运动生物力学 运动生物力学：是生物力学的一个重要分支，是研究体育运动中人体机械规律的科学。 运动生物力学的主要任务：提高运动能力，预防运动损伤 运动生物力学的研究方法分为测量方法和分析方法，其中测量方法可以分为运动学测量、动力学测量、人体测量、肌电图测量 运动学测量的参数：（角）位移、（角）速度、（角）加速度 动力学测量的参数：主要界定在力的测量方面。 人体测量是用来测量人体环节的长度、围度及,（质量、转动惯量等） 肌电图测量是用来测量肌肉收缩时的神经支配特性。 动作结构：运动时所组成的各动作间相互联系、相互作用的方法或顺序 动作结构的特征主要表现在运动学和动力学，运动学特征指完成动作时的时间、空间和时空方面表现出来的形式或外貌上的特征；动力学的特征指决定动作形式的各种力（力矩）相互作用的形式和特点，包括力、惯性和能量特征。 运动学特征：时间特征、空间特征和时空特征 时间特征反映的是人体运动动作和时间的关系：半蹲起立和深蹲起立 空间特征是指人体完成运动动作时人体各环节随时间变化所产生的空间位置 改变状况：下肢和躯干等空间移动轨迹 时空特征指人体完成运动动作时人体位置变化的快慢情况。 动力学特征包括，力的特征、能量特征和惯性特征 能量特征：人体运动时完成的功、能和功率方面的表现形式。 惯性特征：人体运动中人的整体、环节以及运动器械的质量、转动惯量对运动 动作所具有的影响。 动作系统：大量单一动作按一定规律组成为成套的动作技术，这些成套的动作技术叫做动作系统。 人体基本运动动作形式可主要归纳为推与拉动作、鞭打动作、缓冲和蹬伸动作及扭转、摆动和相向运动等动作形式 上肢基本运动动作形式——推（铅球）、拉（单双杠）、鞭打（标枪）★人体基本运动下肢基本运动动作形式——缓冲、蹬伸、鞭打 动作形式全身基本运动动作形式——摆动、躯干扭转、相向运动 人体的运动是由运动器系的机能特征所决定的，即以关节为支点，以骨为杠杆，在肌肉力的牵拉下绕支点转动，各肢体环节运动的不同组合使人完成千变万化的动作。 生物运动链根据其结构特点可以分为开放链和闭合链。见书P28-图2-15 生物运动链中的杠杆同机械杠杆一样也分为平衡杠杆、省力杠杆和速度杠杆 人体中的三类骨杠杆：见书P30-图2-16 ★人体惯性参数是指人体整体及环节质量、质心位置、转动惯量和转动半径 人体简化模型：质点模型、刚体和多刚体模型
一．运动生物力学的概念：运动生物力学的概念是研究体育运动中人体及器械机械运动规律的科学。 二．动能与势能的正确利用(高水平运动员动作的特征）：1.高水平运动员在完成投掷动作时有效地利用了助跑速度。2.高水平运动员超越器械动作时间短，身体背弓大器械被充分引向身体后方。3.高水平运动员较好的利用了身体的动能及肌肉的弹性势能。 三．人体运动的形式：如果将人体简化为质点，人体运动可分为：直线运动和曲线运动。如果将人体简化为刚体，人体运动可分为：平动，转动和复合运动。2.斜抛物体的运动：1.定义：运动轨迹为抛物线 2.斜抛运动的构成：水平方向：匀速直线运动竖直方向：竖直上抛运动 四．牛顿第一定律（惯性定律）：1.定义：任何物体，在不受力作用时，都保持静止或匀速直线运动状态。2.应用（保持跑速，动作连贯）牛顿第二定律及其应用1.定义F=ma 2：几点注意1.a是运动学量F是动力学量，他们都是矢量力是产生运动的原因，并且加速度方向与力的方向一致。 2.牛顿第二定律中的物体是被当做质点的 3.加速度与力同时出现同时消失，反应的是瞬时关系。应用：加速跑，超重，失重，弯道跑 五．牛顿第三定律及其应用：1.定义Fab=-Fba 2.应用：加速跑，起跳，投掷链球 六．动量与冲量 1.动量：K=mv 2.冲量：I=Ft 动量定理在体育中的应用1：落地缓冲动作：要减少对人体的冲力，就得延长力的作用时间。 七．人体平衡的力学条件人体平衡的力学条件是人体所受的合外力为零和合外力矩为零。表达式为：∑F=0，∑M=0 如：燕式平衡，单杠支臂悬垂 八．人体重心的概念：1.概念：人体全部环节所重力的合力的作用点，就叫人体重心 2.研究人体重心的意义：评定一个体育动作的质量，分析其技术特征和纠正错误动作等。都需要从人体重心的变化规律去分析，无论是动力性的动作还是静力性的姿势，探索其运动规律时，都离不开人体重心。 3.特点：人体中心不想物体那样恒定在一个点上，不仅在一段时间内，要受肌肉和脂肪的增长或消退等因素的影响，即使在每一瞬间，也要受呼吸，消化，血液循环等因素的影响，特别是在体育运动中，要受人体姿势变化的制约，随姿势的改变，有时甚至移出体外。例如：体操中的“桥”，背越式跳高的过杆动作等。 九．人体平衡的分类:1:根据支点相对中心位置分类：1：上支撑平衡：当人体处于平衡，切支撑点在人体重心上方，如：体操中的各类悬垂动作。2：下支撑平衡：当人体处于平衡，切支撑点在人体重心的下方，下支撑平衡在体育动作中最为常见如：站立，自由体操和平衡木的平衡动作以及田径，武术等。3：混合支撑平衡：是一种多支撑点的平衡状态，这时有的支撑点在人体重心上方，有的支撑点在人体重心下方。