機(jī)排成一列，記錄馬奔跑的動(dòng)作從1987年第11屆國(guó)際生物力學(xué)大會(huì)開(kāi)始設(shè)立麥布里奇“杰出貢獻(xiàn)獎(jiǎng)”馬勒AmongthefirsttorecordmovementquantitativelyWithhighspeedfilmPneumaticdevices(Marey)1882年馬勒EtienneJulesMarey(1838-1904)首先用高速攝影和風(fēng)力裝置來(lái)記錄和研究運(yùn)動(dòng)(Marey,1895)馬勒風(fēng)力（阻力）測(cè)量ApneumaticforceplatformGroundreactionforce(GRF)(Marey,1895)馬勒測(cè)力臺(tái)LowerextremitykinematicsGRF(Marey,1895)馬勒高速攝影，影片測(cè)量步態(tài)Walking下肢運(yùn)動(dòng)學(xué)數(shù)據(jù)結(jié)合測(cè)力臺(tái)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析研究。Injumping,simultaneousrecordingGRFDisplacement(Marey,1895)馬勒縱跳研究中同時(shí)記錄測(cè)力臺(tái)和位移數(shù)據(jù)(Marey,1895)馬勒測(cè)量鳥(niǎo)飛行數(shù)據(jù)布拉溫和菲舍餌20世紀(jì)初德國(guó)學(xué)者布拉溫和菲舍餌用解剖尸體的方法測(cè)定人體各部分的重量和重心再根據(jù)速度、加速度計(jì)算人體運(yùn)動(dòng)的力。謝琴諾夫等蘇聯(lián)運(yùn)動(dòng)生物力學(xué)的奠基人謝琴諾夫等建立神經(jīng)肌肉控制的理論。人體運(yùn)動(dòng)通過(guò)大腦控制，和運(yùn)動(dòng)感覺(jué)神經(jīng)的反饋，來(lái)修正完成動(dòng)作。希爾MuscularforceHillequation:force-velocity希爾A.V.Hill(1920s-1930s)用離體青蛙縫匠肌進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，研究并推導(dǎo)肌肉力量計(jì)算方程，著名的Hill方程，獲得諾貝爾獎(jiǎng)。v=b(F0-F)/(F+a)國(guó)際會(huì)議1967年在瑞士召開(kāi)第一次國(guó)際生物力學(xué)研討會(huì)，以后每?jī)赡暌淮巍?973年成立了國(guó)際生物力學(xué)學(xué)會(huì)。我國(guó)1980年成立中國(guó)體育科學(xué)學(xué)會(huì)，同時(shí)成立運(yùn)動(dòng)生物力學(xué)學(xué)會(huì)。第二章人體運(yùn)動(dòng)實(shí)用力學(xué)基礎(chǔ)

第一節(jié)人體運(yùn)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)學(xué)如物體運(yùn)動(dòng)的軌跡、路程、位移所描述的即空間特性。物體運(yùn)動(dòng)的先后次序，延續(xù)時(shí)間等特點(diǎn)謂時(shí)間特性。即近似地看成質(zhì)點(diǎn)或剛體多剛體系統(tǒng)。

任何物體的機(jī)械運(yùn)動(dòng)都是在一定的空間和時(shí)間中進(jìn)行的。人體和器械的運(yùn)動(dòng)也不例外。運(yùn)動(dòng)學(xué)特征：人體和器械進(jìn)行簡(jiǎn)化處理：一、運(yùn)動(dòng)的相對(duì)性及參考系（一）運(yùn)動(dòng)的相對(duì)性（二）參考系與坐標(biāo)系描述物體運(yùn)動(dòng)時(shí)選作為參考的物體或物體群叫做參考系跑常取地面為參考系；體操運(yùn)動(dòng)把體操器械作為參考系；為了拍攝記錄動(dòng)作，設(shè)置桿作為參考系；人體某環(huán)節(jié)的運(yùn)動(dòng)時(shí)，多選用人體總重心或鄰近環(huán)節(jié)作為參考系。直角坐標(biāo)系分一維、二維、三維三種。慣性參考系：把相對(duì)于地球靜止的物體或相對(duì)于地球做勻速直線運(yùn)動(dòng)的物體作為參考標(biāo)準(zhǔn)的參考系叫慣性參考系。非慣性參考系：把相對(duì)于地球作變速運(yùn)動(dòng)的物體作為變速運(yùn)動(dòng)的物體作為參考標(biāo)準(zhǔn)的參考系叫非慣性參考系。二、人體運(yùn)動(dòng)的形式和基本概念（一）

軌跡·路程·位移1.

