運(yùn)動(dòng)生物力學(xué)

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運(yùn)動(dòng)生物力學(xué),（碩士研究生用）,,第一部分 運(yùn)動(dòng)生物力學(xué)基礎(chǔ),,定義-運(yùn)動(dòng)生物力學(xué)的研究對(duì)象，研究?jī)?nèi)容-運(yùn)動(dòng)生物力學(xué)的發(fā)展-第一節(jié)人體運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)生物材料的力學(xué)特點(diǎn) 人體生物材料的力學(xué)特性（包括骨、關(guān)節(jié)軟骨、韌帶、肌腱、關(guān)節(jié)和骨骼肌的生物材料特性）,,構(gòu)成人體的材料是骨骼、肌肉、肌腱、韌帶及關(guān)節(jié)軟骨等生物材料，這些生物材料的力學(xué)性質(zhì)，決定了人體運(yùn)動(dòng)器官和運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)的力學(xué)性質(zhì)和功能。材料力學(xué)涉及到載荷，應(yīng)力，應(yīng)變，應(yīng)力應(yīng)變曲線，強(qiáng)度，剛度等概念。,載荷,人體在日常生活和體育運(yùn)動(dòng)中時(shí)刻受到外力的作用，包括載荷和約束力，載荷就是人體所受外力的一種。載荷可分為：拉伸、壓縮、彎曲、剪切、扭轉(zhuǎn)和復(fù)合載荷。,載荷的幾種形式,應(yīng)變,應(yīng)變是量度物體形變程度的量，分為線應(yīng)變和剪應(yīng)變。,應(yīng)力,物體在受到外力作用而變形 時(shí)，其內(nèi)部各質(zhì)點(diǎn)間的相互作用力發(fā)生變化。這種由于外力作用而引起的固體內(nèi)各質(zhì)點(diǎn)之間相互作用力的改變量，簡(jiǎn)稱為內(nèi)力。單位面積上的內(nèi)力稱為平均應(yīng)力，當(dāng)面積趨近于0時(shí)平均應(yīng)力的極限稱為應(yīng)力。 應(yīng)力分為垂直于截面的法向分力和沿著截面方向的切向分力。,應(yīng)力應(yīng)變曲線,應(yīng)力-應(yīng)變曲線是描述材料力學(xué)性質(zhì)的曲線。它反映了材料在加載過程中受力和變形之間的關(guān)系。 為了確定一種材料的力學(xué)性能，通常將該材料制作成一定的形狀—稱為“試件”，將此“試件”在專門的儀器上施加載荷，直至破壞。在加載過程中連續(xù)記錄載荷和應(yīng)變，繪制成曲線，縱坐標(biāo)代表應(yīng)力（載荷），橫坐標(biāo)代表應(yīng)變（變形），這就是應(yīng)力-應(yīng)變曲線。,,,強(qiáng)度 結(jié)構(gòu)破壞前所能承受的變形；結(jié)構(gòu)破壞前所能承受的載荷；結(jié)構(gòu)在破壞前所能貯存的能量； 在應(yīng)力應(yīng)變曲線上用極限斷裂點(diǎn)來(lái)表示由載荷和變形所表達(dá)的強(qiáng)度；整個(gè)曲線下方的面積表示由貯存能量所表達(dá)的強(qiáng)度； 剛度 彈性范圍內(nèi)曲線的斜率表示結(jié)構(gòu)的剛度。,粘彈性材料的特點(diǎn),若應(yīng)變保持一定，則應(yīng)力隨著時(shí)間的增加而下降，稱為應(yīng)力松弛 若應(yīng)力保持一定，應(yīng)變隨著時(shí)間的增加而增大，稱為蠕變 對(duì)物體作周期性加載和卸載，加載和卸載時(shí)的應(yīng)力-應(yīng)變曲線不重合，稱為滯后,骨承受不同載荷的能力,肌肉活動(dòng)對(duì)骨應(yīng)力的影響,關(guān)節(jié)軟骨的力學(xué)特性,潤(rùn)滑性能,肌腱韌帶結(jié)構(gòu)的生物力學(xué)特性,肌腱和韌帶都由致密結(jié)締組織構(gòu)成，主要含膠原纖維和彈性纖維。膠原纖維和彈性纖維具有不同的力學(xué)性質(zhì)，膠原纖維承受載荷時(shí)變形小，抗拉力強(qiáng)；彈性纖維承受載荷時(shí)彈性好，伸展性好（變形較大）。