如：肋木侧身平衡根据平衡的稳定度分类：稳定平衡，不稳定平衡，随遇平衡，有限度的稳定平衡。 1:稳定平衡：人体在外力作用下，偏离平衡位置后，当外力撤除时，人体自然恢复平衡位置，而不需要通过肌肉收缩恢复平衡。如果物体偏离平衡位置的结果是物体重心升高，则该平衡是稳定平衡，多数上支撑平衡属于稳定平衡。如：单杠支臂悬垂 2：人体在外力的作用下，偏离平衡位置后，当外力撤除时，人体不仅不能回到原来的平衡位置，而是更加偏离平衡位置。如果物体偏离平衡位置的结果是物体的重心降低，则该平衡是稳定平衡，多数下支撑平衡属不稳定平衡。如：单臂手倒立 3：随遇平衡：人体在外力的作用下，偏离平衡位置后，当外力撤除时，人体既回不到原来的平衡位置，也不继续偏离原位置，而是在新位置上保持平衡。在体育中很少见。如：连续完成两个前滚翻。 4：有限度的稳定平衡：人体在外力作用下，一定限度内偏离平衡位置，当外力撤除时，人体回到平衡状态，但如果偏离平衡位置超过某一限度时，人体失去平衡。如：太极拳中的推手。
立定跳远的运动生物力学分析立定跳远成绩通常被作为评定学生身体素质好坏的一个重要指标，同时它也 经常作为运动员选材的一个重要依据。运动生物力学是一门理论与实践密切结合 的应用科学,?它直接为增强人民体质和提高运动技术水平服务。以运动力学原理来分析立定跳远各个阶段的动作技术,找出提高立定跳远技术的途径,寻求最佳立定跳远技术,以帮助提高立定跳远的成绩。换句话说,就是从这个角度来分析立定跳远应该怎么跳,为什么要这么做,如何提高立定跳成绩。立定跳远属于抛射点与落地点在同一水平面上的抛射运动,?根据远度公式得知,影响抛射远度的主要因素是腾起初速度,又根据动量定理,?要求练习者在预蹲后应立即摆臂,蹬地跳起,蹬地应快猛干脆利落。因此,在进行完整连贯地练习立定跳远时应注意以下一些动作技术方面的问题。 动作各阶段分析 1、预蹲预摆阶段。双腿预蹲与双臂预摆是同时进行且运动方向完全相反。当双腿下蹲时，双臂由前下方经体侧向后上方摆动，上体稍前倾。这个阶段应注意四个问题。 （1）下蹲的程度，是微蹲、半蹲或是全蹲应明确。立定跳远时下蹲程度要求是微蹲，这时，人体的肌肉初长度被拉长达到了最适宜的程度。若是半蹲或全蹲就不符合人体肌肉的工作特点，变成了有意识地放慢下蹲的速度而延长力的作用时间，这样会降低肌肉的收缩力量，不利于形成强大的肌肉收缩力即爆发力。 (2)预蹲摆后能不能停顿。立定跳远动作要求是不能停顿的，当预蹲预摆后应接着迅速完成蹲地动作的，其主要原因是：停顿是把连贯的动作变成静力性动作，而静力性动作较连贯性动作易使肌体产生疲劳。。 (3)摆臂的程度。预蹲时双臂后摆应做到自然，不能强扭使摆幅加大，蹬地时双臂前摆应尽力前上方摆起，以最大程度地提高身体重心。 (4)明确预蹲摆的次数是不是越多越有利于起跳。立定跳远要求只预蹲摆一至二次，并不需要进行多次的重复。多次的重复预蹲预摆不利于充分利用肌肉的弹性，同时由于肌肉松驰现象的存在，不利于肌肉产生最大收缩强力。 2蹬地结束后人体腾空到最高点阶段。预蹲结束应立即摆臂与蹬地跳起，蹬直双腿，上体尽量前送，人体在达到最高点时成一斜线，这时候整个人体也应该是遵循角动量守恒定律的。 3人体从最高点到安全落地阶段。人体蹬离地面后，由于上体尽量前倾，在最高点时，是成一条斜线根据角动量守恒定律，当人体在腾空后，在不改变外力矩作用时，身体某一环节若以一定大小的动力矩绕转轴向某一方向产生转动，必然导致身体其他环节以等量大小的动力矩绕转轴向相反方向发生转动。这时，若不急剧挥臂，向前屈体并做收腹举腿，必然导致人体按原来斜线状态落地。为保证安全落地，必定要使下肢向反方向发生转动，并且小腿前伸着地，保证了上肢上体与下肢转动的动量矩矢量和为零，才能顺利地落地。 为了提高立定跳远的成绩，在进行动作练习时还应注意以下一些训练方法的问题： 1从抛射原理的射程公式中我们可得知：初速度与远度是成正比的，初速度是影响远度的主要因素。因此，在训练中必须着重提高初速度以提高远度。由于
一、名词解释 1、力学：是研究物体机械运动规律的学科。 2、生物力学：是生物物理学的一个分支，是力学与生物学的交叉、渗透、融合而形成的一门学科。 3、运动生物力学：是研究人体运动力学规律的学科，它是体育科学学科体系的重要组成部分。 4、转动惯量：是衡量物体（人体）转动惯性大小的物理量。用ω表示。 5、角速度：是指人体在单位时间内转过的角度。用α表示。 6、加速度：指单位时间内人体运动速度的变化量，是描述人体运动速度变化快慢的物理量。 7、角加速度：表示人体转动时角速度变化的快慢，指转动中角速度的时间变化率。 8、三维坐标系：又称空间坐标，判断人体运动要从三个方向上看，由原点引出三条互相垂直的坐标轴，分别用Ox、Oy、Oz表示。 9、力：是物体间的相互作用。 10、力矩：使物体（人体）转动状态发生改变的原因，用M表示。 11、动量：用以描述物体在一定运动状态下具有的“运动量”。 12、动量矩：是转动惯量J和角速度ω的乘积。用L表示。 