生物力學(xué)考試

1、生物力學(xué)考試復(fù)習(xí)資料前17題考6-8個題目，18-20考2題一.簡答題1.舉例說明牛頓第一運動定律在體育中的應(yīng)用答：牛頓第一運動定律，又稱慣性定律，它科學(xué)地闡明了力和慣性這兩個物理概念，正確地解釋了力和運動狀態(tài)的關(guān)系，并提出了并提出了一切物體都具有保持其運動狀態(tài)不變的屬性慣性。1.如保持一定的速度比改變速度容易很多，因此在長距離的游泳，賽跑中，提倡用適宜的較穩(wěn)定的速度游、跑等；2.如在體操中，特別注意動作的連貫性，避免頻繁的改變動作速度，減少不必要的負荷；3.如上舉杠鈴、單杠及撐桿跳高中的引體向上動作，如能夠保持動作的連貫性，則能夠較容易的完成。反之，動作中途停止，則會加大動作的難度；4.如自

2、行車運動中對慣性的運用，在運動員蹬到最大速度的時候，自行車就可以利用慣性前進，減少運動員的體力損耗；5.如在羽毛球技術(shù)中的對慣性的運用，在擊球的時候保持動作的連貫性，就可以擊出更加省力、落點更加準確的球，對運動員的技術(shù)的發(fā)揮具有重要作用。2.舉例說明牛頓第三運動定律在體育中的應(yīng)用答：兩物體相互作用時，它們對各自對方的相互作用力總是大小相等而方向相反的。作用力和反作用力分別作用在不同的物體上，分別產(chǎn)生各自的效應(yīng)。牛頓第三定律表明了力是物體間的相互作用。相互作用力總是等大、反向、沿同一直線。在走、跑、跳等動作時，人體獲得的動力是人蹬地過程中，地面給人體的反作用力。要獲得較大的反作用力作為人體運動的

3、動力，必須加大人對地面的蹬地力。這又取決于人體肌肉活動引起的對地面作用力的大小。肌肉活動是主動的。為了提高人體運動效果，最重要的是提高肌肉收縮速度和力量，以加大蹬地力從而獲得一個大的反作用力，使人體運動狀態(tài)發(fā)生變化。3.舉例說明體育運動中出現(xiàn)的失重和超重現(xiàn)象答：失重現(xiàn)象：支撐反作用力小于體重；超重現(xiàn)象：支撐反作用力大于體重例如在原地縱跳中，在下蹲的時候支撐反作用力小于自身的體重，這時候是失重現(xiàn)象；而在蹬伸的過程中，支撐反作用力是大于自身體重的，這時候是超重現(xiàn)象。在原地縱跳中，下蹲和蹬伸的過程中，動態(tài)支撐反作用力是不斷變化的。4.分析說明擺臂在跳躍動作中的作用答：1. 擺臂可以大幅度地提高身體的

4、重心高，增加地面反作用力，增加蹬地的作用力；2.向上加速擺臂可以增加起跳力；3.良好的擺臂動作可以使腳在著地瞬間獲得較大的運動速度。 5.舉例說明動量定理在體育中的應(yīng)用答：動量定理亦稱動量原理，是描述物體機械運動狀態(tài)變化規(guī)律的基本定理之一。物體在運動過程中，在某段時間內(nèi)動量的改變等于所受合外力在這段時間內(nèi)的沖量。動量定理在體育運動的研究中應(yīng)用廣泛，根據(jù)此定理，可以對運動技術(shù)提出一些一般性的原則1.在投擲項目中，往往要求在最后用力前使身體盡可能超越器械。其作用：一是可使原動肌充分拉長，以提高肌肉的收縮力；另一方面可延長最后用力的作用距離，從而延長作用時間，達到最大沖量的目的。這在體育中多見，如短