軌跡：即質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)的路徑2.路程·位移路程：質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)軌跡的全長(zhǎng)。路程只有數(shù)值的大小，沒(méi)有方向，是標(biāo)量。位移：其大小等于質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)的始點(diǎn)到終點(diǎn)的直線距離，其方向由始點(diǎn)指向終點(diǎn)，是矢量。路程和位移是用來(lái)描述物體運(yùn)動(dòng)范圍的。（二）

人體運(yùn)動(dòng)的形式（2）曲線運(yùn)動(dòng)1》圓周運(yùn)動(dòng)2》斜拋物體運(yùn)動(dòng)按質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)的軌跡可分為：1、

直線運(yùn)動(dòng)和曲線運(yùn)動(dòng)（1）直線運(yùn)動(dòng)1》勻速直線運(yùn)動(dòng)2》變速直線運(yùn)動(dòng)按機(jī)械運(yùn)動(dòng)形式可分為：

2、平動(dòng)·轉(zhuǎn)動(dòng)和復(fù)合運(yùn)動(dòng)在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，如果物體上各點(diǎn)都繞同一直線（即轉(zhuǎn)軸）做圓周運(yùn)動(dòng)，這種運(yùn)動(dòng)就叫轉(zhuǎn)動(dòng)。而只能簡(jiǎn)化成剛體來(lái)處理。如果在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，剛體上任意兩點(diǎn)的連線保持平行，而且長(zhǎng)度不變，那么這種運(yùn)動(dòng)就叫做平動(dòng)。在研究物體平動(dòng)時(shí)可以將物體簡(jiǎn)化成質(zhì)點(diǎn)處理。人體的運(yùn)動(dòng)往往不是單純的平動(dòng)和轉(zhuǎn)動(dòng)，絕大多數(shù)的運(yùn)動(dòng)包括平動(dòng)和轉(zhuǎn)動(dòng)。復(fù)合運(yùn)動(dòng)分解為重心的平動(dòng)和轉(zhuǎn)動(dòng)。（1）平動(dòng)：（2）轉(zhuǎn)動(dòng)：（3）復(fù)合運(yùn)動(dòng)：三、人體運(yùn)動(dòng)的速度和加速度（一）速率和速度

1、速率：速率是路程與通過(guò)這段路程所經(jīng)歷的時(shí)間之比。2、速度：速度是位移與通過(guò)這段位移所經(jīng)歷的時(shí)間之比。描述位置變化快慢的物理量，單位“米/秒”ΔS3、瞬時(shí)速度：物體在某一時(shí)刻或通過(guò)運(yùn)動(dòng)軌跡上某一點(diǎn)的速度稱為瞬時(shí)速度，又叫即時(shí)速度。在體育實(shí)踐中，經(jīng)常提到的初速度、末速度都是瞬時(shí)速度。（二）加速度描述速度變化快慢的物理量，單位“米/秒2”1.

平均加速度2.

瞬時(shí)加速度1.

運(yùn)動(dòng)的獨(dú)立性原理若一物體同時(shí)參與幾個(gè)運(yùn)動(dòng)（稱為分運(yùn)動(dòng)），則每個(gè)分運(yùn)動(dòng)不受其它分運(yùn)動(dòng)的影響。（三）

運(yùn)動(dòng)的合成與分解小球的垂直（自由落體）運(yùn)動(dòng)不受水平運(yùn)動(dòng)的影響。V1.

速度矢量的合成和分解（2）速度的分解（1）速度的合成合速度的大小合速度的方向VxVyXYVθ1.

質(zhì)點(diǎn)的復(fù)合運(yùn)動(dòng)（2）

質(zhì)點(diǎn)速度合成定理（1）

質(zhì)點(diǎn)的絕對(duì)運(yùn)動(dòng)、相對(duì)運(yùn)動(dòng)和牽連運(yùn)動(dòng)的概念。絕對(duì)運(yùn)動(dòng)：運(yùn)動(dòng)著的質(zhì)點(diǎn)（動(dòng)點(diǎn)）相對(duì)于靜參考系的運(yùn)動(dòng)，稱為絕對(duì)運(yùn)動(dòng)。相對(duì)運(yùn)動(dòng)：動(dòng)點(diǎn)相對(duì)于動(dòng)參考系的運(yùn)動(dòng)，稱為相對(duì)運(yùn)動(dòng)。牽連運(yùn)動(dòng)：動(dòng)參考系相對(duì)于靜參考系的運(yùn)動(dòng)，稱為牽連運(yùn)動(dòng)。（3）質(zhì)點(diǎn)加速度合成定理

當(dāng)人體在轉(zhuǎn)動(dòng)，而上臂相對(duì)于人體作徑向運(yùn)動(dòng)時(shí)，就出現(xiàn)科氏加速度。1、牽連運(yùn)動(dòng)為平動(dòng)時(shí)點(diǎn)的加速度合成。2、牽連運(yùn)動(dòng)為轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)點(diǎn)的合成定理。其數(shù)值為角速度與動(dòng)點(diǎn)的相對(duì)速度的矢積的二倍方向由確定（四）

運(yùn)動(dòng)的描述方法1.

