第一章运动生物力学概论

运动训练生物力学学习笔记学校：:广州体育学院研究生部专业：:运动训练学号：:105852011400049姓名：:张江龙第一章生物力学概论一．生物力学的定义生物力学是研究生物系统机械运动特点及规律的科学。

它既包括从宏观的角度对生物体整体和器官，组织的运动以及机械特征的研究，又包括从宏观和微观的角度对不同层次的生物组织结构内部的运动和变化进行研究。

生物力学是一门力学与生物学科相互结合相互渗透的边缘学科。

1.运动生物力学运动生物力学是研究体育运动中人体机械运动特点及规律的科学2.运动训练生物力学它利用力学原理和各种科学方法，对体育运动中人体的运动行为作定量的描述和分析，并结合运动解刨学和运动生理学的生物原理对运动进行综合评定，从力学和生物学的相关关系中得出人体运动的内在联系和基本规律，从而确定不同运动项目运动行为的不同特点运动生物力学密切关注并研究体育运动对人体的有关器官的结构及机能的反作用，最终以指导运动训练为宗旨3.运动生物力学研究的目的主要是探索不同运动项目的力学原理与规律，为科学训练提供必要的理论依据及方法，以提高竞技体育成绩和增强人类体质。

二．人体机械运动的特点1.人体运动2.人体的机械运动人体的机械运动是在意识的支配下所完成的带有明确目的和一定意义的一系列动作行为。

因此人体的机械运动可以说是人体高级运动形成的一种外在表现。

人体的机械运动是在外部作用力和内部肌肉张力的作用下产生的。

所以要想揭示人体机械运动的规律，不仅要研究力学的因素，而且还必须探讨其生物学方面的因素。

需要强调的是：对于分析一般的机械系统的运动，无须对引起该系统的运动发生变化的原动力来源加以仔细研究，提供符合要求的动力装置并非是力学研究者所要研究的对象。

然而，使人体运动发生变化的原动力-------肌肉张力确是生物力学研究者必须关注的一个问题。

肌肉力学是研究人体机械运动规律的基础。

物体系统作为整体相对于周围参照物体的位移运动机械运动的表现形式.系统本身发生的变化注意：人体在运动过程中既受自身生物学和生物力学因素的制约，又受到外部力学因素和运动规则的制约。

运动生物力学学概述————————————————————————————————作者：————————————————————————————————日期：第一章运动生物力学学科概述（李建设裘琴儿）内容提要：本章介绍了运动生物力学学科的演变历程；阐述了运动生物力学的学科特性；从当前运动生物力学亟待解决与发展的问题的角度对运动生物力学学科的未来进行展望。

教学目标：使学生了解运动生物力学学科的发展历程，明确运动生物力学的学科特性、了解运动生物力学学科任务，了解运动生物力学学科中目前亟待解决的问题以及未来走向，使学生全面了解运动生物力学的学科概貌。

关键词：演变;特性;任务;展望第一节运动生物力学学科演变运动生物力学学科的形成时间并不长，但是人类注意、观察、分析、研究运动的历史却非常悠久。

从整个学科的演变历程来看，大致可分为如下几个时期：一、运动生物力学学科的萌芽时期（二次大战前）运动生物力学作为正式的一门学科还是近代的事情。

人们在很早以前就想知道活的有机体的运动。

古希腊被称为“运动学之父”的亚里士多德(Aristotles公元前384—322)早已关注人和动物运动的材料,第一次分析了走的全过程,并开始认识了重心的作用和杠杆原理等。

文艺复兴前,代表人物克·加仑(C.Galenus公元前131-200)是一名医生,他通过实验证实了由脑发出冲动,肌肉紧张收缩产生关节运动,区别了原动肌和对抗肌,使用了动关节与不动关节的术语。

文艺复兴时期自然科学得到较快的发展,意大利科学家达·芬奇(L.D.Vinci 1452-1519)是有名的画家,数学家和力学家,又是一名医生,他极大地注意到解剖学和力学基础上的人体姿势分析,对人体步行的研究和近代身体运动学的研究相仿。