5、跑中要求后蹬充分，以增大蹬地時的工作距離來增加力的作用時間；游泳運動員曲臂“s”型劃水代替直臂劃水，其目的也是增加力的作用時間；2.如若要減少對人體的沖力，就得延長力作用的時間，各種落地緩沖動作就是典型的例子。由動量定理可知，如果動量的變化量是一個常量，既沖量值也是一個常量。這時延長作用時間，就可以減少沖力的大小。如落地動作，一般要求從前腳掌著地，迅速過渡到全腳掌，同時屈膝，屈髖，伸踝，其目的就是延長與地面的作用時間，減少沖力對人體的作用。又如接高速來球，當手接球的同時屈肘回收，順勢接球，可以延長手與球的作用時間，從而減少球?qū)κ值臎_力；3.運用動量定理還可以計算人體運動中的一些力學(xué)參數(shù)。在跳躍

6、項目中，用測力臺測出踏跳力隨時間的變化曲線，就可以求出人體所受的沖量，運用動量定理，則可以求出人體騰空的速度。6.舉例說明增加肢體轉(zhuǎn)動效果的方法答：（1）增加肌肉對骨杠桿的拉力矩。由轉(zhuǎn)動定律和動量守恒定律可知，肢體轉(zhuǎn)動慣量不變時，增加肌力距，可加大肢體的轉(zhuǎn)動角速度。肌力距等于肌力與肌力臂的乘積。欲增大肌力距，一方面增大肌力的大小，另一方面增大肌力臂。在肢體的運動過程中，由于肌肉拉力角的變化，會引起肌力臂的變化。當肌肉拉力角為90度時，其力臂達到最大值。 （2）減小肢體的轉(zhuǎn)動慣量。人體肌肉力量是有限的，肌力對某一軸的肌力距也是有限的。當肌力距一定時，減少肢體的轉(zhuǎn)動慣量，可以增大轉(zhuǎn)動角速度，最終可

7、以增加轉(zhuǎn)動的角速度。因而，在肢體的轉(zhuǎn)動中，如果將肢體的各組成環(huán)節(jié)的質(zhì)量盡可能靠近轉(zhuǎn)動軸，減少肢體對軸的轉(zhuǎn)動慣量，從而加大肢體的擺動速度。例如在跑步中的擺臂擺腿動作，為加快擺動的角速度，采用屈肘擺臂；小腿在后擺時，盡量靠近大腿折疊動作，使整個下肢繞髖關(guān)節(jié)軸的轉(zhuǎn)動慣量減少，以提高擺動的角速度。7.舉例說明動量矩守恒定律在體育中的應(yīng)用。答：騰空狀態(tài)時人體轉(zhuǎn)動動作的基本力學(xué)原理，當物體所受的合外力距為零時，其總動量距保持不變，這就是動量矩守恒定律。人體處于無支撐的騰空狀態(tài)完成動作時，由于人體兩端均無約束，因此身體某一部分向某一方向活動（轉(zhuǎn)動）時，身體的另一部分會同時產(chǎn)生相反方向的活動（轉(zhuǎn)動），這種身體

8、兩部分相互接近（或遠離）的運動形式稱相向運動。如挺身式跳遠的空中動作，運動員空中動作的任務(wù)是采取適宜的姿勢，減少在起跳制動時所產(chǎn)生的繞額狀軸轉(zhuǎn)動的角速度，并為落地動作做好準備。因此，要求運動員在起跳后擺動腿伸前，然后向后下方擺動，兩腿在身體后方并攏并背腿，同時兩臂向后上方擺，使整個身體呈背伸挺胸姿勢。此時，頭、臂與下肢產(chǎn)生相向運動。當落地前做收腹舉腿動作，上身的前屈下壓動作，有利于舉腿前伸。這上下兩部分的相向運動是在內(nèi)力距的作用下產(chǎn)生的。8.說明人體騰空狀態(tài)下為什么會產(chǎn)生身體相向運動，試舉兩例說明在哪些項目中運動員表現(xiàn)出身體的相向運動。答：騰空狀態(tài)時，所受的合外力距為零，其總動量距保持不變。肢