運(yùn)動(dòng)方程用數(shù)學(xué)公式（運(yùn)動(dòng)方程）來(lái)描述物體運(yùn)動(dòng)規(guī)律的一種方式。勻變速直線運(yùn)動(dòng)規(guī)律若質(zhì)點(diǎn)初始時(shí)刻t0=0,且X0=0如果是自由落體V0=0，a=g=9.8米/秒2豎直上拋運(yùn)動(dòng)勻減速直線運(yùn)動(dòng)向上為正例題P33已知：標(biāo)槍運(yùn)動(dòng)員V0=6米/秒，t=0.1秒,X=1.2米,求：Vt解：=120米/秒2又根據(jù)公式得（米/秒）答：標(biāo)槍出手速度為18米/秒。根據(jù)：例題跳水運(yùn)動(dòng)員從10米跳臺(tái)垂直入水，人體重心高度距跳臺(tái)為0.6米，求重心落到水面的時(shí)間以及人體入水時(shí)的速度。（空氣和水的阻力不計(jì)）。解：已知：H=10+0.6=10.6（米）（秒）（米/秒）答：重心落到水面的時(shí)間為1.47秒，入水時(shí)的速度為14.4米/秒。求：Vt2.

圖象法（5）

各類(lèi)曲線的特點(diǎn)描寫(xiě)運(yùn)動(dòng)的另一種方法是在坐標(biāo)紙上繪制曲線（1）

運(yùn)動(dòng)軌跡曲線（2）

位移時(shí)間曲線（勻速、變速）（3）

速度時(shí)間曲線（勻速、勻變速、變速）（4）

加速度（非勻速）曲線有直線，曲線之分，直線又有水平傾斜之分，傾斜程度表示變化快慢。因此，我們可根據(jù)不同項(xiàng)目、不同動(dòng)作不同運(yùn)動(dòng)員的曲線進(jìn)行運(yùn)動(dòng)學(xué)分析3.

表格法表格法就是把待求量及已知量用表格列出。例如：自由落體時(shí)刻t（秒）下落位置S（米）0014.9219.6344.1478.45122.56176.4四、人體和機(jī)械的斜拋運(yùn)動(dòng)拋射運(yùn)動(dòng)泛指物體在獲得一定初速度后進(jìn)入空氣中的運(yùn)動(dòng)，它受到重力和空氣的作用，按一定軌跡運(yùn)動(dòng)——具有恒定加速度的平面曲線運(yùn)動(dòng)。根據(jù)初速度的方向，可分為上、下、斜上、斜下拋。體育運(yùn)動(dòng)中拋物線運(yùn)動(dòng)相當(dāng)普遍。（一）

斜拋運(yùn)動(dòng)的基本公式在X和Y方向上，物體在任一時(shí)刻的速度為沿豎直方向（沿Y軸）的位移公式沿水平方向（沿X軸）的位移公式XYV0V0xV0yVVxVyH0θ（二）

體育運(yùn)動(dòng)中常見(jiàn)的斜上拋運(yùn)動(dòng)1.

拋點(diǎn)與落點(diǎn)在同一水平面上的斜上拋運(yùn)動(dòng)因?yàn)椋篩=0，速度同基本公式X=S常常需要討論以下幾個(gè)問(wèn)題：（3）

水平射程S：指拋點(diǎn)到落點(diǎn)的水平位移（1）

全程飛行時(shí)間T：最高點(diǎn)Vy=0上拋、下落時(shí)間相等（2）

最大高度H：指拋體在豎直方向上達(dá)到的最大高度，他等于在t時(shí)間內(nèi)的豎直位移例題：

設(shè)足球運(yùn)動(dòng)員用20米/秒的初速度，向與水平面成30°角的方向，將足球從地面踢出，求足球可能達(dá)到的最大高度，以及在空間飛行的時(shí)間和飛行的最大距離？解：已知V0=20米/秒θ=300g=10米/秒2足球向上的初速度為：V0y=V0sin30o=20×0.5=10米/秒上升最大高度：H=V0y2/2g=102/2×10=5（米）上升最大高度的時(shí)間：t=V0y/g=10/10=1（秒）空中飛行總時(shí)間：T=2t=2×1=2（秒）水平方向的速度為：V0x=V0cos30o=20×0.866=17.32(米/秒）球的最大飛行距離：S=V0xT=17.32×2=34.64（米）答:(略)拋射點(diǎn)高于落點(diǎn)的斜上拋出手高度不同，初速度不同的情況下，最佳拋射角度是不同的。最佳拋射角度不應(yīng)是指某一特定的角度。如：鉛球投擲，有最佳角問(wèn)題

拋點(diǎn)與落點(diǎn)不在同一水平面上的斜上拋運(yùn)動(dòng)五、運(yùn)動(dòng)學(xué)量的特性（一）

瞬時(shí)性（二）

矢量性（三）

相對(duì)性（四）

獨(dú)立性第二節(jié)人體運(yùn)動(dòng)的動(dòng)力學(xué)在運(yùn)動(dòng)技術(shù)研究中，不僅需要掌握各種動(dòng)作在時(shí)間、空間上所表現(xiàn)出來(lái)的差異特征，而且更需要了解產(chǎn)生這些差異的內(nèi)在原因。一、人體運(yùn)動(dòng)中的力如果把人體看成一個(gè)力學(xué)系統(tǒng)，那么來(lái)自人體外界作用于人體的力稱為人體外力。（一）