他叙述了站立,上坡和下坡,坐姿起立和跳跃是身体的力学原理,并说“有运动能力的活体都按力学规律起作用”,在当时这是一个大胆的见解。

进一步研究人和动物运动是意大利数学家和天文学家阿·鲍里利(A.Borelli 1608-1679),他是伟大的力学家伽利略的学生。

三、教学目的与要求向学生传授体育运动中人体（包括器械）运动的基本原理和基本知识。

其中重点掌握运动生物力学数据的采集方法和基本仪器的使用方法，以及从运动生物力学数据中解读运动技术信息的知识，培养学生科学思维和动手操作的技能。

（一）通过教学对学生进政治思想、品德教育，树立辩证唯物主义观念。

为今后从事体育教育与训练工作做好准备。

（二）掌握运动生物力学基本知识，正确分析简单动作技术的力学原理。

（三）掌握一定的运动生物力学研究方法，培养学生应用本学科基本理论和技能的能力。

（四）掌握运动生物方法力学研究方法中的一些基本测量手段及其方法的原理。

（五）本课程的教学目标是使学生初步掌握运动中人体、器械运动的一般规律及人体运动器官的力学特性，能应用生物力学的原理和方法分析教学和训练中的具体问题。

四、教学内容纲要第一章运动生物力学概论目的要求：了解本学科概况，明确学习本课程目的任务及要求。

教学内容：一、运动生物力学概念二、运动生物力学的内容与任务三、运动生物力学的应用四、运动生物力学的前景与发展第二章人体运动实用力学基础目的要求：掌握人体运动实用力学的基础知识，能对人体运动或运动器械的运动进行简单力学分析。

教学内容：第一节人体运动的运动学一、运动的相对性及参考系二、人体运动的形式三、人体运动的速度和加速度四、人体运动的合成与分解五、人体和器械的斜抛运动六、运动学量的特性第二节人体运动的动力学一、人体运动中的力二、牛顿力学基本定理及其在体育运动中的应用三、动量定理、动量守恒定律及其在体育运动中的应用四、人体运动中的功能关系第三节人体运动中的静力学一、人体平衡二、人体重心位置及测量三、人体重心第四节人体运动的转动力学一、体育运动中人体转动动作的类型二、转动运动学三、转动动力学四、支撑状态下的人体转动动作五、人体在无支撑状态下的转动动作六、转动动作在体育中的应用第五节人体运动中的流体力学一、流体力学的基本知识及其在体育运动中的体现二、流体对运动人体的影响三、流体对运动器械的影响第三章骨、肌肉力学特征及人体基本运动形式目的要求：初步掌握人体运动器官的力学特征及人体基本活动形式及人体基本运动原理。

运动生物力学知识点第一章概述知识点1: 生物力学——生物力学的定义；生物力学的分类。

知识点2: 运动生物力学——运动生物力学是研究体育运动中人体、器械机械运动规律的科学。

其主要内容有：运动生物力学的定义；运动生物力学任务；运动生物力学与生物力学的关系；运动生物力学的发展史知识点3: 运动生物力学主要测试手段——技术动作拍摄；运动图像解析；三维测力等。

第二章人体结构的力学特性知识点1: 骨的材料力学特性——骨的形态与结构；骨的伸展性和弹性；骨的成分特点知识点2: 骨的受力形式——骨的受力形式与力的大小对运动效果直接相关，对骨的形变与损伤也至关重要。

因此骨的压缩负荷、拉伸负荷、弯曲负荷、扭转负荷以及不同运动状态下骨的形变特点是本知识点的主要内容。

知识点3: 骨的结构与形态特点——骨的结构、形态特点与肌肉的配布以及运动中肌肉的发力直接相关，骨在外力作用下其应力、应变的概念、人体长骨的形态、骨中空的成因等本知识点的主要内容。