肌腱和韌帶的力學(xué)性能取決于其組成中兩類纖維的比例。,膠原纖維與彈性纖維的應(yīng)力應(yīng)變曲線,運(yùn)動(dòng)對(duì)韌帶力學(xué)性質(zhì)的影響,生物材料的力學(xué)特性,骨骼-各向異性-根據(jù)力學(xué)需要重建的結(jié)果 肌肉-希爾方程（收縮力和收縮速度的關(guān)系） 肌腱-變形小，抗拉力強(qiáng)（主要由膠元纖維組成）起連接，傳遞力的作用。 韌帶-大多數(shù)與肌腱相同，變形小，抗拉力強(qiáng)，起加固關(guān)節(jié)作用，少數(shù)伸展性好，彈性好（主要由彈性纖維組成）,運(yùn)動(dòng)對(duì)生物材料力學(xué)性能影響,運(yùn)動(dòng)對(duì)骨骼、肌肉、肌腱、韌帶均其到加強(qiáng)力學(xué)性能的作用，因?yàn)樗鼈儭鞍凑樟W(xué)需要而重建”。 長(zhǎng)期不運(yùn)動(dòng)或少運(yùn)動(dòng)，力學(xué)性能減弱，在損傷后的恢復(fù)期間要注意訓(xùn)練的強(qiáng)度。,第二節(jié)人體運(yùn)動(dòng)的動(dòng)作結(jié)構(gòu)和動(dòng)作系統(tǒng),動(dòng)作結(jié)構(gòu)概念：每個(gè)完整的特定動(dòng)作，都有固有的特點(diǎn)，各個(gè)動(dòng)作成分之間都有著固定的聯(lián)系，這是一個(gè)動(dòng)作區(qū)別于另一個(gè)動(dòng)作的特征，動(dòng)作的這種固有特點(diǎn)和固定內(nèi)在聯(lián)系叫做動(dòng)作結(jié)構(gòu)。動(dòng)作結(jié)構(gòu)包括運(yùn)動(dòng)學(xué)特征和動(dòng)力學(xué)特征。,運(yùn)動(dòng)學(xué)特征,運(yùn)動(dòng)學(xué)特征即動(dòng)作形式和動(dòng)作外貌，包括空間特征、時(shí)間特征和時(shí)空特征。 空間特征是指位置坐標(biāo)，運(yùn)動(dòng)軌跡，關(guān)節(jié)角度等。運(yùn)動(dòng)軌跡：動(dòng)點(diǎn)隨著時(shí)間在空間連續(xù)占有的幾何位置。 時(shí)間特征是指運(yùn)動(dòng)開始時(shí)刻，結(jié)束時(shí)刻，運(yùn)動(dòng)持續(xù)的時(shí)間，動(dòng)作的頻率和節(jié)律。,,時(shí)空特征指人體的位置和運(yùn)動(dòng)狀態(tài)如何隨著時(shí)間而變化。 速度，加速度，角速度，角加速度等參數(shù)定量的反映了時(shí)空特征。,動(dòng)力學(xué)特征,動(dòng)力學(xué)特征包括：慣性特征、力的特征和能量特征。 慣性特征指質(zhì)量和轉(zhuǎn)動(dòng)慣量質(zhì)量是慣性的量度，轉(zhuǎn)動(dòng)慣量是轉(zhuǎn)動(dòng)慣性的量度 力的特征指力和力矩，沖量和沖量矩力是改變物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的原因，力矩是改變物體轉(zhuǎn)動(dòng)狀態(tài)的原因，沖量決定動(dòng)量增量而沖量矩決定動(dòng)量矩的增量。 能量特征指功、能和功率。,動(dòng)作系統(tǒng),動(dòng)作系統(tǒng)概念：大量單一動(dòng)作按照一定的規(guī)律組成為成套的技術(shù)動(dòng)作，這些成套的技術(shù)動(dòng)作叫做動(dòng)作系統(tǒng)。 動(dòng)作 動(dòng)作系統(tǒng) 運(yùn)動(dòng)行為 人體所完成的不是單純的動(dòng)作，而是有目的的運(yùn)動(dòng)行為；為了達(dá)到最佳的運(yùn)動(dòng)效果必須選擇最合理的動(dòng)作。 動(dòng)作系統(tǒng)的合理性和運(yùn)動(dòng)行為的目的性是一致的。