9、體的相向運動:騰空狀態(tài)，人體某部分肢體以一定大小的動量矩繞軸的某一方向轉(zhuǎn)動時，另一部分肢體便以大小相等的動量矩繞同一軸向相反的方向轉(zhuǎn)動，這種現(xiàn)象稱為“相向運動”。作相向運動的力學(xué)條件就是動量矩的矢量和等于零。在體育運動中，相向運動的現(xiàn)象在許多項目中都可以看到。如在跨欄時上下肢運動；排球扣球的背伸挺胸和收腹揮臂的扣殺，都可以用動量守恒定律進行力學(xué)分析。9.畫圖說明香蕉球產(chǎn)生原理 答：香蕉球又稱弧線球。伯努利原理：“在流水或氣流里,如果流速小,對旁側(cè)的壓力就大,如果流速大,對旁側(cè)的壓力就小?！弊闱蜿爢T用腳踢球時,只踢球的一小部分,把球“搓”起來,球受力,就發(fā)生旋轉(zhuǎn),而當球在空中高速旋轉(zhuǎn)并向前飛行時

10、,球的兩側(cè)一邊速度大,一邊速度小,相對講,空氣在球的兩側(cè)也就一邊流速大,一邊流速小。根據(jù)伯努利原理, 球就受到了一個橫向的壓力差,這個壓力差,使球向旁側(cè)偏離,而球又是不斷向前飛行著,在這種情況下,足球同時參與了兩個直線運動,便沿一條彎曲的弧線運行了。當足球以W角速度旋轉(zhuǎn)使A方的氣體流速加大，而使B方氣流速度減慢，由伯努利定律可知：PB> PA,V球的方向?qū)⑾駻方偏轉(zhuǎn)，產(chǎn)生香蕉球。10.分析說明高爾夫球的“凹坑”的作用。答：空氣動力學(xué)家把這個力分成兩部分：升力及阻力。阻力的作用方向與運動方向相反，而升力的作用方向則朝上。高爾夫球表面的小凹坑可以減少空氣的阻力，增加球的升力。一顆高速飛行的高

11、爾夫球，其前方會有一高壓區(qū)。空氣流經(jīng)球的前緣再流到后方時會與球體分離。同時，球的后方會有一個紊流尾流區(qū)，在此區(qū)域氣流起伏擾動，導(dǎo)致后方的壓力較低。尾流的范圍會影響阻力的大小。通常說來，尾流范圍越小，球體后方的壓力就越大，空氣對球的阻力就越小。小凹坑可使空氣形成一層緊貼球表面的薄薄的紊流邊界層，使得平滑的氣流順著球形多往后走一些，從而減小尾流的范圍。因此，有凹坑的球所受的阻力大約只有平滑圓球的一半。 小凹坑也會影響高爾夫球的升力。一個表面不平滑的回旋球，會像飛機機翼般偏折氣流以產(chǎn)生升力。球的自旋可使球下方的氣壓比上方高，這種不平衡可以產(chǎn)生往上的推力。高爾夫球的自旋大約提供了一半的升力。另外一半則

12、是來自小凹坑，它可以提供最佳的升力。大多數(shù)的高爾夫球有300500個小凹坑，每個坑的平均深度約為0.025厘米。阻力及升力對凹坑的深度很敏感：即使只有0.0025厘米這么小的差異，也可以對軌跡和飛行距離造成很大的影響。小凹坑通常是圓形的，但其他的形狀也可以有極佳的空氣動力性能11.游泳運動員在游進過程中受到的阻力都有哪些？試說明高科技泳裝是如何減小游進阻力的？答：一、阻力：1.摩擦阻力，由于水具有粘滯性，運動員游進時，緊貼體膚有一層水隨著運動員的皮膚前進，因而形成邊界層，產(chǎn)生切應(yīng)力，即摩擦力。2.形狀阻力（壓差阻力）它是由于水的粘滯性原因、運動員游進時使其背部和身后產(chǎn)生渦旋和伴流、使人體消耗一