知识点4: 骨的功能适应性理论——是指骨对所担负工作的适应性。

本知识点中Wolff定律、Raach的见解以及机械应力与骨组织之间的生理平衡是其主要内容。

知识点5: 软骨的力学特性——软骨的渗透性、软骨的形变与速度关系以及椎间盘的蠕动性质。

知识点6: 关节结构的力学特性——身体不同部位的关节因其自身的结构不同而灵活性与稳固性存在差异。

而以灵活性为主的结构主要有：关节面软骨、滑液、滑膜皱襞、粘液囊、关节腔、关节内软骨等。

以稳固性为主的结构主要有：关节囊、韧带、关节腔内的负压等。

知识点7: 关节的运动幅度——是指在关节运动的方向上骨环节运动极限之范围。

因此影响关节运动幅度的因素是：第一，与相连两骨关节面的弧度差有关；第二，与关节周围软组织的特性有关；第三，与年龄、性别、运动项目和训练水平有关。

知识点8: 肌肉结构的力学模型——三元模型，该模型由收缩元、并联弹性元和串联弹性元三部分组成。

模型中收缩元产生的张力成为主动张力，并联弹性元产生的张力称为被动张力。

运动生物力学教案（1）授课内容第一章运动生物力学概念一、运动生物力学的概念1、生物力学是研究活体系统机械运动规律的科学。

生物力学分为两大类：（1）普通生物力学（或称理论生物力学）（2）局部生物力学（或称应用生物力学），例如：人类工程生物力学、劳动生物力学、整形生物力学等等。

2、运动生物力学是研究体育运动中人体机械运动规律的科学。

人体复杂的运动技术建立在生物学和力学的规律之上，运动生物力学用数学、力学等对运动动作加以定量描述。

运动生物力学从力学角度和生物学角度进行研究，以力学、解剖学、生理学和各专项技术理论为基础，研究人体的动作技术原理，以及最佳运动技术。

人体机械运动表现为两种形式：（1）人体自身发生的形变，即人体各环节之间相对的位移运动。

（2）相对于其周围环境而发生的位移运动。

牛顿定律适用条件：刚体运动，而生物体会发生明显的形变。

因此在人体运动中具体应用时要进行适当变通，研究活体时须注意各种力对生物体所做的功。

二、运动生物力学的任务和内容（一）运动生物力学的任务1、研究运动员身体结构和机能的生物力学特征2、研究各项动作技术，确立动作技术原理，建立动作技术模式来指导教学和训练3、结合运动员个人的身体形态，机能和运动素质等特点研究适合个人的最佳动作技术方案和进行运动技术诊断。

4、探索预防运动创伤和康复手段的力学依据5、设计和改进运动器械，运动器械应符合运动生物力学原理。

（二）运动生物力学的内容1、运动生物力学概论：概念、任务内容、发展史。

2、人体运动实用力学基础：运动生物力学以力学理论研究人体机械运动规律，因此人体运动的运动学、动力学、静力学、转动力学、流体力学等等是运动生物力学的基础知识。

3、骨、肌肉及人体基本活动的生物力学。

如：骨、骨械杆原理、肌肉结构的力学模型，肌肉收缩的力学特性和功能关系；人体各环节运动的基本形式和力学原理等。

4、人体运动数据采集和处理。

5、动作技术的生物力学分析，如：投掷、跳远、跑步、球类、游泳等动作的力学分析。

第一章运动生物力学学科概述（李建设裘琴儿）内容提要:本章介绍了运动生物力学学科的演变历程；阐述了运动生物力学的学科特性；从当前运动生物力学亟待解决与发展的问题的角度对运动生物力学学科的未来进行展望。

教学目标：使学生了解运动生物力学学科的发展历程,明确运动生物力学的学科特性、了解运动生物力学学科任务，了解运动生物力学学科中目前亟待解决的问题以及未来走向，使学生全面了解运动生物力学的学科概貌.关键词：演变;特性;任务;展望第一节运动生物力学学科演变运动生物力学学科的形成时间并不长，但是人类注意、观察、分析、研究运动的历史却非常悠久。

从整个学科的演变历程来看，大致可分为如下几个时期：一、运动生物力学学科的萌芽时期（二次大战前)运动生物力学作为正式的一门学科还是近代的事情。

人们在很早以前就想知道活的有机体的运动.古希腊被称为“运动学之父"的亚里士多德（Aristotles公元前384-322)早已关注人和动物运动的材料,第一次分析了走的全过程,并开始认识了重心的作用和杠杆原理等。

文艺复兴前,代表人物克·加仑(C.Galenus公元前131-200)是一名医生，他通过实验证实了由脑发出冲动，肌肉紧张收缩产生关节运动，区别了原动肌和对抗肌,使用了动关节与不动关节的术语。

文艺复兴时期自然科学得到较快的发展，意大利科学家达·芬奇（L.D。

Vinci 1452-1519)是有名的画家，数学家和力学家，又是一名医生，他极大地注意到解剖学和力学基础上的人体姿势分析，对人体步行的研究和近代身体运动学的研究相仿。

他叙述了站立,上坡和下坡,坐姿起立和跳跃是身体的力学原理,并说“有运动能力的活体都按力学规律起作用”，在当时这是一个大胆的见解.进一步研究人和动物运动是意大利数学家和天文学家阿·鲍里利（A.Borelli 1608-1679），他是伟大的力学家伽利略的学生。

他曾著《论动物的运动》一书，他曾探索各种肌肉发力的数值，利用杠杆原理测量人体重心的实验方案，指出了人体中心的位置,提出肌肉的作用符合数学、力学原理的论点,并将人体在空间的主动位移动作分为3种主要运动方式，即蹬离支点（走、跑、跳)、推离他体(划行，如游泳)、拉引（如攀登).后来，美国生物力学家斯坦特勒（A。

