運動生物力學多媒體教學第四章.ppt

第四章 人體運動的靜力學,靜力學是研究物體或物體系在外力作用下處于平衡狀態(tài)的性質和行為的力學分支。體育運動中人體運動的靜力學主要討論人體在完成靜力性動作，即處于相對靜止的姿勢(或稱平衡狀態(tài))時的受力情況，獲得平衡和維持平衡的力學條件。 平衡：物體處于靜止或勻速直線運動狀態(tài)。 體育動作中的出現(xiàn)靜態(tài)和動態(tài)平衡。,4.1 力矩、力偶、力偶矩 的概念,1. 力矩的概念 力矩亦稱“轉矩”(力對點之矩)。表示力對物體作用時產生轉動效果的物理量。 d為點到F的距離。單位：牛頓.米，方向：逆時針轉動為正，反之相反（右手法則）。,2. 力偶和力偶矩的概念 力偶：大小相等，方向相反，作用線互相平行但不重合的兩個力作用在物體上，物體同樣產生轉動效應，這一對力為力偶。 力偶矩： d為力偶臂,作用于剛體上的力，可平移到剛體上的任意一點，但必須附加一力偶，其附加力偶矩等于原力對平移點的力矩。,3. 力的平移定理,4.2 人體平衡的力學條件,平衡的概念：靜止或做勻速直線運動。 1. 平衡方程,2. 力系的簡化和平衡 力的合成與分解:矢量運算法則(平行四邊形法則),在平面直角指標系OXY下:,共線力系的簡化與平衡 R=F1+F2+F3+Fi+Fn=Fi，方向上、右正，下、左負。 平衡方程：Fi=0,平面匯交力系的簡化和平衡 受力分析，平衡方程，例題P97,共面平行力系的簡化和平衡 力矩原理:在共面平行力系中,所有個力對于其平面任意一點力矩的代數和,等于力系的合力對于此點的力矩. Mo=F1X1+F2X2+FiXi+FnXn =RX 平衡方程:Fi=0; Mo=0 受力分析，平衡方程，例題P99,共面一般力系的簡化和平衡 受力分析，平衡方程，例題P100,總結,平衡的力學條件：,對剛體上任意一點,3. 下支撐平衡穩(wěn)定性判定,(1)支撐面 由支撐點和他們所圍成的面積。 支撐面大小與穩(wěn)定性的關系。,(2)重心的高低 重心的高低與穩(wěn)定性的關系 (3)穩(wěn)定角 重心垂直投影線和重心與支撐面邊緣相應點連線的夾角，即物體在某一方向上的穩(wěn)定程度的判定指標。 (4)平衡角 某方向上的穩(wěn)定角之和。 (5)穩(wěn)定系數 ，K1，K=1，K1，的討論。 例題P105,F,h,G,r,穩(wěn)定系數的計算,穩(wěn)定角與平衡角,短跑起跑穩(wěn)定角的變化(快速打破平衡),根據平衡物體重心與支撐點的位置關系，平衡種類可分為： 上支撐平衡 下支撐平衡 混合支撐平衡 平衡物體受到外力作用偏離其平衡位置時，根據物體保持其平衡的可能性分為： 穩(wěn)定平衡 不穩(wěn)定平衡 隨遇平衡 有限穩(wěn)定平衡,4. 平衡動作的定性分析,作業(yè)：P114，1, 5, 7,8,4.3人體重心,(1) 人體重心的概念 人體全部環(huán)節(jié)所受到的重力的合力的作用點叫做人體重心。,人體是由頭、軀干、上臂、前臂、手、大腿、小腿、足等多個環(huán)節(jié)組成。,人體多剛體模型示意圖,(2) 人體重心位置 正常站立姿勢下人體重心位置。,人體重心的變化,人體重心位置，人體重心位置隨人體姿勢變化而改變。,性別之間差異。 不同運動項目運動員之間差異。,人體重心可移動出身體之外。,(3) 重心和動作技術的關系 研究中將人體或環(huán)節(jié)重心簡化為質點。 以人體重心作運動學描述。 動力學研究中將力移動到人體重心上。 穩(wěn)定性判定基礎,4.4 人體平衡的特點,（1）人體不能處于絕對靜止的狀態(tài) 人體在維持平衡的過程中，不可能是絕對靜止的。呼吸系統(tǒng)和血液循環(huán)的存在造成了人體總重心在一定的范圍內波動，肌肉的張力在任何時候都不可能恒定，因此身體姿勢的維持不可能嚴格的不變。,（2）人體內力在維持平衡中的作用 在某些靜力性姿勢中，維持平衡的不僅僅是重力和支撐反作用力。而是由重力矩與肌肉和韌帶的拉力矩共同維持的，如體操的平衡動作。,（3）人體的補償動作 人體在完成或維持靜力姿勢的過程中，當人體重心發(fā)生偏移有失去平衡的傾向時，人體能借助于補償動作在一定范圍內“中和”或“抵消”重心的不適宜移動。,人體的補償作用,達瓦孜,（4）人體具有自我控制、調節(jié)和恢復平衡的能力 （5）人體平衡受心理因素影響 （6）人體平衡動作消耗肌肉的生理功,原理：力矩合成原理 公式中：X,Y分別為總重心的橫、縱坐標 Pi為環(huán)節(jié)相對重量 xi,yi為環(huán)節(jié)質心的橫、縱坐標,4.5 在相片上測量人體重心的原理和方法,環(huán)節(jié)相對重量和半徑系數,l,L,r = l /L,Pi = Pi /P,近側端,遠側端, 以人體左下角邊緣處O點為原點繪出直角坐標系（OXY）。 確定各環(huán)節(jié)點位置。 確定頭和手的重心位置。頭的重心在耳廓上緣中點正面觀時在兩眉間，手的重心在中指的掌指關節(jié)處。 連接關節(jié)點構成人體棍圖。 開始測量各環(huán)節(jié)的相片長度(以毫米為單位)，填入環(huán)節(jié)長度一欄內。 把各環(huán)節(jié)重心至近側端距離占環(huán)節(jié)長度的百分比填入一欄內。見表41中具體的布拉溫菲舍爾環(huán)節(jié)相對重心位置數據。,方法, 環(huán)節(jié)長度乘以環(huán)節(jié)相對重心位置百分比，填入環(huán)節(jié)質近側端實長一欄內。 按環(huán)節(jié)質心到近側端實際長度一欄的數據，在照片上的環(huán)節(jié)上點出環(huán)節(jié)質心位置。頭手的位置不必計算，可以直接點出。 從照片上測量各環(huán)節(jié)質心的坐標。 把人體模型中已知的環(huán)節(jié)相對重量數據添入表內（P）。 計算出各環(huán)節(jié)對軸之