13、定的能量而形成阻力。它與運動員的體型、姿勢及游進的速度有關(guān)，故稱形狀阻力。因為它是運動物體前后的壓強差所致，也稱之為壓差阻力。3.興波阻力和碎波阻力，游泳時，身體部分體積浮出水面進行正常的劃臂和打腿，運動員是在兩種流體的共界面運動。當運動員游進時破壞了液體的平衡而使液面產(chǎn)生振蕩，使液面產(chǎn)生波浪所消耗的能量造成阻力 ，稱為興波阻力。當運動速度較快或劃臂和打腿的動作會使波浪破碎形成飛沫，造成水花這部分能量損耗形成的阻力稱為碎波阻力。二、高科技泳衣：1.可以使阻力減少7.5%；2.使游泳的成績提高3 ；3.高科技泳裝具有嵴狀物突起，這種嵴狀物突起可以有效地減少形狀阻力；4.高科技泳裝具有特別的組成部

14、分纖維炸彈，可以有效地減少肌肉顫動，減少能量的損耗；5.增大浮力，減少摩擦阻力。6. 高科技泳衣比一般泳衣要緊70倍，高科技泳衣在胸部、臀部等人體阻力最大的部位，采用特殊材料對肌肉進行壓縮，以便把運動員的身體盡可能“塑造”成流線型。12.人體骨骼的力學(xué)特點有哪些？答：1骨骼是各向異性材料，載荷方向不同其力學(xué)性質(zhì)也不同。局部解剖位置不同其力學(xué)性質(zhì)也存在差異。2成熟密質(zhì)骨壓縮強度最高，拉伸強度次之，剪切強度最差。順著纖維方向的剪切強度低于橫著纖維方向的剪切強度。松質(zhì)骨的強度遠遠低于密質(zhì)骨的強度。3應(yīng)力集中會使骨骼的強度降低4加載速度增加，骨的強度和剛度增加，吸收能量的能力增加。13.人體骨骼可能受

15、到的力學(xué)載荷有哪些？人體骨骼最能抵抗和最難抵抗的載荷形式分別是什么？答：可能受到的力學(xué)載荷有：1.壓縮載荷。常見于身體處于垂直姿勢中，作用力從骨的兩端作用于骨，一端是人體的重力和外加的載荷的力，另一端是支撐反作用力，骨骼承受壓縮載荷的能力最強； 2.彎曲載荷：通常是在骨骼起杠桿作用時出現(xiàn)的。常見于肌肉力以及關(guān)節(jié)的壓力作用于骨上，使骨產(chǎn)生彎曲載荷，通常這種載荷骨骼都能夠承受，但是突然的非正常載荷或外來較大的沖力作用下骨骼易損傷。3.拉伸載荷：常見于身體懸垂姿勢中，骨的兩端受到反向的拉力；4.扭轉(zhuǎn)載荷：常見于人體或局部肢體做旋轉(zhuǎn)動作時骨骼承受繞縱軸的兩個反向力矩的作用。骨骼的扭轉(zhuǎn)強度最小，因而過大

16、的扭轉(zhuǎn)載荷容易產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)性骨折。5.復(fù)合載荷：在體骨的載荷是復(fù)雜的，主要原因是骨骼的幾何結(jié)構(gòu)不規(guī)則，且始終受到多種不定的載荷。人體骨骼承受壓縮載荷的能力最強，而人體骨骼最難抵抗的載荷形式是扭轉(zhuǎn)載荷。14.什么是疲勞性（應(yīng)力性）骨折？影響疲勞性骨折的因素有哪些？答：含義：由于重復(fù)作用的較低負載引起的骨折，又叫新兵骨折、慢性骨折、骨勞損等稱之為疲勞性骨折。影響因素：1、應(yīng)力大小2、應(yīng)力重復(fù)次數(shù)及負荷頻率3、負荷形式4、骨的力學(xué)強度5、肌肉疲勞程度6、局部解剖結(jié)構(gòu)7、營養(yǎng)8、激素水平。15.畫圖說明肌肉結(jié)構(gòu)力學(xué)模型。并分析肌肉長度的增加與肌肉力和肌肉收縮速度改變之間的關(guān)系。答：肌肉結(jié)構(gòu)力學(xué)模型由三個元