运动生物力学基本理论完整运动生物力学的基本理论概述运动生物力学biomechanics应用力学原理和方法研究生物体的外在机械运动的生物力学分支。

狭义的运动生物力学研究体育运动中人体的运动规律。

按照力学观点，人体或一般生物体的运动是神经系统、肌肉系统和骨骼系统协同工作的结果。

神经系统控制肌肉系统，产生对骨骼系统的作用力以完成各种机械动作。

运动生物力学的任务是研究人体或一般生物体在外界力和内部受控的肌力作用下的机械运动规律，它不讨论神经、肌肉和骨骼系统的内部机制，后者属于神经生理学、软组织力学和骨力学的研究范畴（生物固体力学）。

在运动生物力学中，神经系统的控制和反馈过程以简明的控制规律代替，肌肉活动简化为受控的力矩发生器，作为研究对象的人体模型可忽略肌肉变形对质量分布的影响，简化为由多个刚性环节组成的多刚体系统。

相邻环节之间以关节相连接，在受控的肌力作用下产生围绕关节的相对转动，并影响系统的整体运动。

对于人体运动的研究最早可追溯到15世纪达·芬奇在力学和解剖学基础上对人体运动器官的形态和机能的解释。

18世纪已出现对猫在空中转体现象的实验和理论研究。

运动生物力学作为一门学科是20世纪60年代在体育运动、计算技术和实验技术蓬勃发展的推动下形成的。

70年代中H.哈兹将人体的神经-肌肉-骨骼大系统作为研究对象，利用复杂的数学模型进行数值计算，以解释最基本的实验现象。

T.R.凯恩将描述人体运动的坐标区分为内变量和外变量，前者描述肢体的相对运动，为可控变量；后者描述人体的整体运动，由动力学方程确定。

这种简化的研究方法有可能将力学原理直接用于人体实际运动的仿真和理论分析。

由于生物体存在个体之间的差异性，实验研究在运动生物力学中占有特殊重要地位。

实验运动生物力学利用高速摄影和计算机解析、光电计时器、加速度计、关节角变化、肌电仪和测力台等工具量测人体运动过程中各环节的运动学参数以及外力和内力的变化规律。

在实践中，运动生物力学主要用于确定各专项体育运动的技术原理，作为运动员的技术诊断和改进训练方法的理论依据。

第一章运动生物力学概论一、运动生物力学的概念体育科学是一门新兴的边缘性科学，随着现代体育运动的迅速发展，体育科学本身也产生了一些新学科，运动生物力学就是其中之一。

生物力学是研究活体系统机械运动规律的科学。

生物力学研究的内容非常丰富，它涉及生物体与力学有关的所有问题。

在生物力学体系中，由于研究的领域和具体对象不同，生物力学又分为研究生物体力学结构及其运动机能一般规律的普通生物力学，或称理论生物力学；有研究人体某种活动机能的局部生物力学，或称应用生物力学，如人类工程生物力学、劳动生物力学、整形生物力学、康复生物力学、运动生物力学等。

运动生物力学是研究体育运动中人体机械运动规律的科学。

运动生物力学(sport Biomechanics)把体育运动中各项动作技术的研究课题，赋予生物学和力学的观点及方法，使复杂的体育动作技术奠基于最基本的生物学和力学的规律之上，并以数学、力学、生物学及运动技术原理的形式加以定量描述。

教练员、运动员可依据所测定的生物力学参数来建立运动技术教学和训练的模式，不断完善动作技术。

运动生物力学要具体回答人体完成各项运动动作时是怎么样运动和为什么会运动的原因，同时也要研究影响人体运动的外界条件(如体育场地质量及各种训练和比赛的器材设备等)与运动技术的关系。

根据人体的形态和机能的特点，结合对运动场地、器材的改进，研究最合理、最有效的运动技术，以求达到最好的运动成绩。

动作技术原理与最佳运动技术是两个不同的概念。

动作技术原理是指完成某项动作技术的基本规律，它适用于任何人，不考虑运动员的性别、体型、运动素质的发展水平和心理素质等的个体差异，是具有共性特点的一般规律。

而最佳动作技术是考虑了个人的身体形态、机能、心理素质和训练水平来应用一般技术原理，以达到最理想的运动成绩，即它既具有共性，也具有个性特征的运动技术。

因此，最佳动作技术是因人而异的，对某运动员能获得最佳成绩的技术，对另一名运动员来说就不一定是最好的技术，各个运动员具有不同的身体条件、训练水平和技术特点。