运动生物力学 · 免费试读
备考精编（系统复习版）（节选）
运动生物力学—整理笔记
第一章
- 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运动规律的科学。它是将体育运动中人体（或器械）复杂的运动形式及变化规律结合力学和生物学的原理进行研究的一门科学。
- 运动生物力学的任务：
- 改进运动技术。
- 改善训练手段。
- 改革运动器材。
- 预防运动损伤。
- 运动康复与健康促进。
- 运动生物力学的研究方法：分析法 测量法
- 测量方法有：运动学测量、动力学测量、人体测量及肌电图测量。
- 运动学测量参数---肢体的（角）位移、（角）速度、（角）加速度等。
- 运动学参数---主要界定在力的测量。
- 人体测量参数----人体环节的长度、围度及惯性参数如质量、转动惯量。
- 肌电图参数----测量肌肉收缩时的神经支配特性。
- 20 世纪生物力学的发展主要体现在 3 个方面：
- 生物力学发展成为大学的专业课程。
- 生物力学研究结果逐渐用于实践，如医学 工业 体育等方面。
- 生物力学研究人类和动物运动及运动对肌肉—骨骼系统的影响。
第二章
- 动作结构运动时所组成的各动作间相互联系、相互作用的方式或顺序称为动作结构。
- 人体动作结构特征
- 运动学特征---时间特征、空间特征、时空特征。
- 动力学特征---力的特征、能量特征、惯性特征。
- 动作系统-不同运动项目中的动作技术，都是由若干单一动作组成的。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称为动作系统。
- 动作系统的分类及特点
- 周期性动作系统 特点---反复性和连贯性、节律性、交互性、惯性作用。
- 非周期性动作系统 特点---独立性、复杂性和稳定性。
- 混合性动作系统。 特点---两种动作成分有相互制约性、两种动作的组合部分是动作系统的关键部分。 不固定动作系统 特点---复杂多变性、固定于不固定相结合。 ● 人体基本运动动作形式
- 上肢基本运动动作形式：推 拉 鞭打
- 下肢基本运动动作形式：缓冲 蹬伸 鞭打
- 全身基本运动动作形式：摆动 躯干扭转 相向运动 环节---相邻关节之间的部分称环节； ● 单生物运动链两个相邻骨环节及其之间的可动连接构成，包括相邻两个环节和连结这两个环节之间的关节 ● 多生物运动链：两个或两个以上生物运动链串联而成 ● 开放链：末端为自由环节的生物运动链，该自由环节又称末端环节。 ● 闭合链：无自由环节的生物运动链 ● 自由度:物体在空间运动，描述物体运动状态的独立变量的个数称其为物体运动的自由度。自由刚体有 6 个自由度。 ● 骨杠杆
- 平衡杠杆 2. 省力杠杆 3. 速度杠杆 环节质量-人体的环节质量是环节含有物质多少的重量； 环节质心即是环节的质量中心。 ● 人体质心：保持基本立姿的人体，质心位置约为第二至第三骶椎所在的平面上。 ● 人体重心测量方法：平衡板法 三角板法
- 质量：物体含有物质的多少。
- 转动惯量是量度转动物体惯性大小的物理量，用以描述物体保持原有转动状态的能力。