17、件組成，即收縮元、并聯(lián)彈性元、串聯(lián)彈性元組成。模型的串聯(lián)構(gòu)成肌肉的長度，模型的并聯(lián)構(gòu)成肌肉的厚度。多個模型串聯(lián)而成的肌肉，當各個收縮元產(chǎn)生相同的收縮力時，每個模型受的外力相等，也等于整塊肌肉兩端的外力。而肌肉的伸長或縮短的總長度卻等于各個模型伸長或縮短之和。因此，肌肉長度的增加，對其收縮的速度有良好的影響，但是不影響其收縮力。肌肉縮短時，如果各個模型產(chǎn)生同樣的變形，那么肌肉兩端的作用力是各個模型對其兩端的作用力之和，而肌肉的變形與模型的變形相同。肌肉的圍度由模型的并聯(lián)成分組成，因此肌肉的生理橫斷面的增加會導(dǎo)致肌肉收縮力的增加，但是不會影響肌肉的收縮速度。16.什么叫做肌肉的被動張力，舉例說明肌

18、肉被動張力對動作質(zhì)量的影響。答：肌肉結(jié)構(gòu)力學(xué)模型由三個元件組成，即收縮元、并聯(lián)彈性元、串聯(lián)彈性元組成。并聯(lián)彈性元：代表肌束膜及肌纖維膜等結(jié)締組織。當被牽拉時產(chǎn)生彈力，稱為肌肉的被動張力。例如在羽毛球的扣殺中，在扣殺時屈膝，轉(zhuǎn)體，側(cè)身引拍，肌肉被提前拉長，并聯(lián)彈性元代表結(jié)締組織中的彈性纖維，因此它具有彈性，在扣殺引拍時，肌肉受拉伸產(chǎn)生彈力，提高肌肉的預(yù)張力。17.在同等激活條件下，影響某瞬間肌肉發(fā)力大小的因素都有哪些？請簡單說明各因素是如何影響肌肉力的。 答：在神經(jīng)脈沖的影響下，肌肉的收縮成分出現(xiàn)激活狀態(tài)。因此把肌肉興奮時其收縮成分力學(xué)狀態(tài)的變化稱肌肉的激活狀態(tài)。影響因素： 1.該瞬間肌肉的長度

19、：肌力的大小主要取決于參與橫橋的數(shù)目，在最適宜的初長度時參與橫橋數(shù)目最多，過長或者過短，均無最佳的效果。 2.長度變化的速度：肌力隨著肌肉收縮速度的增加而下降，主要原因在于由于收縮元中的橫橋斷開與聯(lián)系時損失肌力，以及收縮元和結(jié)締組織中的流體粘滯性。因此，隨著收縮速度的增加，需要更大的內(nèi)力客服這些粘滯阻力，造成肌肉張力的下降。3.距離開始激發(fā)時刻所經(jīng)歷的時間：被拉長的肌肉，肌肉張力隨著時間的延長而下降。 二綜述題1.試從生物力學(xué)角度說明專項力量訓(xùn)練的專門性原則 答：專門性原則是指力量練習(xí)時，直接用來完成動作的肌肉群盡可能地接近實際動作的結(jié)構(gòu)、節(jié)奏和速度。從生物力學(xué)角度角度看，運動員進行專項力量訓(xùn)