13、冲量：物体（人体）运动状态的改变时力作用的结果，力在时间上的积累可用冲量I表示 14、冲量矩：在研究转动问题时，把力矩在时间上的积累称为冲量矩，是力矩和时间的乘积。 15、均匀强度分布：在特定的加载条件下，材料的每一部分受到的最大应力相同。 16、适宜应力原则：骨骼对体育运动的生物力学适应性本质上是骨骼系统对机械力信号的应变。有利于运动负荷及强度导致的骨应变会诱导骨量增加和骨的结构改善；应变过大则造成骨组织微损伤和出现疲劳性骨折，应变过小或出现废用则导致骨质流失过快。 17、骨折：骨的完整性或连续性中断者称为骨折。是运动损伤中最常见的损伤之一 18、关节软骨：是一种多孔的粘弹性材料，其组织间隙中充满着关节液。 19、渗透性：在恒定的外力下，软骨变形，关节液和水分子溶液从软骨的小孔流出，由形变引起的压力梯度就是引起关节液渗出的驱动力。 20、界面润滑：是依靠吸附于关节面表面的关节液分子形成的界面层作为润滑。 21、压渗润滑：液体又接触面从运动方向的前缘挤出，在接触面的后缘由渗透压把压渗出的滑液再吸收回软骨内，这种机制能够有效地保存关节液及其位置，对抗外力。 22、收缩元：代表可以相对滑动的肌浆球蛋白和肌动蛋白纤维丝，其张力与它们之间的横桥数目有关。 23、串联弹性元：表示肌浆球蛋白纤维、肌动蛋白纤维、横桥、Z线以及结缔组织的固有弹性。 24、并联弹性元：表示静息状态下肌肉的力学性质。 25、肌力变化梯度：在很多体育运动中往往要求运动员在极短时间内发挥出最大力，一般称爆发力。 26、力的时间梯度：达到1/2最大力所需要的时间称为力的时间梯度。 27、力的速度梯度：力的最大值与所需时间的比值这个指标称为力的速度梯度。 28、摆动动作：指人体肢体为增加全身活动的协调性及增加动作效果而绕某一轴进行的一定幅度的转动。 29、鞭打动作：人们把这种在克服阻力或自体位移过程中，肢体依次加速与制动，使末端环节产生极大速度的动作形式称为鞭打动作。 30、相向动作：人体在腾空状态下，由于肌群的收缩使身体两部分同时向相反方向转动称为相向动作。 31、冲击动作：在体育动作中，通过扣、踢等击打方式使人体四肢动量向运动器械实现转移的动作形式。 32、缓冲动作：肢体末端环节与外界发生相互作用，肢体由伸展到屈曲以延长力的作用时减小冲击力作用或控制外界物体的动作，在运动技术中叫缓冲动作。 33、蹬伸动作：人体在有支撑的状态下，下肢各环节积极伸展，配合以正确的摆臂技术，给支撑面施加压力，已获得较大支撑反作用力的动作过程。
实验报告 范本 系别 班级 姓名 南京体育学院2007—2008学年度第2学期
实验一览表 实验一摄影坐标测定 实验二重心坐标测定 实验三坐标、重心测定应用实验四测力台外力测定 实验五外力测定应用 实验六肌肉被动力—长度 性质验证 实验七肌肉主动力—长度 性质验证 八模拟小论文撰写
实验一摄影坐标测定 实验目的1．了解运动技术解析摄影方法。 2．掌握坐标解析测定的基本原理，掌握坐标解析的逻辑过程和中间数据的意义。 3．影片解析实际操作。 实验原理1.比例尺法 K为比例放大系数，是实际长度和图像长度之间的比例，X ，Y 为原点坐标的平移距离 2.DLT法 L 1 —L 8 为坐标平移、旋转、放大的系数 主要 仪器和设备1.计算机 2.自学?教学?科研一体的二维影片解析软件
实验步骤控制点: 8 摄影频率: 25帧/S 幅数: 10 人体(21)器械(3)点数: 24 身高: 164CM 体重: 60KG 用数据线将电脑与摄像机连接后，利用相关软件，采集踏板前后的10幅照片和1幅框架照片，将所采集的照片存入U盘，然后将U盘接入另一台电脑进行如下操作 ①将所提取的小幅照片存入D盘Jacky文件夹中，并存入与学号相符的子文件内， 并将其重命名。 ②打开二维影片解析软件，输入自己的学号，提取相关图片。 ③在10幅运动图片中的人体上描21个点，踏板上描3个点，数据保存在 DLT3.DAT(其中21个点依次为右手掌中心，右腕关节中心，右肘关节中心，右肩关节中心，左肩关节中心，左肘关节中心，左腕关节中心，左手掌中心，右脚中心，右脚踝关节中心，右膝关节中心，右髋关节中心，左髋关节中心，左膝关节中心，左踝关节中心，左脚中心，会阴、肚脐、剑突、第7颈椎下缘、耳屏下缘处) ④在框架上标8个点，保存数据为DLT2.DAT。 ⑤利用DOS系统，读取相关数据，在电脑上即显示出人的运动模型和现实中人的 运动坐标，该坐标存放在F2D.DAT中。 ⑥打开“File”中的“数据处理”,输edit空格F2D.DA T即可得到数据，根据数据 画图。 原始数据记录DLT1.DAT （0.1005,0.0455）（0.0945，0.5784）（0.0945，1.1033）（0.0869，1.6366）（1.15146,0.0450） (1.1546,0.5766)(1.1546,1.1036)(1.1528,1.6315) DLT2.DAT,(282.0,487.0)(284.0,388.0)(285.0,287.0)(282.0,190.0)(466.0,487.0)(466.0,386.0)(466.0,289 .0)(465.0,189.0) L1—L8.DAT -171.5615 -3.8865 -374.4215 0.9312 184.2814 -337.2925 -0.0016 0.0089 DLT3.DAT 踏板： (500.0,371.0)(492.0,364.0)(478.0,328.0)(481.0,291.0)(440.0,292.0)(422.0,325.0)(429.0,351.0)(433.0,354. 