- 平行轴定理---物体对某转动轴的转动惯量，等于物体对于通过其质心且与该轴平行轴的转动惯量加上物体的质量与两平行轴间距离平方的乘积。此为转动惯量的平行轴定理。 人体惯性参数：人体整体及环节质量 质心位置 转动惯量以及转动半径。 人体简化模型 1 质点模型---质点是具有一定质量而几何形状和尺寸大小可以忽略不计的物体，是一个理想的物理模型，主要研究平动； 2 刚体与多刚体模型如果研究人体运动涉及到转动运动，则在运动中人体的形状与大小是变化的，人体各部分虽有形变但不影响整体运动，如仅仅研究人体整体运动，可以忽略其形变，这时把人体抽象为刚体，主要研究转动。刚体具有 6 个自由度，即 3 个平动自由度和 3 个转动自由度。
第三章 惯性参照系：通常将地球 相对于地球静止或做匀速直线运动的参照物称为~。 非惯性参照系：将对于地球做变速运动的参照物，或者是相对于惯性参照系做变速度运动的参照物，称为~
- 平动 体内任意两点的连线，在运动中始终保持平行，物体上的任何一点瞬时运动都具有相同的速度和加速度，这种运动称为平动
- 人体运动的时空特征 1 时间特征：时刻 时间 2 空间特征：位移轨迹和路程 角位移 3 时空特征：速度速率和加速度 角速度和角加速度
- 人体运动的描述方法：
- 表格法 2. 图示法 3. 公式法
1 共点 共线力系:两个力组成的最简单的力系。其平衡称为共点共线力系平衡。 体育运动中一般是二力平衡（条件：等值 反向 共线） 2 平面汇交力系：三力构成的力系中各力的作用线在同一平面内，并相交于一点。 条件：合力为零 合力矩为零 3 空间一般力系平衡 ● 影响人体稳定性的因素： 1.支撑面的大小 2 重心的高度 3.稳定角 4 稳定系数 体育运动中的主要外力： 1 重力 2 支撑反作用力 3 弹性力 4 摩擦力 5 流体作用力 6 向心力 动量：物体的质量和速度的乘积——物体运动量的量度 冲量：作用于物体的合外力与其作用时间的乘积 动量矩 是转动惯量和角速度的乘积 冲量矩：外力矩对物体转动的累积效应，即力矩和时间的乘积 机械能包括： 1 平动动能 2 转动能 3 势能 ● 伯努利定律 压强大的地方流速小，压强小的地方流速大，这结论对于气体也成立，称为伯努利定律。如果拿流线来说明，即流线疏的地方压强大，流线密的地方压强小。 ● 马格努斯效应
考场背诵速记版（节选）
-
运动康复与健康促进。
- 运动生物力学的研究方法：分析法 测量法
- 测量方法有：运动学测量、动力学测量、人体测量及肌电图测量。
- 运动学测量参数---肢体的（角）位移、（角）速度、（角）加速度等。
- 运动学参数---主要界定在力的测量。
- 人体测量参数----人体环节的长度、围度及惯性参数如质量、转动惯量。
- 肌电图参数----测量肌肉收缩时的神经支配特性。
- 20 世纪生物力学的发展主要体现在 3 个方面：
-
生物力学发展成为大学的专业课程。
-
生物力学研究结果逐渐用于实践，如医学 工业 体育等方面。
-
生物力学研究人类和动物运动及运动对肌肉—骨骼系统的影响。
第二章
- 动作结构运动时所组成的各动作间相互联系、相互作用的方式或顺序称为动作结构。
- 人体动作结构特征
-
运动学特征---时间特征、空间特征、时空特征。
-
动力学特征---力的特征、能量特征、惯性特征。
- 动作系统-不同运动项目中的动作技术，都是由若干单一动作组成的。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称为动作系统。
- 动作系统的分类及特点
-
周期性动作系统
特点---反复性和连贯性、节律性、交互性、惯性作用。 -
非周期性动作系统
特点---独立性、复杂性和稳定性。 -
混合性动作系统。