20、練必須 遵循所謂的動態(tài)適應(yīng)性原則。主要體現(xiàn)在以下幾個方面： 1、動作的幅度與方向； 2、運動的有效幅度及重點區(qū)； 3、作用力（或肌力）的大??；4、最大作用力的發(fā)揮速率（或叫力的梯度）；5、肌肉工作形式 例如，在田徑運動訓(xùn)練中，假如采用站立姿勢用抬舉杠鈴片發(fā)展屈大腿肌力，那么在這種練習(xí)中無論動作幅度還是動作重點區(qū)，都不符合跑、跳項目的技術(shù)要求。實際上跑、跳當中大腿屈肌的工作重點區(qū)在大腿前擺的開始階段，此時的髖關(guān)節(jié)角度為210度角。但在站姿做抬杠鈴片練習(xí)時屈髖重點區(qū)在100度角左右。因此采用仰臥抬腿練習(xí)，更加適應(yīng)上述要求。2.試分析影響原地縱跳高度的生物力學(xué)因素答：原地縱跳的起跳動作，首先是由站立

21、姿勢向起跳相反方向下蹲，然后通過下肢各環(huán)節(jié)充分蹬伸和兩臂同時用力上振兩個動作構(gòu)成。充分利用起跳的下蹲動作，即通過反向的預(yù)備動作，適當拉長肌肉和增加用力距離，可以跳得更高。起跳中兩臂的上擺可以提高腳離地瞬間重心的高度并增大重心上升速度。但是，由于兩臂的質(zhì)量較輕，因而其對提高跳起高度的效果并不顯著。原地縱跳時，加速下肢各關(guān)節(jié)的蹬伸的關(guān)鍵在于下蹲動作的幅度和伸展的角度。實驗結(jié)果表明，膝關(guān)節(jié)屈曲90度左右，下肢各關(guān)節(jié)的伸展功率最大。因此，原地縱跳預(yù)備反向動作的最大屈曲角度也約為90度。3.試分析影響跑動速度的生物力學(xué)因素 答：影響跑速的生物力學(xué)因素眾多，關(guān)系復(fù)雜。如步長與步頻，支撐時間、離地距離；騰空

22、的時 間以及騰空距離，離地時間以及離地角度。跑步的速度主要由步長與步頻決定。步長由支撐階段的著地距離，后蹬距離及騰空距離的三個分 量組成。而步頻則由全程跑的步數(shù)除以跑步時間得來。跑步時間又可以分為支撐于騰空兩個分量組成。跑的速度取決于跑步周期中的動作技術(shù)質(zhì)量，以及周期的重復(fù)速率。跑步的生物力學(xué)原理：(1)步長、步時的構(gòu)成左右腳著地點之間在運動方向上的距離為步長。在影片測量時也可由人體質(zhì)心的水平位移作為測量步長的依據(jù)，即由著地距離、騰空距離及后蹬距離三個分量組成步長。從跑的技術(shù)原理分析，較小的著地距離可增大著地角，減少阻力作用，有利于跑速的發(fā)揮。當比賽距離增大時，跑速相應(yīng)減少，而著地距離相應(yīng)增大

23、。步長、步時是跑步時身體位移在空間與實踐方面運動學(xué)時征的表現(xiàn)。其合理組成是以著地距離較短、緩沖時間較長為宜。因為著地距離較短，可以增大著地角，減少著地后的阻力及阻力沖量，有利于保持跑速。而緩沖階段時間較長，是緩沖動作充分的表現(xiàn)。它可以增大膝關(guān)節(jié)活動范圍，減少后蹬角，從而提高蹬地效率。(2)步長、步頻指數(shù)步長和步頻，兩者均隨跑速的增加而加大，但并非直線關(guān)系。另一方面，重心上波動的振幅與跑速成反比。因此，速度低時重心波動最大，而速度最高時，重心波動最小。(3)擺動技術(shù)原理通常兩臂擺動是與擺動腿的擺動同步進行的，因此僅用擺動腿的擺動說明跑步的擺動技術(shù)原理。跑步時擺動動作的意義有：A、良好的擺動技術(shù)特征，可以使腳在著地瞬間獲得較大的運動速度。由于腳的運動速度