人體運動的動力學課件

1、1第三節(jié)第三節(jié) 人體運動的動力學人體運動的動力學21.掌握動力學基本概念，如掌握動力學基本概念，如力、應力和應變力、應力和應變、強度強度和和剛度、彈性和塑性、蠕變、應力松弛剛度、彈性和塑性、蠕變、應力松弛等。掌握等。掌握梅脫梅脫、心臟的功能能力、運動能力心臟的功能能力、運動能力和靶心率和靶心率的概念。的概念。2.熟悉牛頓的三個運動定律；熟悉人體的功能熟悉牛頓的三個運動定律；熟悉人體的功能關系在制定運動處方中的重要作用。關系在制定運動處方中的重要作用。3.了解人體簡化后的主要運動形式，以及動量了解人體簡化后的主要運動形式，以及動量定理和動量守恒定律。定理和動量守恒定律。學習目標學習目標3 一、動

2、力學相關概念一、動力學相關概念1.1.動力學動力學 是研究人體運動與受力的關系的學科。是研究人體運動與受力的關系的學科。 人體受力可分為人體受力可分為動力動力和和制動力制動力。 如果力的方向與人體運動（速度）方向如果力的方向與人體運動（速度）方向相同相同，就稱此力為人體就稱此力為人體動力動力，反之反之則稱為人體則稱為人體制動制動力力。4一、動力學相關概念一、動力學相關概念2.2.力力 如果把人體看作一個力學系統(tǒng)，則人體受如果把人體看作一個力學系統(tǒng)，則人體受力可分為力可分為內力、外力內力、外力。二者互相作用產生適。二者互相作用產生適應、協(xié)調和平衡。應、協(xié)調和平衡。只有外力才能引起人體的整體運動。

3、只有外力才能引起人體的整體運動。 5（1）外力）外力主要有：主要有：1）人體重力）人體重力2）支撐反作用力）支撐反作用力 3）摩擦力）摩擦力4）慣性力）慣性力 5）流體阻力）流體阻力61 1） 重力重力 大小與方向：大小與方向： 方向：指向地球心。方向：指向地球心。 g=9.8m/s/s mgg （1）外力）外力7 2 2）支撐反作用力）支撐反作用力 當人體對支撐點施加作用力時，支撐點對人體的反作用力當人體對支撐點施加作用力時，支撐點對人體的反作用力叫叫支撐反作用力。支撐反作用力。v靜力支撐反作用力：靜力支撐反作用力：其大小與人體體重相同，方向相反。其大小與人體體重相同，方向相反。動力支撐反作

4、用力：動力支撐反作用力：大于人體體重。例如加速起蹲。大于人體體重。例如加速起蹲。（1）外力）外力8（1）外力）外力3 3）摩擦力）摩擦力b1.b1.靜摩擦力靜摩擦力b2.b2.滑動摩擦力滑動摩擦力b3.b3.滾動摩擦力滾動摩擦力9（1）外力）外力4 4）慣性力）慣性力 指變速運動物體對施力物體的反作用力。指變速運動物體對施力物體的反作用力。 大?。捍笮。簃a 方向：方向：與加速度方向相反與加速度方向相反 舉例：舉例：推鉛球時手對鉛球的推力使得鉛球產生了加速度，同時推鉛球時手對鉛球的推力使得鉛球產生了加速度，同時鉛球對手的反作用力是其質量對加速度的阻力，即慣性力。鉛球對手的反作用力是其質量對加速

5、度的阻力，即慣性力。10（1）外力）外力5 5）流體阻力）流體阻力 指人體在流體中運動時所承受的流體指人體在流體中運動時所承受的流體阻力。阻力。 大小：與流體密度、運動速度和人體的正面面積大小：與流體密度、運動速度和人體的正面面積成正比。成正比。11（1）外力）外力6 6）器械的其他阻力）器械的其他阻力 肢體推動運動器械進行訓練時，肢體推動運動器械進行訓練時，除要克服器械重力外，還需要克服器械的除要克服器械重力外，還需要克服器械的慣性力、慣性力、摩擦力或彈力摩擦力或彈力所產生的阻力，其大小與肢體的推所產生的阻力，其大小與肢體的推力大小相等，方向相反。力大小相等，方向相反。12意義： 各種外力經(jīng)