力的概念力是物體間的相互作用，力的作用離不開(kāi)物體。力的作用可使物體產(chǎn)生加速度和產(chǎn)生形變。力的三要素：力具有方向性，線段的長(zhǎng)度代表力的大小，線段的起點(diǎn)代表力的作用點(diǎn)。（二）

人體運(yùn)動(dòng)的內(nèi)力和外力若將人體看作一個(gè)力學(xué)系統(tǒng)，那么，人體內(nèi)部各部分相互作用的力稱為人體內(nèi)力。（三）人體在運(yùn)動(dòng)中所受到的外力

相互接觸的兩物體，在接觸面上發(fā)生的阻礙相對(duì)運(yùn)動(dòng)或相對(duì)運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)的相互作用力，稱為摩擦力。1.重力重力是指地球上的物體所受到的地球引力。G=mg重力是一個(gè)質(zhì)量力，它均勻地分布作用在物體的質(zhì)量上。重力的大小也叫重量。物理學(xué)中，重量與質(zhì)量是兩個(gè)不同的概念。兩者的關(guān)系是：2.摩擦力摩擦力分為靜摩擦力、滑動(dòng)摩擦力和滾動(dòng)摩擦力。（2）滑動(dòng)摩擦力：（1）靜摩擦力：相互接觸的二物體有相對(duì)滑動(dòng)趨勢(shì)，而又保持相對(duì)靜止時(shí)，在接觸面上產(chǎn)生阻止其出現(xiàn)相對(duì)滑動(dòng)的力，稱為靜摩擦力。當(dāng)兩個(gè)物體相互接觸并發(fā)生相對(duì)滑動(dòng)時(shí)，二物體的接觸面上產(chǎn)生阻礙物體相對(duì)滑動(dòng)的力，稱為滑動(dòng)摩擦力。受N和μ的影響0≤fs≤fm（3）滾動(dòng)摩擦力：當(dāng)物體沿著接觸面滾動(dòng)時(shí)，所產(chǎn)生的阻礙滾動(dòng)的力稱滾動(dòng)摩擦力。F=W·k/RWRFK：滾動(dòng)摩擦系數(shù)R：半徑W：重量勢(shì)壘體育運(yùn)動(dòng)中的應(yīng)用（釘鞋、鎂粉、潤(rùn)滑油等）。人類(lèi)之所以能行走、能跑，靠得是鞋底與地面之的摩擦力?？梢哉f(shuō)沒(méi)有摩擦力人寸步難行。3.彈性力

發(fā)生形變的物體，要恢復(fù)原來(lái)的形狀而作用在與它相接觸的物體上的力，叫做彈性力。以物體發(fā)生形變?yōu)橄葲Q條件。產(chǎn)生的彈性力可作用在人體上，加大人體運(yùn)動(dòng)的速度或動(dòng)作幅度虎克定律K為屈強(qiáng)系數(shù)，單位“牛噸/米”；彈力的方向與形變方向相反。二、牛頓運(yùn)動(dòng)定律及其應(yīng)用（一）

定義如舉重，動(dòng)作中途停頓，則會(huì)加大動(dòng)作的難度，甚至?xí)?dǎo)致動(dòng)作的失敗。任何物體，在不受力作用時(shí)，都保持靜止?fàn)顟B(tài)或勻速直線運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。這就是牛頓第一定律。保持一定的速度比改變速度要容易、省力的多，特別注意動(dòng)作的連貫性，盡可能避免平凡地改變運(yùn)動(dòng)速度，以減少不必要的負(fù)荷。（二）

牛頓第二運(yùn)動(dòng)定律及其應(yīng)用

當(dāng)一個(gè)物體受到的合外力不為零時(shí)，物體運(yùn)動(dòng)的加速度與合外力成正比，與其質(zhì)量成反比，加速度的方向與合外力的方向一致。用公式表示為：力的單位：牛頓注意：對(duì)質(zhì)點(diǎn)，方向性，1（N）=1（kg）×1（m/s2）1（公斤力）=9。8（牛頓）例題1：某滑冰運(yùn)動(dòng)員質(zhì)量為50公斤，當(dāng)不用力后，在20秒內(nèi)滑行了32米停下（假設(shè)作勻速減速運(yùn)動(dòng)），求他在停下來(lái)的過(guò)程中，受到的平均阻力為多少？解：∵∴V0=2S/t=3.2(m/s)F=ma=50×(-0.16)=-8(N)Vt=0答：略已知：m=50kg；t=20s；s=32m求：F（一）牛頓第三運(yùn)動(dòng)定律及其應(yīng)用（4）作用力與反作用力等值反向，沿同一直線這一規(guī)律，不受相互作用的兩物體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的影響。

若物體A對(duì)物體B作用一力FAB，則物體B同時(shí)以力FBA反作用物體A，兩力的大小相等，方向相反，并在同一直線上，即FAB=-FBA1.