特点---两种动作成分有相互制约性、两种动作的组合部分是动作系统的关键部分。 不固定动作系统 特点---复杂多变性、固定于不固定相结合。 ● 人体基本运动动作形式 -
上肢基本运动动作形式：推 拉 鞭打
-
下肢基本运动动作形式：缓冲 蹬伸 鞭打
-
全身基本运动动作形式：摆动 躯干扭转 相向运动
环节---相邻关节之间的部分称环节； ● 单生物运动链两个相邻骨环节及其之间的可动连接构成，包括相邻两个环节和连结这两个环节之间的关节 ● 多生物运动链：两个或两个以上生物运动链串联而成 ● 开放链：末端为自由环节的生物运动链，该自由环节又称末端环节。 ● 闭合链：无自由环节的生物运动链 ● 自由度:物体在空间运动，描述物体运动状态的独立变量的个数称其为物体运动的自由度。自由刚体有 6 个自由度。 ● 骨杠杆 -
平衡杠杆 2. 省力杠杆 3. 速度杠杆
环节质量-人体的环节质量是环节含有物质多少的重量； 环节质心即是环节的质量中心。 ● 人体质心：保持基本立姿的人体，质心位置约为第二至第三骶椎所在的平面上。 ● 人体重心测量方法：平衡板法 三角板法
- 质量：物体含有物质的多少。
- 转动惯量是量度转动物体惯性大小的物理量，用以描述物体保持原有转动状态的能力。
- 平行轴定理---物体对某转动轴的转动惯量，等于物体对于通过其质心且与该轴平行轴的转动惯量加上物体的质量与两平行轴间距离平方的乘积。此为转动惯量的平行轴定理。 人体惯性参数：人体整体及环节质量 质心位置 转动惯量以及转动半径。 人体简化模型 1 质点模型---质点是具有一定质量而几何形状和尺寸大小可以忽略不计的物体，是一个理想的物理模型，主要研究平动； 2 刚体与多刚体模型如果研究人体运动涉及到转动运动，则在运动中人体的形状与大小是变化的，人体各部分虽有形变但不影响整体运动，如仅仅研究人体整体运动，可以忽略其形变，这时把人体抽象为刚体，主要研究转动。刚体具有 6 个自由度，即 3 个平动自由度和 3 个转动自由度。
第三章 惯性参照系：通常将地球 相对于地球静止或做匀速直线运动的参照物称为~。 非惯性参照系：将对于地球做变速运动的参照物，或者是相对于惯性参照系做变速度运动的参照物，称为~
- 平动 体内任意两点的连线，在运动中始终保持平行，物体上的任何一点瞬时运动都具
-
表格法 2. 图示法 3. 公式法
1 共点 共线力系:两个力组成的最简单的力系。其平衡称为共点共线力系平衡。 体育运动中一般是二力平衡（条件：等值 反向 共线） 2 平面汇交力系：三力构成的力系中各力的作用线在同一平面内，并相交于一点。 条件：合力为零 合力矩为零 3 空间一般力系平衡 ● 影响人体稳定性的因素： -
支撑面的大小 2 重心的高度 3.稳定角 4 稳定系数
体育运动中的主要外力： 1 重力 2 支撑反作用力 3 弹性力 4 摩擦力 5 流体作用力 6 向心力 动量：物体的质量和速度的乘积——物体运动量的量度 冲量：作用于物体的合外力与其作用时间的乘积 动量矩 是转动惯量和角速度的乘积 冲量矩：外力矩对物体转动的累积效应，即力矩和时间的乘积 机械能包括： 1 平动动能 2 转动能 3 势能 ● 伯努利定律 压强大的地方流速小，压强小的地方流速大，这结论对于气体也成立，称为伯努利定律。如果拿流线来说明，即流线疏的地方压强大，流线密的地方压强小。 ● 马格努斯效应 研究在流体中转动的物体，比如球在空气中以一定速度旋转，由于球体表面不光滑和流体的粘滞性作用使紧靠球表面的一层流体将随着球体转动，形成球体周围的环流附面层。当球向顺时针方向旋转同时向前运动时，在球体上方环流与片流具有相同方向，因而上方相对运动速度较大，在球体下方由于环流和片流方向相反，故下方相对运动速度较小，根据伯努利定律，流速大压强小，流速小压强大，因此，球体受到一个由下方指向上方的离，使球的飞行轨迹发生偏转，这种现象就是马格努斯效应. 旋转球的空气作用效应