6、常被用來作為康復訓練各種外力經(jīng)常被用來作為康復訓練/ /治治療的負荷，選擇的負荷要求與療的負荷，選擇的負荷要求與肢體運動的肢體運動的方向和力量方向和力量相適應相適應，這是增強肌力訓練的，這是增強肌力訓練的方法學基礎。方法學基礎。13（2）內力定義：定義： 是指人體內部各組織器官間相互作用的力。是指人體內部各組織器官間相互作用的力。各種內力總要相互適應，以維持最佳活動，各種內力總要相互適應，以維持最佳活動，同時也不斷和外力相抗衡以適應人體生活的同時也不斷和外力相抗衡以適應人體生活的需要。需要。1）肌拉力）肌拉力2）各組織器官間的被動阻力）各組織器官間的被動阻力3）各內臟器官的摩擦力）各內臟器官的

7、摩擦力4）內臟器官和固定裝置間的阻力）內臟器官和固定裝置間的阻力5）血液淋巴液在管道內流動時產生的流體阻力，在分流時產）血液淋巴液在管道內流動時產生的流體阻力，在分流時產生的湍流等。生的湍流等。14（2 2）內力）內力 v1 1）肌拉力）肌拉力 這種力通過其在骨骼上的附著點，這種力通過其在骨骼上的附著點，可以維持人體姿勢，引起人體內部各部分、可以維持人體姿勢，引起人體內部各部分、各環(huán)節(jié)間的相對運動。各環(huán)節(jié)間的相對運動。是人體內力中最重要是人體內力中最重要的主動力。的主動力。15（2 2）內力）內力 2 2）各組織器官間的被動阻力）各組織器官間的被動阻力 當一肢體做當一肢體做屈曲或伸展運動時，其

8、相反方向的組織受到屈曲或伸展運動時，其相反方向的組織受到牽拉，尤其是牽拉，尤其是拮抗肌拮抗肌的張力，此時必須做相的張力，此時必須做相應松弛，以保證運動的完成。應松弛，以保證運動的完成。16（2 2）內力）內力 3 3）各內臟器官的摩擦力各內臟器官的摩擦力 例如胃腸蠕動時候例如胃腸蠕動時候腸袢間的摩擦力（盡管很?。?，心臟搏動時腸袢間的摩擦力（盡管很?。?，心臟搏動時與肺、縱隔和胸廓間的摩擦力等。與肺、縱隔和胸廓間的摩擦力等。4 4）內臟器官和固定裝置間的阻力內臟器官和固定裝置間的阻力 如胃腸蠕如胃腸蠕動與腹膜、腸系膜、大血管間的阻力，食管動與腹膜、腸系膜、大血管間的阻力，食管的蠕動與縱隔間的阻力等

9、。的蠕動與縱隔間的阻力等。5 5）血液淋巴液在管道內流動時產生的）血液淋巴液在管道內流動時產生的流體阻流體阻力力，在，在分流分流時產生的時產生的湍流湍流等。等。173.3.力的三要素力的三要素 v大小、方向和作用點。v力是一種矢量，力的相加、相減為矢量的合成和分解，遵循平行四邊形法則。 18 4 4）應力）應力 指人體結構內某一平面對外部負荷的反應，用單指人體結構內某一平面對外部負荷的反應，用單位面積上的力表示（位面積上的力表示（n/cmn/cm2 2）。）。195 5）應變：）應變： 指人體結指人體結構內某一點受載時所發(fā)生構內某一點受載時所發(fā)生的變形稱為應變。的變形稱為應變。 大?。捍笮。鹤?/p>