正確理解和應(yīng)用牛頓第三定律應(yīng)注意的幾點(diǎn)（1）

作用力和反作用力分別作用在不同的物體上，分別產(chǎn)生各自的效應(yīng)。（2）

作用力和反作用力互為存在條件。（3）

作用力和反作用力必是同種性質(zhì)的力。2.

第三運(yùn)動(dòng)定律在體育運(yùn)動(dòng)中的應(yīng)用最重要的是提高肌肉收縮速度和力量，以加大蹬地力從而得到一個(gè)更大的反作用力，使人體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)發(fā)生變化。創(chuàng)造良好的作用條件鞋釘、起跑器（四）牛頓運(yùn)動(dòng)定律在體育運(yùn)動(dòng)中的應(yīng)用實(shí)例1.

向心力與離心力公式Fn=man=mV2/r其中：an=V2/r是向心加速度圓周運(yùn)動(dòng)速度方向沿切線不斷變化。鏈球，正確解釋是，松手后鏈球不再受向心力的作用，因慣性的緣故沿切線方向飛出去。單杠，為約束物對(duì)人體施加的向心力，是由于單杠的形變而產(chǎn)生的彈性力。2.

支撐反作用力在原地縱跳中，下蹲和蹬伸的過(guò)程，動(dòng)態(tài)支撐反作用力是不斷變化的靜態(tài)支撐反作用力動(dòng)態(tài)支撐反作用力0TGR靜立騰空下蹲蹬伸三、動(dòng)量定理、動(dòng)量守衡定律及其應(yīng)用F為常量。沖量的單位為“牛頓·米/秒”（一）

動(dòng)量和沖量1.

動(dòng)量力學(xué)上就定義速度與質(zhì)量的乘積作為物體運(yùn)動(dòng)量的量度，稱為動(dòng)量。動(dòng)量是矢量，其方向與速度方向一致，單位為“千克·米/秒”（kg·m/s）。2.

沖量在力學(xué)中，將作用于物體上的外力與外力的作用時(shí)間的乘積，定義為力的沖量：（二）

動(dòng)量定理物體在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，在某段時(shí)間內(nèi)動(dòng)量的改變量△K等于所受合外力在這段時(shí)間內(nèi)的沖量I。即：△K=I由F=ma得：即：動(dòng)量定理具有矢量性：例題1：質(zhì)量為0.3千克的棒球，以10米/秒的速度朝向運(yùn)動(dòng)員飛來(lái)。被棒打擊后以15米/秒的速度反向運(yùn)動(dòng)，設(shè)棒與球的接觸時(shí)間為0.001秒，求：（a）棒給球的沖量；（b）球所受的平均沖力。解：F△t=mVt-mV0=0.3×(-15-10)=-7.5（公斤·米/秒）答F=7.5/0.001=7500（牛頓）已知：m＝0.3kg；V0＝10m/s；Vt＝15m/s；△t＝0.001s求：F△t；F（三）

動(dòng)量定理在體育運(yùn)動(dòng)中的應(yīng)用運(yùn)用動(dòng)量定理還可以計(jì)算人體運(yùn)動(dòng)中的一些力學(xué)參數(shù)。用測(cè)力臺(tái)測(cè)出踏跳力隨時(shí)間的變化曲線，就可以求出人體所受的沖量。在投擲項(xiàng)目中，為了增加器械的出手速度，即增加器械的出手動(dòng)量，應(yīng)增加在最后用力階段對(duì)器械的沖量。正確的作法是，在保證發(fā)揮肌肉最大用力的同時(shí)，通過(guò)延長(zhǎng)力的作用距離來(lái)延長(zhǎng)作用時(shí)間。要求在最后用力前使身體盡可能超越器械。若要減少對(duì)人體的沖力，就得延長(zhǎng)作用的時(shí)間，各種落地緩沖動(dòng)作就是典型的例子。（四）

動(dòng)量守衡定律及其應(yīng)用任何物體系統(tǒng)在不受外力作用或所受外力和為零時(shí)，其總動(dòng)量保持不變。設(shè)質(zhì)量分別為m1,m2的兩個(gè)小球，在極光滑的玻璃槽中（摩擦力小到可忽略不計(jì)），沿同一直線作同方向運(yùn)動(dòng)。初速度分別為V1，V2，如兩球發(fā)生碰撞，碰撞時(shí)間為△t，碰撞后速度分別為U1,U2(圖2-37）。在整個(gè)過(guò)程中，兩球所受合外力為零。mV2-mV1=0即：mV2=mV1=常數(shù)F1△t=m1U1-m1V1F2△t=m2U2-m2V2∵F1=-F2∴m1U1-m1V1=-(m2U2-m2V2)m1U1+m2U2=m1V1+m2V2V1V2F1F2m1m2U1m1U2m2