题库训练版（节选）
1. 拓展练习
测试过程中所得的原始数据多数需要进行什么处理才能应用？
A. 数据加密 B. 数据平滑 C. 数据备份 D. 数据压缩
答案：B
2. 拓展练习
爆发力是指人体在短时间内快速将生物化学能转换为机械能的能力，具体表现为哪一种能力？
A. 对外输出恒定功率的能力 B. 对外输出强大功率的能力 C. 对外输出较弱功率的能力 D. 对外输出零功率的能力
答案：B
3. 拓展练习
随遇平衡的特点是什么？
A. 重心高度降低 B. 重心高度增加 C. 重心高度不变 D. 重心位置不变
答案：C
4. 拓展练习
击球时为了增加球的旋转速度应该怎么做？
A. 用拍子的近端击球 B. 用拍子的中间部位击球 C. 用拍子的远端击球 D. 用拍子的顶端击球
答案：C
5. 拓展练习
骨的塑型与重建过程中的基本力学参数有几个？
A. 4个 B. 5个 C. 2个 D. 3个
答案：D
6. 拓展练习
关节软骨在快速加载和卸载时的行为类似于什么？
A. 刚性材料 B. 塑性材料 C. 粘性材料 D. 弹性材料
答案：D
7. 拓展练习
肌肉的主要收缩形式有几种？
A. 4种 B. 2种 C. 5种 D. 3种
答案：D
8. 拓展练习
体操空翻加旋的动作原理是通过什么来改变转动惯量？
A. 调整身体姿态 B. 调整身体重量 C. 调整身体速度 D. 调整身体高度
答案：A
9. 拓展练习
功能速度在多少米每秒时为跳高的踏跳和腾空等技术动作创造了有利的力学条件？
A. 5—6 米/秒 B. 8—9 米/秒 C. 6—7 米/秒 D. 7—8 米/秒
答案：D
10. 拓展练习
乒乓球的上旋球在飞行时绕球的哪个轴向前旋转？
A. 额状轴 B. 水平轴 C. 矢状轴 D. 垂直轴
答案：A
11. 拓展练习
肌电图测量实际上测量的是什么？
A. 肌肉收缩时的神经支配特性 B. 肌肉放松时的神经支配特性 C. 肌肉收缩时的血液流动特性 D. 肌肉放松时的血液流动特性
答案：A
12. 拓展练习
游泳的推进力主要原理是什么？
A. 牛顿第一定律——惯性定律 B. 牛顿第四定律——未定义 C. 牛顿第二定律——加速度与力的关系 D. 牛顿第三定律——作用力与反作用力
答案：D
13. 拓展练习
根据人体的相对位置，平衡可以分为哪两类？
A. 混合支撑平衡和随遇平衡 B. 静平衡和动平衡 C. 稳定平衡和不稳定平衡 D. 上支撑平衡和下支撑平衡
答案：B
14. 拓展练习
头颅骨耐冲击能力比长骨高多少？
A. 50%左右 B. 60%左右 C. 30%左右 D. 40%左右
答案：D
15. 拓展练习
臀部抬起使下肢伸肌群处于激活状态，一方面使肌肉的初长度增加，另一方面预先提高串联弹性元的肌肉张力引起牵张反射，另外肌肉长度被拉长的同时也储存了弹性势能。这几个方面使运动员在蹬伸阶段获得更大的蹬伸力量。
A. 这几个方面使运动员在蹬伸阶段不仅缩短动作潜伏期从而提高反应速度，还可获得更大的蹬伸力量。 B. 这几个方面使运动员在蹬伸阶段仅缩短动作潜伏期从而提高反应速度。 C. 这几个方面使运动员在蹬伸阶段仅增加肌肉的初长度。 D. 这几个方面使运动员在蹬伸阶段仅获得更大的蹬伸力量。