0)(376.0,393.0)(388.0,399.0)(434.0,443.0)(445.0,390.0)(470.0,385.0)(492.0,423.0)(486.0491.0)(492.0,49 8.0)(462.0,396.0)(460.0,369.0)(461.0,329.0)(469.0,272.0)(472.0,254.0)(524.0,513.0)(522.0,509.0)(518.0, 503.0)离板： (577.0,270.0)(565.0,276.0)(542.0,282.0)(562.0,263.0)(574.0,262.0)(592.0,309.0)(617.0,279.0)(622.0,283. 0)(565.0,444.0)(569.0,436.0)(614.0,395.0)(580.0,363.0)(544.0,362.0)(536.0,424.0)(495.0,470.0)(494.0,4 89.0)(562.0,359.0)(571.0,334.0)(577.0,288.0)(571.0,249.0)(578.0,233.0)(522.0,513.0)(518.0,508.0)(514. 0,503.0) JC2DC.DAT 踏板： (1.35,0.66)(1.31,0.70)(1.23,0.89)(1.24,1.09)(1.00,1.08)(0.90,0.91)(0.94,0.77)(0.96,0.75)(0.63,0.54)(0.70, 0.51)(0.97,0.28)(1.03,0.56)(1.18,0.58)(1.30,0.38)(1.27,0.02)(1.30,-0.01)(1.13,0.53)(1.12,0.67)(1.13,0.88)( 1.17,1.19)(1.19,1.29)(1.49,-0.09)(1.48,-0.07)(1.45,-0.04) 离板： (1.80,1,19)(1.73,1.16)(1.60,1.13)(1.71,1.23)(1.78,1.24)(1.89,0.98)(2.03,1,14)(2.06,1.12)(1.73,0.27)(1.75, 0.31)(2.01,0.52)(1.81,0.70)(1.66,0.70)(1.56,0.37)(1.32,0.13)(1.32,0.03)(1.71,0.72)(1.76,0.85)(1.80,1.10)( 1.77,1.31)(1.81,1.39)(1.48,-0.09)(1.45,-0.07)(1.43,-0.04)
思考题与习题一解答 1-1 决定刚体的转动惯量的因素有哪些？ 答：刚体的转动惯量与下列因素有关：①质量的大小；②质量的分布情况，即刚体的形状、大小和各部分的密度；③转轴的位置． 1-2 花样滑冰运动员在运动中如何改变自身的旋转速度？ 答：花样滑冰运动员，当绕通过重心的铅直轴高速旋转时，冰的摩擦力矩很小可忽略不计，由于外力（重力，支撑力）对轴的矩为零，所以人对转轴的角动量守恒，通过改变自身的转动惯量，来改变角速度．例如，当他在旋转过程中突然把手臂收起来的时候，他的旋转速度就会加快． 1-3 试应用角动量和转动惯量的概念来解释荡秋千的原理． 答：当系统不受外力作用时,总角动量保持不变．当然荡秋千时还受到地心吸引力，但可忽略这一作用力．物体的角动量是物体的转动速度乘以它的转动惯量．物体质量中心越靠近旋转轴, 转动惯量就越小，由于角动量为常数，所以物体的转动速度就会增加．反之，物体的转动速度就会减少． 1-4 形变是怎样定义的?它有哪些形式? 答：物体在外力作用下发生的形状和大小的改变称为形变．形变包括弹性形变和范(塑)性形变两种形式，弹性形变指在一定形变限度内，去掉外力后物体能够完全恢复原状的形变，而范(塑)性形变去掉外力后物体不再能完全恢复原状的形变． 1-5 杨氏模量的物理含义是什么? 答：在长度形变的情况下，在正比极限范围内，拉伸应力与拉伸应变之比或压应力与压应变之比，称为杨氏模量．杨氏模量反映物体发生长度形变的难易程度，杨氏模量越大，物体越不容易发生长度变形． 1-6 动物骨骼有些是空心的，从力学角度分析它有什么意义? 答：骨骼受到使其轴线发生弯曲的载荷作用时，将发生弯曲效应．所产生的应力大小与至中心轴的距离成正比，距轴越远，应力越大．中心层附近各层的应变和应力都比小，它们对抗弯所起的作用不大．同样，骨骼受到使其沿轴线产生扭曲的荷载作用时，产生的切应力的数值也与该点到中心轴的距离成正比．因此，空心的骨头既可以减轻骨骼的重量，又不会严重影响骨骼的抗弯曲强度和抗扭转性能．