系統(tǒng)所受的合外力為零，則系統(tǒng)的總動(dòng)量保持不變。系統(tǒng)的內(nèi)力只能使動(dòng)量在系統(tǒng)內(nèi)部個(gè)物體之間傳遞轉(zhuǎn)移。某環(huán)節(jié)動(dòng)量的改變量傳遞到其它環(huán)節(jié)。排球扣球、鞭打動(dòng)作、振浪動(dòng)作等四、人體運(yùn)動(dòng)中的功能關(guān)系正功和負(fù)功是外力對(duì)物體做功，還是物體克服阻力做，功沒(méi)有方向。功的大小等于力與物體沿力的方向所發(fā)生的位移乘積。αFαFSW=FScosα功只有大小沒(méi)有方向是標(biāo)量。功的單位是“焦耳”1焦耳（J）=1牛頓·米（N·m）功率：反映做功快慢的物理量。平均功率:瞬時(shí)功率：功率的單位為“瓦特”1瓦特=1焦?fàn)?秒例題一舉重運(yùn)動(dòng)員以150公斤的力將100公斤的杠鈴舉起，杠鈴的垂直位移為2米，求杠鈴受合力所做的功？解：先算正功，再算負(fù)功，然后求和。正功：W正=150×9.8×2=2040（J）負(fù)功：W負(fù)=100×9.8×2=1960（J）合力所做的功W合=W正－W負(fù)=2040–1960=980（J）答：已知：求：機(jī)械能1、動(dòng)能平動(dòng)動(dòng)能轉(zhuǎn)動(dòng)動(dòng)能2、勢(shì)能重力勢(shì)能彈性勢(shì)能能量是標(biāo)量，單位與功的單位相同為：“焦?fàn)枴惫δ茉?/p>

質(zhì)量為m的物體在恒力F的作用下，在光滑的桌面移動(dòng)一段距離S后，速度由V0

逐漸增大到VmVmV0FS根據(jù)牛頓第二定律：F=ma勻加速直線運(yùn)動(dòng)定律Vt2-V02=2as即：把F、S代入功的公式得：∴力對(duì)物體所做的功等于物體動(dòng)能的增量。機(jī)械能守恒和轉(zhuǎn)化定律如果系統(tǒng)只有保守力（重力、彈性力）的作用，其它合外力為零，則系統(tǒng)總機(jī)械能保持不變。即：E2-E1=0E2=E1或：例如單杠大回環(huán)，重心軌跡是圓，半徑為R，求最低點(diǎn)的速度。（不考慮單杠彈性、磨擦力、空氣阻力）解：由機(jī)械能守恒公式得：答：第三節(jié)

人體運(yùn)動(dòng)的靜力學(xué)靜力學(xué)是研究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。一、人體平衡（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。（一）

平衡動(dòng)作的定量分析rF0dpθZM0=F·d=Frsinθ力矩是力F與0點(diǎn)到力作用線垂距的乘積。1.力矩、力偶和力偶矩從轉(zhuǎn)軸的正面看去，力矩使物體轉(zhuǎn)動(dòng)逆時(shí)針為正，順時(shí)針為負(fù)。只有與軸既不平行也不相交的力才能使物體轉(zhuǎn)動(dòng)，而且起作用的僅是在垂直轉(zhuǎn)軸平面內(nèi)的分力zoff1f2（2）

力偶和力偶矩的概念大小相等、方向相反、作用線相互平行但不重合的兩個(gè)力作用在物體上，物體同樣會(huì)產(chǎn)生轉(zhuǎn)動(dòng)，這一對(duì)力稱為力偶。FFdM=±Fd逆時(shí)針為正，順時(shí)針為負(fù)。力和力偶臂的乘積為力偶矩；2.受力分析在研究人體或器械的平衡問(wèn)題時(shí)，首先要對(duì)研究的對(duì)象進(jìn)行受力分析，即確定研究對(duì)象受到哪些力的作用，力的作用點(diǎn)和方向等。TNG肋木側(cè)平衡吊環(huán)十字支撐受力分析3、力的平移定理可以把力平移到重心上，并且不改變對(duì)身體的作用效果，但必須附加上一個(gè)力偶，此力偶等于原力對(duì)重心之矩。這種分析方法也叫力向重心簡(jiǎn)化。在分析運(yùn)動(dòng)時(shí)，往往需要了解力對(duì)整個(gè)人體的作用情況，通常把力平移到重心上加以分析。A0FA0FdFˊ0跳遠(yuǎn)起跳跳馬推手動(dòng)作分析時(shí)力向重心的簡(jiǎn)化。FˊF〞M=Fd4、平衡的力學(xué)條件當(dāng)物體保持平衡時(shí)，作用在物體上的一切外力相互平衡，也就是物體所受合外力為零，所受合外力矩為零?！把嗍健逼胶獗Ｗo(hù)帶5、力系的簡(jiǎn)化和平衡（1）共線力系的簡(jiǎn)化和平衡（2）平面匯交力系的簡(jiǎn)化和平衡（3）共面平行力系的簡(jiǎn)化和平衡例題：P99