答案：A
16. 拓展练习
蹬地时的支撑反作用力更多的用在哪个方向上？
A. 斜向上方向上 B. 水平方向上 C. 斜向下方向上 D. 垂直方向上
答案：D
17. 拓展练习
决定跳远速度的运动学因素包括以下哪一项？
A. 起跳速度 B. 起跳力度 C. 起跳高度 D. 起跳时间
答案：A
18. 拓展练习
在描述一个物体的运动时，必须说明它相对于哪个物体才有明确的意义，称此物体为
A. 参照物 B. 运动物 C. 相对物 D. 绝对物
答案：A
19. 拓展练习
瞬时速度等于什么的极限值？
A. 当时间趋于无限小时平均速度 B. 当时间趋于无限小时瞬时速度 C. 当时间趋于零时平均加速度 D. 当时间趋于零时瞬时速度
答案：A
20. 拓展练习
缓冲时，即将完成基本动作的肌肉进行什么类型的收缩？
A. 离心收缩 B. 向心收缩 C. 等张收缩 D. 等长收缩
答案：A
21. 拓展练习
若要使 vt 增加，需要同时增加什么？
A. a 和 v0 B. a 和 t C. v0 和 t D. v0 和 a
答案：B
全题目阅读版（节选）
1.
利用助跑动能原理
规律：助跑使运动员投掷器械时具有动能。
● 投掷助跑的生物力学分析
1 增大投掷时器械的初速度
2 提高肌肉的弹性势能
3 为人体动量向器械转移创造条件
第六章
● 机械应力对骨的生物学反应
塑形与重建是骨组织中对机械应力作用响应的两个主要生理过程。
骨塑形主要存在于青少年骨折愈合期，一定强度的刺激也会导致这一过程的发生，其主要作用是形成新骨质以塑骨形，增加骨强度；
重建过程主要体现在骨组织的更新，重建过程对骨组织的动态平衡与微细损伤的修复有着重要的意义。
骨的塑型与重建过程，是以机械负荷刺激为前提，骨组织存在“机械应力—生物学反应”的调控系统。这一系统中有 3 个基本力学参数：骨重建阈值、骨塑建阈值和疲劳损伤阈值。这些阈值参量影响着骨组织塑型与重建的进行方向。
- 关节软骨的力学特性
关节软骨的渗透性很低，在快速加载和卸载时，软骨类似于弹性材料，在承载时变形，卸载后立即复原。在持续性、缓慢负载时，其内的液体被挤出，组织的变形将随时间持续而加强。消除载荷后，若有充足时间使其吸收液体，软骨组织可恢复原状。
关节软骨的损伤
关节软骨损害 变性与关节承载负荷的频率和量级有关。关节的先天发育不良以及关节损伤等因素，可导致应力集中。过度的应力作用可降低关节面之间的液膜润滑，关节软骨上凹凸不平的接触，可引起微观的应力集中造成表面磨损。
脊柱的力学结构特征：
1 生理弯曲：颈 腰前曲和胸 骶后曲是脊柱具有弹性，是人体抬头挺胸直立行走姿势的需要。
2 椎间盘：连结相邻两个椎体的纤维软骨盘。由纤维环，髓核和软骨终板构成。
3 腰椎是人体中间环节，由于位置，承载及运动的特殊性，因此在体力劳动和运动训练中，腰部损伤风险较高。
脊椎的稳定
正常脊椎稳定结构有内外两类，外在因素主要靠腰腹背等肌肉的主动调节，内部结构主要靠骨关节，韧带控制。除了脊椎和关节突的形状限制脊柱活动外，椎骨间韧带也维持着脊柱的稳定，椎间盘也是连接椎体，避免滑脱的内部重要结构。
骨骼肌的生物力学模型图示
骨骼肌张力——长度特性图示
力的时间梯度：到 1/2 最大力所需的时间（1/2 t max） 力的速度梯度：力的最大值与所需时间所得的商 Fmax/t max
第七章
肌肉力量训练的特异性
1 动作结构的特异性