国外对生物力学性能实验的研究毕业论文 目录 第一章绪论 (1) 1．1引言 (1) 1.2骨折固定接骨板的国外研究现状 (1) 1.2.1国外研究现状 (1) 1.2.2国研究现状 (2) 1.3骨生物力学有限元仿真的研究现状 (2) 1.3.1国外研究现状 (2) 1.3.2国研究现状 (3) 1.4骨生物力学性能实验的国外研究现状 (3) 1.4.1骨生物力学性能实验的国外研究现状 (3) 1.4.2骨生物力学性能实验的国研究现状 (4) 1.5论文的研究目的、容及章节安排 (4) 1.5.1研究目的 (4) 1.5.2研究容 (4) 1.5.3章节安排 (4) 1.6本章小结 (5) 第二章股骨及相关附属结构的简介 (6) 2.1股骨的解剖结构 (6) 2.2股骨的附属结构 (7) 2.2.1膝关节的解剖结构分析 (7) 2.2.2髋关节的解剖结构分析 (8) 2.3股骨干骨折类型 (8) 2.4骨折愈合机制 (9) 2.5本章小结 (9) 第三章股骨干骨折系统模型建立及有限元分析 (11) 3.1有限元分析的前提 (11) 3.2股骨三维模型的建立 (11) 3.2.1反求工程的概念 (11)
3.2.2股骨模型的建立 (13) 3.2.3钛合金接骨板、骨钉模型的建立及与股骨的装配 (17) 3.2.4在ANSYS软件建立股骨骨折系统模型 (17) 3.3固定接骨板系统的有限元分析 (18) 3.3.1定义单元类型和材料属性 (18) 3.3.2 划分网格 (19) 3.3.4加载方式 (21) 3.3.5计算求解 (21) 3.3.6 后处理 (21) 3.3.7有限元分析结果整理 (29) 3.3.8 结果分析 (30) 3.4 本章小结 (31) 第四章股骨愈合的力学实验 (32) 4.1电测法的简介 (32) 4.1.1电测法的基本概述 (32) 4.1.2电测法的特点 (32) 4.2电测法在骨生物力学的应用 (32) 4.3骨愈合力学实验 (33) 4.3.1实验设计 (33) 4.3.2实验数据统计 (34) 4.4对应有限元分析模型的建立 (35) 4.5本章小结 (36) 第五章股骨有限元分析结果与实验结果的对照 (37) 5.1实验数据整理 (37) 5.2实验数据与有限元分析数据的比较 (38) 5.3本章小结 (40) 第六章结论与展望 (41) 6.1 结论 (41) 6.2展望 (41) 参考文献 (42) 致谢 (43)
·运动医学· 从运动生物力学原理谈运动损伤 的发生原因及防治 戈定(同济医科大学式汉‘30030) 摘要:运动损伤的发生原因多种多样，但从根本_卜讲.上要是由于运动训练及技术动作违背r 运 动解剖学、生理学及生物力学的科学原理所致。本文欲探讨此力一面生物力学的原因及防治方法。 关键词:运动生物力学，运动损伤，原因，防治 On the Causes of Exercises Injury and Prevention，Treatment from the Perspective of Sports E3iomechanics (*e Dcn} (Tuug.lt Me
肌肉骨骼系统基础生物力学（第3版翻译版）【(美)Margareta Nordin 等著邝适存郭霞译 本书分3篇18章，深入讨论了肌肉骨骼系统的组织结构、关节力学及 临床应用，包括对肌肉骨骼的发育、组成结构、功能及功能评定、创伤 的力学机制、临床力学结构重建等相关的最新研究信息。同时也涉及肌 肉骨骼系统的分子和细胞生物学的研究进展 郭霞 博土早年毕业于北京医科大学，曾做过骨科临床医生，后在德国从事骨科临床及基础研究工作多年。现任职于香港理工大学康复医疗科学系，从事骨科康复研究及教学工作。她文通中英语，学贯骨科临床与基础，具备了编写这部词书的优越条件。本书编校人员本着治学严谨的原则，用六年时间参阅了中英文有关名词的权威性著作8部，相关的临床及科研期刊7种，专业网址4个编辑成此书。初稿完成后又广泛征求意见，反复推敲内容，最后定稿。序言 生物力学是了解人类肌肉骨骼系统的根基，用以协助医科和康复专业人士进行有效的评估，设计实证治疗方案，为肌肉骨骼疾病患者提供有效的治疗服务。 本书的英文原著深受学生、老师、研究员和临床医师的欢迎，是学习生物力学的热门教科书。课本内容按组织类型、结构和关节三大篇章依序编辑，大大方便了读者掌握不同课题的概念和原理；课本也收进了几篇有关生物力学应用的文章，以解决常见的临床问题。这样的内容编排迎合了医科和康复科学生及临床医师们的学习需求。本书内容丰富，附有详细图解，适合专业学习及深造研究之用，并且透过实例解析，加深读者对生物力学的概念。 这本教科书的中文译本由香港理工大学康复治疗科学系的副教授邝适存博士和郭霞博士领导编译。邝博士专攻生物工程，郭博士则专长研究骨骼成长与修复。出版中文译本的原意与本系的学术理念非常相符，同样着重可转化和以实证为本的临床研究。作为亚洲区内康复治疗科学领域的学术先锋，中文译本的出版，让以中文为母语的学生和临床医师们，能够学习和应用生物力不于医科和康复治疗领域，获益良多。