體重為G1的舉重運(yùn)動(dòng)員將重G2的杠鈴放置在足支點(diǎn)前a處的肩上，求足支點(diǎn)的反作用力R和重力作用線間的垂直距離b解：本題屬平面平行力系問(wèn)題，可由平衡方程求解。由得：R－G1－G2=0G2=R－G1Ra－G1(a+b)=0由得：即：G2G1Rab（4）共面一般力系的簡(jiǎn)化和平衡合力和合力偶(主矢和主矩）：非平衡共面一般力系的簡(jiǎn)化結(jié)果是一個(gè)合力和一個(gè)合力偶。共面一般力系平衡時(shí)，三種形式：基本形式：∑Fx=0∑Fy=0∑MA=0二力矩形式：∑Fx=0∑MA=0∑MB=0三力矩形式：∑MA=0∑MB=0∑MB=0A、B、C是平面內(nèi)任意三點(diǎn)（不共線）。例題：田經(jīng)運(yùn)動(dòng)員后蹬中受力情況APRxRyx0y0yA5、下支撐靜力性動(dòng)作穩(wěn)定性的判定（3）穩(wěn)定角：所謂穩(wěn)定角就是重心垂直投影線（或稱重力線）和重力至支撐面邊緣相應(yīng)點(diǎn)的連線間的夾角。穩(wěn)定角愈大，物體的穩(wěn)定程度愈大，即物體在某方位上平衡穩(wěn)定性的儲(chǔ)備能力愈大。（1）支撐面：在下支撐物體的平衡中，都有一定的支撐面。支撐面愈大，總的來(lái)講物體平衡的穩(wěn)定性也愈大。（2）重心的高低：重心愈低，穩(wěn)定性就愈大。α1α2α前α后（4）平衡角

一個(gè)物體是否失去平衡，取決于該物體重心垂直投影線是否落在支撐面內(nèi)。平衡角等于某方位平面上穩(wěn)定角的總和。（5）穩(wěn)定系數(shù)GGG穩(wěn)定系數(shù)當(dāng)K＞1時(shí)，傾倒力矩不能使物體傾倒失去平衡。當(dāng)K＜1時(shí)，傾倒力矩將使物體傾倒穩(wěn)定系數(shù)就定義為傾斜力開(kāi)始作用時(shí)穩(wěn)定力矩與傾斜力矩的比值。GrhF所以，決定下支撐平衡穩(wěn)定性的因素為：穩(wěn)定角（重心高度，支撐面），人體（或物體）的重量。（二）

平衡動(dòng)作的定性分析（3）

混合支撐平衡1、根據(jù)平衡物體重力與支撐點(diǎn)的位置關(guān)系，平衡種類(lèi)可分為：（1）

上支撐平衡（2）

下支撐平衡支撐點(diǎn)在重心上方的平衡，如各種懸垂。支撐點(diǎn)在重心下方的平衡，如手倒立。既非完全上支撐，又非完全下支撐的平衡。如肋木側(cè)平衡。2、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（1）

穩(wěn)定平衡（2）

不穩(wěn)定平衡（3）

隨遇平衡GNCGNCGNC（4）

有限度的穩(wěn)定平衡（三）

人體平衡的特點(diǎn)1、人體不能處于絕對(duì)靜止的狀態(tài)（射擊運(yùn)動(dòng)員）2、人體內(nèi)力在維持平衡中的作用（燕式平衡）3、人體的補(bǔ)償動(dòng)作4、人體具有自我控制、調(diào)節(jié)和恢復(fù)平衡的能力5、人體的平衡受心理因素的影響6、人體的平衡動(dòng)作消耗肌肉的生理能對(duì)于人體來(lái)說(shuō)，既要符合剛體的平衡原理，但又具有人體的平衡的生物學(xué)特征。人體是受高級(jí)神經(jīng)系統(tǒng)控制的杠桿系統(tǒng)。他不僅可以保持平衡，而且在平衡遭到破壞時(shí)還能恢復(fù)平衡。（走鋼絲）第四節(jié)人體運(yùn)動(dòng)的轉(zhuǎn)動(dòng)力學(xué)

人體各環(huán)節(jié)的運(yùn)動(dòng)都是繞關(guān)節(jié)軸的轉(zhuǎn)動(dòng)。為了研究人體運(yùn)動(dòng)的規(guī)律性，必須在一定條件下將人體當(dāng)作剛體處理。因而，轉(zhuǎn)動(dòng)是人體最常見(jiàn)的運(yùn)動(dòng)，是運(yùn)動(dòng)生物力學(xué)研究的重要方面。一、體育運(yùn)動(dòng)中人體轉(zhuǎn)動(dòng)動(dòng)作的類(lèi)型（一）