2 肌肉协作关系的特异性
3 肌肉力量训练中代谢类型 水平的特异性
4 肌肉力量训练周期中的个体特异性
肌肉力量训练的方法：
1 向心收缩训练 2 等长收缩训练 3 离心收缩训练 4 超等长力量训练 5 综合训练方法
其他形式：1 等速力量训练 2 电刺激力量训练 3 振动力量训练 运动生物力学—考点汇总绪论1 名词解释： 运动生物力学的概念：研究体育运动中人体及器械机械运动规律及应用的科学。 2 填空题： （1）人体运动可以描述为：在（神经系统）控制下，以（肌肉收缩）为动力，以关节为（支点）、以骨骼为（杠杆）的机械运动。
（2）运动生物力学的测量方法可以分为：（运动学测量）、（动力学测量）、（人体测量）、以及（肌电图测量）。
（3） 运动学测量参数主要包括肢体的角（位移）、角(速度)、角(加速度)等；动力学测量参数主要界定在（力的测量）方面；人体测量是用来测量人体环节的（长度）、（围度）以及（惯性参数），如质量、转动惯量；肌电图测量实际上是测量（肌肉收缩）时的神经支配特性。 2 简答题： （1）运动生物力学研究任务主要有哪些？
答案要点：一方面，利用力学原理和各种科学方法，结合运动解剖学和运动生理学等原理对运动进行综合评定，得出人体运动的内在联系及基本规律，确定不同运动项目运动行为的不同特点。另一方面，研究体育运动对人体有关器系结构及机能的反作用。其主要目的是为提高竞技体育成绩和增强人类体质服务的，并从中丰富和完善自身的理论和体系。具体如下：
第一，研究人体身体结构和机能的生物力学特性。
第二，研究各项动作技术，揭示动作技术原理，建立合理的动作技术模式来指导教学和训练。
第三，进行动作技术诊断，制定最佳运动技术方案。
第四，为探索预防运动创伤和康复手段提供力学依据。
第五，为设计和改进运动器械提供依据（包括鞋和服装）。
第六，为设计和创新高难度动作提供生物力学依据。
第七，为全民健身服务（扁平足、糖尿病足、脊柱生物力学）。
第一章 人体运动实用力学基础
1 名词解释：
质点：忽略大小、形状和内部结构而被视为有质量而无尺寸的几何点。
刚体：相互间距离始终保持不变的质点系组成的连续体。
平衡：物体相对于某一惯性参考系（地面可近似地看成是惯性参考系）保持静止或作匀速直线运动的状态。
失重：动态支撑反作用力小于体重的现象。
超重：动态支撑反作用力大于体重，
参考系：描述物体运动时作为参考的物体或物体群。
惯性参考系（静系）：相对于地球静止或作匀速直线运动的参考系。
坐标系：为了定量的描述物体的运动，需要在参考系上标定尺度，标定了尺度的参考系即为坐标系。常用的是直角坐标系，又分为一维、二维、三维坐标系。
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，人体自然回复到平衡位置，而不需要通过肌肉收缩恢复平衡。特点：平衡时重心最低。
不稳定平衡：物体稍偏离平衡位置后，当去掉破坏平衡的力时，不能再恢复到原来的平衡位置。其特点是当物体偏离平衡位置时，其重心降低。
随遇平衡：人体在外力作用下，偏离平衡位置，当外力撤除时，人体既不回到原来的平衡位置，也不继续偏离原位置，而是在新的位置上保持平衡。特点：重心高度不变。
有限度的稳定平衡：在一定的范围内，是稳定平衡，但超出范围时，偏离平衡位置则会失去平衡，成为不稳定平衡的情况。
2 填空题：
（1）运动是绝对的，但运动的描述是（相对的），因此在描述一个或物体的运动时，必须说明它相对于哪个物体才有明确的意义，称此物体为（参照物）。