不同跑速时步长与步频关系实验 实验目的 通过实验，使同学们加深理解速度概念的物理意义，掌握测定平均速率的方法。了解自己在不同跑速情况下的步长和频率的变化规律。 实验原理 跑 速=步长*步频 步频=步数/时间 实验仪器与材料 1、计时秒表 2、20m长卷尺 实验方法与步骤 1、绘制不同跑速时步长与步频关系图。 （1）每个学生以慢速、中速、快速和最高速度分四次跑完20m，在20m 跑的始端前有15m预跑，以便进入20m跑道后能以匀速跑完全程。记录20m跑的时间和步数。每组由4人组成，1人计时，1人数步数，第四人为实验对象。实验轮流4次，直至每个人都做完为止。 把上述实验结果填入下表相应的栏目内。 不同跑速时步长与步频登记表
项目时间/s 步数/次速度/m*s-1 步长/m 步频/s-1 备注慢速 中速 快速 最高速度 （2）计算。根据所学的运动学公式，分别计算每次跑的速度、步长、步频，将结果填入上表相应的栏目内； （3）绘制步长和步频关系图。根据登记表采集的数据和计算结果，绘制不同跑速情况下的步长和步频关系图； 2、20m快跑。由站立式起跑开始，测20m跑的最高速度，记录下时间、步数、计算出速度、步长和步频。 实验结果讨论 1、当你的速度增加时，你的步长和步频是如何变化的？ 2、比较1、2两个实验中，最高速度的差别是什么？ 3、据文献所知，世界优秀短跑运动员，在最高速度时，步长约等 于1.14倍的身高，计算出你的最高速度时步长与身高之比，试 与1.14这个值比较。 4、你认为短跑运动员在速度增加时，步长与步频应该如何变化为 宜。
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医用物理习题答案-第1章--生物力学详细答案
习题一解答 1-1 决定刚体的转动惯量的因素有哪些？ 答：刚体的转动惯量与下列因素有关：①质量的大小；②质量的分布情况，即刚体的形状、大小和各部分的密度；③转轴的位置． 1-2花样滑冰运动员在运动中如何改变自身的旋转速度？ 答：花样滑冰运动员，当绕通过重心的铅直轴高速旋转时，由于外力（重力，支撑力）对轴的矩为零，角动量守恒，通过改变自身的转动惯量，来改变角速度．例如，当他在旋转过程中突然把手臂收起来的时候，他的旋转速度就会加快． 1-3试应用角动量和转动惯量的概念来解释荡秋千的原理． 答：当系统不受外力作用时,总角动量保持不变．当然荡秋千时还受到地心吸引力，但可忽略这一作用力．物体的角动量是物体的转动速度乘以它的转动惯量．物体质量中心越靠近旋转轴, 转动惯量就越小，由于角动量为常数，所以物体的转动速度就会增加．反之，物体的转动速度就会减少． 1-4形变是怎样定义的?它有哪些形式?
答：物体在外力作用下发生的形状和大小的改变称为形变．形变包括弹性形变和范(塑)性形变两种形式，弹性形变指在一定形变限度内，去掉外力后物体能够完全恢复原状的形变，而范(塑)性形变去掉外力后物体不再能完全恢复原状的形变． 1-5杨氏模量的物理含义是什么? 答：在长度形变的情况下，在正比极限范围内，拉伸应力与拉伸应变之比或压应力与压应变之比，称为杨氏模量．杨氏模量反映物体发生长度形变的难易程度，杨氏模量越大，物体越不容易发生长度变形． 1-6动物骨骼有些是空心的，从力学角度分析它有什么意义? 答：骨骼受到使其轴线发生弯曲的载荷作用时，将发生弯曲效应．所产生的应力大小与至中心轴的距离成正比，距轴越远，应力越大．中心层附近各层的应变和应力都比小，它们对抗弯所起的作用不大．同样，骨骼受到使其沿轴线产生扭曲的荷载作用时，产生的切应力的数值也与该点到中心轴的距离成正比．因此，空心的骨头既可以减轻骨骼的重量，又不会严重影响骨骼的抗弯曲强度和抗扭转性能．
知识点: 1、惯性参照系就是指相对地球静止或匀速直线运动的物体被选为参照物。 2、非惯性参照系就是指相对地球做变速运动的物体被选为参照物。 3、研究人体运动中常用的两种简化模型就是质点与刚体。 4、把人体简化为刚体时,人体运动分为平动、转动、复合运动。平动可分为直线平动与曲线平动。 5、物体加速度的方向与外力矢量与的方向相同。百米短跑过程中,起跑时加速度最大,速度最小;途中跑时速度最大,加速度最小,近似为零。 6、动点相对于静参考系的运动称为_绝对运动__;动点相对于动参考系的运动称为___相对运动__;动参考系相对于静参考系的运动称为__牵连运动__。 7、海拔越高,重力加速度g的越小;纬度越大,重力加速度越大,越靠近赤道,重力加速度越小。 8、运动员受不等于零的恒力作用时,该运动员不可能处于匀速直线运动状态。 9、链球从开始旋转一直到出手的这个阶段___既有向心加速度,又有切向加速度__。 10、力的作用可以使物体产生加速度与产生形变,这就就是力的作用效应。前者称为____外效应___后者称为__内效应___。力的合成与分解遵循__平行四边形_____法则。 人体内力只能改变身体的形状,不能引起人体整体的运动,人体外力可以引起人体整体的运动。 