10、化的長度變化的長度/ /原始長度原始長度* *100100% %20 強度:是人體承受負荷時抵抗破壞的能力。用極限應力表示。 強度是衡量材料本身承載能力（即抵抗失效能力）的重要指標。 剛度:是人體在受載時抵抗變形的能力。剛度的大小取決于材料的幾何形狀和材料的種類 6 6）強度和剛度）強度和剛度21 7 7）彈性和彈性限度）彈性和彈性限度 彈性：彈性： 物體受外力后發(fā)生變形，外力（在一定限度內）一物體受外力后發(fā)生變形，外力（在一定限度內）一旦撤去，物體能恢復原有的體積和形狀的性質，叫彈性。旦撤去，物體能恢復原有的體積和形狀的性質，叫彈性。 彈性限度：彈性限度：亦稱亦稱“彈性極限彈性極限”。物體受

11、到外力作用，在內。物體受到外力作用，在內部所產生的抵抗外力的相互作用力不超過某一極限值時，若部所產生的抵抗外力的相互作用力不超過某一極限值時，若外力作用停止，其形變可全部消失而恢復原狀，這個極限值外力作用停止，其形變可全部消失而恢復原狀，這個極限值稱為稱為“彈性限度彈性限度”。 （記錄）（插入資料）（記錄）（插入資料）特點：特點：應力與應變成正比，外力功轉變成彈性能。應力與應變成正比，外力功轉變成彈性能。228 8）塑性）塑性 定義：定義：物體受外力后發(fā)生變形，當外力超過彈性限度時，物體受外力后發(fā)生變形，當外力超過彈性限度時，即使撤去外力，也不能恢復原狀而保持變形的性質，即即使撤去外力，也不能

12、恢復原狀而保持變形的性質，即發(fā)生了永久變形，叫塑性。發(fā)生了永久變形，叫塑性。 塑性材料變形不可恢復，塑性材料變形不可恢復，特點特點是應力與應變呈非線是應力與應變呈非線性關系，外力作用下性關系，外力作用下外力功轉變成變形能。外力功轉變成變形能。239 9）粘彈性材料）粘彈性材料 v 既具有彈性材料的力學性質，又具有粘性既具有彈性材料的力學性質，又具有粘性材料的力學性質的材料，叫粘彈性材料。材料的力學性質的材料，叫粘彈性材料。v粘彈性是引起能量消耗的重要原因。粘彈性是引起能量消耗的重要原因。v人體的骨、軟骨、肌肉、血管壁、皮膚人體的骨、軟骨、肌肉、血管壁、皮膚都都是粘彈性材料。是粘彈性材料。24v

13、1010）粘彈性材料的特點）粘彈性材料的特點 v蠕變蠕變：若令應力保持一定，物體的應變隨若令應力保持一定，物體的應變隨時間的增加而增大，這種現(xiàn)象稱為蠕變。時間的增加而增大，這種現(xiàn)象稱為蠕變。a.它與它與塑性變形塑性變形不同，塑性變形通常在應力不同，塑性變形通常在應力超過彈性極限之后才出現(xiàn)，而蠕變只要應超過彈性極限之后才出現(xiàn)，而蠕變只要應力的作用時間相當長，它在應力小于力的作用時間相當長，它在應力小于彈性彈性極限極限時也能出現(xiàn)。時也能出現(xiàn)。 b.應力越大，蠕變的總時間越短；應力越小，應力越大，蠕變的總時間越短；應力越小，蠕變的總時間越長。蠕變的總時間越長。 252620102010年，貝克漢姆跟

14、腱斷裂，無緣世界杯，揮淚告別綠茵場年，貝克漢姆跟腱斷裂，無緣世界杯，揮淚告別綠茵場27多次應力性骨折，告別賽場多次應力性骨折，告別賽場28v1010）粘彈性材料的特點）粘彈性材料的特點 v蠕變蠕變：v應力松弛：應力松弛：當物體突然發(fā)生應變時，若當物體突然發(fā)生應變時，若應應變變保持保持一定一定，則相應的，則相應的應力將隨時間的增應力將隨時間的增加而下降加而下降，這種現(xiàn)象稱為應力松弛。，這種現(xiàn)象稱為應力松弛。29理解應力松弛理解應力松弛v將一根彈性繩繃緊，兩端固定將一根彈性繩繃緊，兩端固定 則繩中具有一定的張力，如則繩中具有一定的張力，如果這跟繩由于這個張力果這跟繩由于這個張力 的作用變長了一點點