轉(zhuǎn)動(dòng)軸與轉(zhuǎn)動(dòng)的類(lèi)型

可分為：定軸轉(zhuǎn)動(dòng)和動(dòng)軸轉(zhuǎn)動(dòng)。剛體轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，剛體上的各點(diǎn)都做圓周運(yùn)動(dòng)，形成大小不等的同心圓，各圓的中心都位于同一直線上，這條直線叫做轉(zhuǎn)動(dòng)軸。定軸轉(zhuǎn)動(dòng)：繞相對(duì)于某參考系固定軸的轉(zhuǎn)動(dòng)。動(dòng)軸轉(zhuǎn)動(dòng)：相對(duì)于某參考系其轉(zhuǎn)動(dòng)軸的位置方向是變化的。（二）

人體轉(zhuǎn)動(dòng)的轉(zhuǎn)動(dòng)軸

習(xí)慣上把體外的轉(zhuǎn)動(dòng)軸稱為實(shí)體軸，把體內(nèi)的轉(zhuǎn)動(dòng)軸稱為非實(shí)體軸。2．

非實(shí)體軸非實(shí)體軸是人體局部肢體或整體轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)所繞的位于人體內(nèi)部的某特定的直線。1．

實(shí)體軸當(dāng)人體繞固定在地面上的運(yùn)動(dòng)器械轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，器械就是人體轉(zhuǎn)動(dòng)的實(shí)體軸。例如：體操運(yùn)動(dòng)員在單杠、雙杠、高低杠上的各種轉(zhuǎn)動(dòng)，這些器械就是人體轉(zhuǎn)動(dòng)的實(shí)體軸。（三）人體轉(zhuǎn)動(dòng)動(dòng)作的基本形式4、無(wú)支點(diǎn)無(wú)實(shí)體軸的空中多軸向復(fù)合運(yùn)動(dòng)單杠等冰上旋轉(zhuǎn)，籃球、鐵餅、鏈球的轉(zhuǎn)體等1、

有支點(diǎn)有實(shí)體軸的轉(zhuǎn)動(dòng)2、有支點(diǎn)無(wú)實(shí)體軸的轉(zhuǎn)動(dòng)3、無(wú)支點(diǎn)無(wú)實(shí)體軸的空中單軸轉(zhuǎn)動(dòng)前、后、側(cè)空翻體操、跳水的空翻轉(zhuǎn)體二、轉(zhuǎn)動(dòng)運(yùn)動(dòng)學(xué)（一）

角位移在平動(dòng)運(yùn)動(dòng)學(xué)中常用的物理量有時(shí)間、位移、速度、加速度、常稱之為線量。在轉(zhuǎn)動(dòng)運(yùn)動(dòng)學(xué)中與之相對(duì)的時(shí)間、角位移、角速度、角加速度，稱之為角量。常使用度、弧度、周等作為角位移的單位。OA（t1）B（t2）（二）

角速度和線速度

物體在單位時(shí)間內(nèi)轉(zhuǎn)過(guò)的角度叫角速度。角速度的單位為：“弧度/秒”。平均角速度瞬時(shí)角速度線速度（三）

角加速度角加速度的單位為“弧度/秒2”對(duì)運(yùn)動(dòng)員單杠大回環(huán)的研究表明，各階段的角速度是變化的，大時(shí)可達(dá)到9.8弧度/秒，小時(shí)為3.4弧度/秒。如要深入研究，就必須引進(jìn)描述角速度變化的物理量——角加速度。定義角加速度如下：如果在△T時(shí)間內(nèi)物體轉(zhuǎn)動(dòng)角速度由ω0，變?yōu)棣?，則角加速度：對(duì)于勻變速轉(zhuǎn)動(dòng)在t0=0時(shí)，物體的角速度為ω0，在時(shí)刻t角速度為ω，角加速度為β ，那么有：由得：物體上各點(diǎn)作圓周運(yùn)動(dòng)的切向加速度a與角加速度β的關(guān)系向心加速度與轉(zhuǎn)動(dòng)角加速度之間的關(guān)系三、轉(zhuǎn)動(dòng)動(dòng)力學(xué)3.對(duì)于人體整體的轉(zhuǎn)動(dòng)，在騰空后是繞人體基本軸的轉(zhuǎn)動(dòng)。（一）

形成人體轉(zhuǎn)動(dòng)的力學(xué)條件從力學(xué)條件出發(fā)，人體轉(zhuǎn)動(dòng)的條件是，作用在人體上的外力對(duì)某一轉(zhuǎn)軸的力矩的矢量和不為零，即：∑M≠01.繞實(shí)體軸的轉(zhuǎn)動(dòng)條件是對(duì)該軸的合外力矩不為零2.局部肢體繞關(guān)節(jié)軸的轉(zhuǎn)動(dòng)條件是阻力矩之和不為零。單軸、雙軸、多軸。（二）

人體的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量1.轉(zhuǎn)動(dòng)慣性，平動(dòng)物體慣性的大小用物體的質(zhì)量來(lái)量度。轉(zhuǎn)動(dòng)物體同樣也具有慣性。在力學(xué)中，物體轉(zhuǎn)動(dòng)慣性的大小是用“轉(zhuǎn)動(dòng)慣量”來(lái)描述的。理論上