11、弯道跑时人体向内倾斜的目的就是为了产生足够的向心力,而不就是为了克服离心力。 12、跳高运动员飞跃横杆过程中,人体只受重力,重心的加速度为始终向下。 13、刚体平衡的力学条件就是合外力为零与合外力矩为零。 14、从轴的正面瞧去,力使物体按_逆__时针方向转动时,力矩规定为_正__;力使物体按_顺__时针方向转动时,力矩规定为_负__。 15、当物体处于不稳定平衡时,如果受到外力偏离其平衡位置时,重心将会降低。 16、当物体处于稳定平衡时,如果受到外力偏离其平衡位置时,重心将会升高。 17、按照支撑点与重心的位置关系,人体平衡可以分为上支撑平衡、下支撑平衡与混合支撑平衡。各举例一项。 18、按照平衡的稳定程度,人体平衡可分为稳定平衡、不稳定平衡、有限度的稳定平衡、随遇平衡。各举例一项。 19、稳定系数就定义为倾倒力开始作用时稳定力矩与倾倒力矩的比值。稳定系数大于1,物体保持稳定;稳定系数小于1,物体失去稳定。 20、描述物体惯性的物理量有两个,一个就是质量 ,它就是度量物体平动的惯性;另一个就是转动惯量 ,它度量物体转动的惯性。 22、力矩就是度量力对物体作用时产生转动效果的物理量。 23、力的方向与位移方向相同时,力作正功;力的方向与位移方向相反时,力作负功。 机械能有两种,动能与势能。 动能分为平动动能与转动动能。 势能有两种形式,分别就是重力势能、弹性势能。 24、改变滑动摩擦力的大小可以通过改变滑动摩擦系数与正压力来实现。 25、改变最大静摩擦力的大小可以通过改变静摩擦系数与正压力来实现。 26、摩擦系数的大小与接触面的粗糙程度、材料的属性与接触面积的大小有关。 27、转动轴可分为实体轴与非实体轴。非实体轴可分为关节轴与基本轴。人体三根基本轴为矢状轴、额状轴与垂直轴。 28、人体绕单杠转动属于有支点有实体轴的转动,人体在投掷链球或花样滑冰时在冰面上的旋转属于有支点无实体轴的转动,人体跳水或体操中的空中转体动作属于无支点无实体轴的转动。 29、乒乓球比赛中运动员以相同的速度与角度击打出上旋球与不旋转的球,上旋球的落点将会更近,速度将会更快。 30、当人体在空中转动时,转动惯量的大小与质量的大小、质量的分布、轴的位置有关;与重心位置无
散打动作技术的运动生物力学分析 散打是一项用身体特定部位作为进攻或防守武器的搏击性运动。纵观其动作技术特点，散打中任一技术动作都是在肩、躯干、腰、髋、膝、裸各关节的充分配合下完成的，要求将各关节的分力聚集一点作用于目标。散打动作技术主要有拳法、腿法、摔法。拳法主要包括直拳、摆拳、勾拳、劈拳、扣拳、鞭拳、弹拳七种，是以直、摆、勾、为主体；腿法主要有前蹬腿、侧踹退、横鞭腿、后摆腿、下劈腿、扫腿六种，是以前蹬腿、鞭腿、侧踹腿为主体；散打中的摔法主要有夹摔、抱缠摔、接腿摔、等三种[1I。拳法的特点在于进攻路线短、冲力大、速度快、发力狠、动作突然、防不慎防、躲避困难、而且易于应用身体的力量。腿法的特点进攻路线长、打击力大、是远距离进攻最有效的武器。摔法的特点是速度快、发力突然，是贴身搏击的锐利武器。 1 对散打动作技术肌群工作特征分析 肌肉是人体运动的发动机，是产生力的器官。散打动作技术的肌群力学特征主要通过参与工作的肌肉作用类型、肌肉功率、肌肉功、肌肉的发力顺序四方面表现出来。 1．1 参与工作的肌群及其特点 散打中的每一动作技术都是全身性的运动，都要求身体各部位的肌群协调、充分的配合使机体能量经济化和动作效果最优化。从体育解刨学的角度上讲，其动作设计与人体的上肢、躯干、和下肢等关节的肌肉的工作特征紧密相连。下面以散打中最常用的右手掼拳为例、对参与掼拳动作关节的运动及肌肉工作的特点进行分析：右手掼拳的动作要求右腿轻微下潜继而快速蹬地并向内扣，髋关节伸展内旋，躯干向左回旋，同时肩胛骨前伸，肩关节前屈，肘关节伸的同时伴随前臂内旋，右拳向外、向前、向里横掼，力达拳面。做掼拳动作时，右腿轻微下潜右后快速蹬地并向内扣动作是由髁关和膝关节完成，参与的肌群为小腿三头肌、胫骨后肌、股四头肌等，是肌肉在近固定时做超等长收缩完成的。髋关节伸展内旋动作主要是臀大肌、大收肌、股二头肌、半肌腱和半膜肌、臀中肌和臀小肌前部及阔筋膜张肌等肌群在近固定时做向心工作完成的。躯干左回旋动作是由左侧腹内斜肌和右侧腹外斜肌在下固定时做向心工作完成。在手臂摆动过程中，上肢带的肩胛骨做前伸运动，主要是由前锯肌和胸小肌在近固定时做离心工作完成的；肩关节前屈主要是由胸大肌、三角肌前部肌纤维做等长工作完成；肘关节伸的同时伴随前臂内旋动作，肘关节伸主要是由肱三头肌和肘肌在近固定时做向心工作完成的；前臂内旋是旋前原肌、旋前方肌在近固定时做向心工作完成。 由以上分析得知，各关节肌肉的收缩形式有离心收缩、超等长收缩、等长收缩等收缩形式。在各种收缩形式中，产生肌力的大小顺序为：超等长收缩>离心收缩>等长收缩>向心收缩日。显而易见。超等长收缩产生的肌力最大。之所以这种收缩能产生更大的力量是由于肌肉弹性体产生的张力变化和肌牵张反射。 从运动生物力学的角度说，人体肌肉包括肌腱是一种黏弹性物质，其在收到迅速牵拉伸长时，能够产生强大的弹性回缩力，黏性物质如果缓慢被拉伸，或者拉伸后在停顿一段时间就会出现松弛现象，其弹性回缩力就会大大降低。所以在散打动作中，尽可能的使肌肉做超等长收缩，使其产生更大的肌力。如在直拳、掼拳、勾拳时，在启动阶段使蹬地腿有意识的小幅度下潜或身体小幅度的转动使肌肉先做离心收缩，继而快速蹬地、转髋、送肩使肌肉做向心收缩，从而增大肌力。在做鞭腿动作时同样使进攻腿下潜，继而快速蹬地，肌肉做超等长收缩，使进攻腿产生了更大的肌力，通过发作用力于地面，从而增加了进攻腿的启动速度。但应注意腿的下潜动作及蹬地发力到动作完成整个过程是快速、连贯一致的，否则会出现肌