15、，那么繩就變的作用變長了一點點，那么繩就變松弛了，則這個繩中的張力就減小了，這就是很好理解的應松弛了，則這個繩中的張力就減小了，這就是很好理解的應力松弛。力松弛。v 物理本質物理本質是結構在力的作用下發(fā)生塑性變形，這種變形導是結構在力的作用下發(fā)生塑性變形，這種變形導致結構內部應力減小。就叫應力松弛。致結構內部應力減小。就叫應力松弛。舉例：舉例：打包帶變松打包帶變松橡皮筋變松橡皮筋變松30v10）粘彈性材料的特點 v蠕變蠕變：v應力松弛：應力松弛：v滯后：滯后：若物體承受周期性的加載和卸載，若物體承受周期性的加載和卸載，則加載時的應力應變曲線常與卸載時的應則加載時的應力應變曲線常與卸載時的應力應

16、變曲線不重合，這種現(xiàn)象稱為滯后。力應變曲線不重合，這種現(xiàn)象稱為滯后。31二、牛頓運動定律和動量定理、動量守恒定律二、牛頓運動定律和動量定理、動量守恒定律v牛頓第一定律：牛頓第一定律：物體如果不受到任何力或所物體如果不受到任何力或所受合外力為零，將保持其靜止狀態(tài)或勻速直受合外力為零，將保持其靜止狀態(tài)或勻速直線運動狀態(tài)。它描述的是平動中人體和器械線運動狀態(tài)。它描述的是平動中人體和器械的慣性本質的慣性本質。v應用：應用：由于保持一定的速度比改變速度省力由于保持一定的速度比改變速度省力得多，所以進行耐力訓練如長途慢跑或快走得多，所以進行耐力訓練如長途慢跑或快走的時候，提倡用穩(wěn)定的速度。的時候，提倡用穩(wěn)

17、定的速度。32動量定理和動量守恒定律：1. 動量與沖量的概念動量與沖量的概念 動量（動量（矢量性矢量性）n ，單位：米，單位：米.千克千克/秒（秒（m. kg / s）。）。 沖量（沖量（矢量性矢量性）n 單位：牛頓單位：牛頓.秒（秒（n. s） vmk tfi33動量定理動量定理 物體在運動過程中，在某段時間內所受合物體在運動過程中，在某段時間內所受合外力的外力的沖量沖量，等于它等于它在這段時間內在這段時間內動量的變化量動量的變化量。即：即： ik 0vmvtft34動量定理在體育運動中的應用動量定理在體育運動中的應用1 1在投擲項目中，為了增加在投擲項目中，為了增加器械的出手速度，即增加器

18、械的出手速度，即增加器械的出手動量，應增加器械的出手動量，應增加在最后用力階段對器械的在最后用力階段對器械的沖量。這要求：沖量。這要求：發(fā)揮最大力量發(fā)揮最大力量延長力的作用時間延長力的作用時間 0vmvtft35動量定理在體育運動中的應用動量定理在體育運動中的應用2若要減少對人體的沖力，就得延長力作用的時間，若要減少對人體的沖力，就得延長力作用的時間，各種各種落地緩沖動作落地緩沖動作就是典型的例子。就是典型的例子。 0vmvtft36v任何物質系統(tǒng)在不受外力作用或所受外任何物質系統(tǒng)在不受外力作用或所受外力之和為零時，其力之和為零時，其總動量保持不變總動量保持不變。這。這就是動量守恒定律。就是動