(9.4),動(dòng)作 動(dòng)作系統(tǒng) 運(yùn)動(dòng)行為,,,運(yùn)動(dòng)生物力學(xué)研究的框架 動(dòng)作 動(dòng)作結(jié)構(gòu) 動(dòng)作系統(tǒng) 動(dòng)作系統(tǒng)的合理性 運(yùn)動(dòng)行為 運(yùn)動(dòng)行為的目的性,,,,,,,,目前運(yùn)動(dòng)生物力學(xué)研究 最多的是動(dòng)作結(jié)構(gòu)和動(dòng) 作系統(tǒng),,第三節(jié)人體運(yùn)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)學(xué),人體運(yùn)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)學(xué)特征 人體質(zhì)心-質(zhì)心測(cè)定-質(zhì)心特點(diǎn)-人體質(zhì)心與平衡 人體運(yùn)動(dòng)學(xué)參數(shù)-位移，速度，加速度，角速度，角加速度-運(yùn)動(dòng)學(xué)參數(shù)特點(diǎn) 曲線運(yùn)動(dòng) 拋體運(yùn)動(dòng)及其特點(diǎn),第四節(jié) 人體運(yùn)動(dòng)的動(dòng)力學(xué),牛頓定律及其應(yīng)用 牛頓第一定律及其應(yīng)用合理利用慣性，提高運(yùn)動(dòng)效率以適宜的均勻速度長(zhǎng)跑動(dòng)作連貫不停頓完成舉重動(dòng)作勻速運(yùn)動(dòng)可以節(jié)省能量 自行車 車輛,牛頓第一定律及其應(yīng)用之二,慣性 物體的固有屬性 表現(xiàn)特點(diǎn)保持原來(lái)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)抵抗改變運(yùn)動(dòng)狀態(tài)靜止-運(yùn)動(dòng)運(yùn)動(dòng)-靜止加速 減速改變運(yùn)動(dòng)方向 表現(xiàn)出力的作用,牛頓第二定律及其應(yīng)用,計(jì)算 F=ma 判斷,牛頓第三定律及其應(yīng)用,作用力與反作用力的關(guān)系 牛頓第三定律的應(yīng)用,動(dòng)量定理及其應(yīng)用,動(dòng)量定理沖量=動(dòng)量的增量 動(dòng)量定理在體育運(yùn)動(dòng)中的應(yīng)用加大動(dòng)量增量緩沖(12-3),功、能及其轉(zhuǎn)換,機(jī)械能 能量守恒定律,第五節(jié)人體運(yùn)動(dòng)的轉(zhuǎn)動(dòng)力學(xué),轉(zhuǎn)動(dòng)力學(xué)原理（剛體力學(xué)）轉(zhuǎn)動(dòng)定律 M=Iβ 應(yīng)用舉例動(dòng)量矩定理 M(t2-t1)=Iω 2-Iω 1 應(yīng)用舉例動(dòng)量矩守恒定律M=0 M Δ t=0 時(shí)，Δ I ω=0，I1 ω1=I2 ω2=C應(yīng)用舉例 人體各部分的動(dòng)量矩守衡,,第二部分 運(yùn)動(dòng)生物力學(xué)測(cè)試手段,,,動(dòng)作結(jié)構(gòu),運(yùn)動(dòng)學(xué)特征,動(dòng)力學(xué)特征,,,,,空間特征,時(shí)間特征,時(shí)空特征,,,,,,,,,力的特征,慣性特征,能量特征,,,,,,,,,,第一節(jié) 運(yùn)動(dòng)學(xué)參數(shù)測(cè)試 影像測(cè)量的原理與方法 照相-測(cè)定人體重心 攝像-運(yùn)動(dòng)中運(yùn)動(dòng)學(xué)參數(shù)測(cè)量,第二節(jié)動(dòng)力學(xué)參數(shù)測(cè)量,三維測(cè)力系統(tǒng)原理-傳感器-放大器-顯示記錄裝置 動(dòng)態(tài)測(cè)力方法與要求,第三節(jié)同步測(cè)試簡(jiǎn)介,同步測(cè)試的意義 同步測(cè)試的要點(diǎn) 同步方式 內(nèi)同步外同步,第四節(jié)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理,問題的提出 方法移動(dòng)平均法最小二乘法數(shù)字過濾法。。。。。。,