运动生物力学教学实验 Experiment of Sports Biomechanics 第一节实验须知（Notice of Experiment） 一、实验课目的（Purpose） 运动生物力学教学实验的目的在于通过实验使学生掌握运动生物力学教学实验的基本操作技术，以及反映人体运动技术动作运动生物力学特征测试与评定。初步掌握获得运动生物力学知识的科学方法，验证运动生物力学的基本理论。培养学生辩证唯物主义的观点，求实的科学态度和正确的思维方法，以及对事物具有客观地观察、比较、分析和综合的能力，从而为科学地组织体育教学、指导体育锻炼与训练，以及进行体育科学研究奠定基础。 二、实验课要求（Requirement） 1、实验前认真阅读实验指导，了解实验目的、要求、原理、步骤和操作 程序。 2、严格遵守实验室有关规定。 3、按实验步骤操作。 4、仪器使用要严格按操作规程进行，如有仪器故障或损坏，及时报告实 验教师，不得自行修理和拆卸。 5、爱护实验仪器设备，注意安全。 6、分工合作，各项工作轮流担任，认真做好实验记录。 7、实验后整理仪器设备，打扫卫生，关闭电源。 8、认真整理实验记录，做出实验结论，写出实验报告。 三、实验报告的内容和要求（Content and requirement of Report） 1、实验报告（Report of experiment ） ◇实验名称、姓名、年级、班级和实验日期 ◇实验目的 ◇实验原理 ◇实验仪器设备 ◇实验方法与步骤 ◇实验结果 ◇讨论和结论 根据已知的理论讨论分析实验结果，并指出实验结果的省区力学意义。 实验结论是从实验结果中归纳出的一般的概括性的判断，即是某一实验所能验证的基本概念、原理或理论的简明总结。 四、说明（Introduction） 由于我院的实验条件尚不健全，部分实验暂时不能开设，有的实验采用其他更加简单的方法所取代。但是我们正在积极努力改善实验条件，争取在短时间内建立健全运动生物力学实验室和相应的实验设备和仪器，以保证运动生物力学的教学与科研的正常进行，提高教学与科研的质量，完成教学任务。
第二章生物力学概论 1.生物力学:生物力学是应用力学原理和方法对生物体中的力学问题进行定量研究的生物物理学 分支，是研究力与生物体运动、生理、病理、之间关系。 2.生物力学的意义：1.用力学方法和原理解决生物医学问题 2.生物力学的研究，加深了对血液流变特性与疾病等关系的理解。应用生物力学的研究成果，指导人工器官的设计。 3.生物力学的研究范围：生物力学的研究范围从生物整体到系统、器官、从鸟飞到植物体液的运 输等。目前热点正逐渐向细胞、分子层次发展。 4.生物力学的基础是能量守恒、动量定律、质量守恒三定律，并加上描写物性的本构方程。 5.生物力学的重点是研究与生理学、医学有关的力学问题 6.研究步骤：1.建立合理的物理模型 2.确定本构方程 3.导出描述所研究对象的微分方程或积分方程 4.根据器官的工作环境，得到有意义的边界条件，运用解析方法或数值计算求解问 题 5.修正乃至重新建立方程进行求解 6探索理论与实验结果在实际中的运用。 7.生物力学的研究特点：生物力学研究的对象是生物体 作为实验对象的生物材料，有在体和离体（在体分为麻醉状态和非麻醉状态） 8.生物力学和生物医学工程学的关系：生物力学是生物医学工程学的理论基础，也是应用技术的 基础。 9.生物力学的趋势：生物力学的趋势朝着系统和微观两方面发展。 10.生物力学的研究内容：目前的研究领域包括骨组织的结构与受力分析、血液在血管及毛细血管 网络中的流动规律、心脏的瓣膜运动、生物材料的制备、细胞乃至分子层次的生物力学问题等。 生物材料力学 生物流体力学 生物固体力学 运动生物力学 生物热力学 11.生物力学与其他力学最重要的差别是：去研究的对象是生物体。 12.骨膜：紧贴在除关节面以外的骨表面的一侧致密纤维结缔组织膜，很坚韧，分内外两层，含有 丰富的血管和神经。 13.骨的力学性质：具有很高的抗拉、压性能 有一定的硬度 从骨的结构而言，经过生物优化过程，具有最优材料的力学性能，既优化为最大的强度，最省的材料，最轻的重量。 14.骨的可塑性：在生长发育过程中，由于各种条件的影响使得骨的形态有所改变。 15.骨的粘弹性：在外力的作用下，骨产生的形变与时间相关。 16.骨的生物力学特性：骨的材料力学特性：是指骨组织本身的力学性能，与骨的几何形状无关