19、量守恒定律。 v在動量定理中，當在動量定理中，當ft=0時得時得v mvtmv1=0 v即：即： mvt=mv1動量守恒定律37在人體：在人體： 我們認為，人體是由多環(huán)節(jié)組成的生物系統(tǒng)，各個環(huán)節(jié)的動量的矢量和等于人體的總動量。當人體整體所受外力為零時，人體內力可改變各個環(huán)節(jié)的相對位置，使環(huán)節(jié)的動量發(fā)生相互傳遞，但不能改變人體的總動量。動量守恒定律總動量總動量= =各肢體環(huán)節(jié)的矢量和各肢體環(huán)節(jié)的矢量和38人體肢體鞭打動作的環(huán)節(jié)動量傳遞人體肢體鞭打動作的環(huán)節(jié)動量傳遞（舉例）（舉例）m1v1=m2v2m1 m2 v1 v239三、人體運動中的功能關系三、人體運動中的功能關系40何謂運動處方？何謂運動

20、處方？指指根據(jù)個體根據(jù)個體的年齡、性別、健康的年齡、性別、健康情況、傷病診斷、功能評定結果、情況、傷病診斷、功能評定結果、運動史等，為患者或健身活動者，運動史等，為患者或健身活動者，以以處方形式制定處方形式制定的，包括活動內容、的，包括活動內容、運動量、注意事項等內容的運動量、注意事項等內容的訓練計訓練計劃劃，稱為運動處方。，稱為運動處方。( (即訓練計劃）即訓練計劃）41運動處方的要素運動處方的要素運動處方的要素運動處方的要素 運動處方的要素：運動處方的要素： 任何一類運動處方都應包括這五項內容：任何一類運動處方都應包括這五項內容：運動形式；運動形式；運動強度；（最為重要）運動強度；（最為重

21、要）運動頻率；運動頻率；持續(xù)時間；持續(xù)時間；注意事項及微調整注意事項及微調整特別是前四項內容，又稱為特別是前四項內容，又稱為運動處方四要素運動處方四要素。42如何確定運動強如何確定運動強度？度？老年人、慢性患者與健康人應該區(qū)分對待。老年人、慢性患者與健康人應該區(qū)分對待。43確定運動強度的要點確定運動強度的要點決定運動強度的四個步驟決定運動強度的四個步驟第一、第一、 預估最大心率：預估最大心率：最大心率最大心率 = 220 - = 220 - 年齡年齡第二、第二、 檢測靜息心率：檢測靜息心率：測量休息時每分鐘的心率測量休息時每分鐘的心率第三、第三、 決定心率保留值：決定心率保留值：心率保留值心率

22、保留值 = = 最大心率最大心率 - - 靜息心率靜息心率第四、第四、 估算訓練強度：估算訓練強度：為了安全而有效的進行心肺耐力訓練，可依為了安全而有效的進行心肺耐力訓練，可依個人的最大心率的百分比加以設定。個人的最大心率的百分比加以設定。44例如：上限為例如：上限為85%85%，目標為，目標為70%70%，下限為，下限為50%50%：訓練強度上限訓練強度上限(85%) = (85%) = 心率保留值心率保留值x 85% + x 85% + 靜息心率靜息心率訓練強度目標訓練強度目標(70%) =(70%) = 心率保留值心率保留值 x 70% + x 70% + 靜息心率靜息心率訓練強度下限訓

23、練強度下限(50%) = (50%) = 心率保留值心率保留值 x 50% + x 50% + 靜息心率靜息心率454647確定運動強度的要點（老年人，簡易）確定運動強度的要點（老年人，簡易）v庸氏庸氏（jungmannjungmann）公式公式v如年齡如年齡5050歲以上、有慢性病史的中老年人步歲以上、有慢性病史的中老年人步行運動最高心率一般每分鐘應不超過（行運動最高心率一般每分鐘應不超過（170-170-年齡年齡）。）。v舉例：舉例： 如某人如某人5555歲，步行鍛煉時每分鐘最高歲，步行鍛煉時每分鐘最高心率應不超過（心率應不超過（170-55170-55），即），即115115次。次。48 要進行要進行運動耐量試驗運動耐量試驗（如：（如：使用功率自行車、使用功率自行車、跑臺等），對跑臺等），對心臟的功能能力心臟的功能能力（functional capacity, f.c.）進行進行評定評定以后，再確定以后，再確定運動運動強度強度、運動能力運動能力（exercise capacity, exercise capacity, e.c.）和和靶心率靶心率（target heart rate, thrtarget h