运动器系的生物力学特性

第一篇：运动器系的生物力学特性

第二章 运动器系的生物力学特性

（一）自学内容

人体运动器系由骨、关节和肌肉组成，其主要功能是使人体运动。因此，要向深入揭示人体运动的力学规律，必然要涉及到人体运动器系各组成部分的结构、功能及所表现的力学特点和力学特性。

了解材料力学的基本概念，如载荷、应变、应力、应力-应变曲线、粘弹性等；骨的生物力学特性；关节软骨、韧带、肌腱的生物力学特性；人体关节力学；要掌握骨骼肌的生物力学特性和运动器系整体的生物力学性能与特点，重点掌握肌肉的力学模型以及肌肉的收缩特点。

（二）本章重点

1、骨骼肌的生物力学特性。

2、运动器系整体的生物力学性能与特点。

（三）本章难点

1、人体运动器系的材料力学特点。

2、骨骼肌的生物力学特性。

（四）本章考点

1、骨骼肌的生物力学特性。

2、运动器系整体的生物力学性能与特点。

（五）学习指导

人体运动器系的力学特性，以及人体基本活动形式的特征是运动生物力学的重要组成部分。本章主要是对人体的骨、关节软骨、韧带、关节及骨骼肌的生物力学特性有一个全面地了解，为加深后面章节对动作技术的生物力学分析作基础。其中，肌肉的生物力学特性是重点，要熟练掌握肌肉的三元模型，肌肉的力-速曲线等，还要掌握人体运动器系的整体的生物力学性能和特点，如环节、运动链及骨杠杆等。

第二篇：400m跑运动生物力学分析

110m栏过栏技术运动生物力学分析文献综述

摘 要

本文通过对110m栏全程过栏技米的观察和分析,总结了110m栏各技术环节的关键以及技术的重难点。为各教练员进行针对性训练提出了一些参考。

关键词 过栏技术;跨栏步;栏间步

1.前言

采用文献综述的方法总结了每个阶段起跨腿和摆动腿技术动作,从生物力学、运动解剖学的角度分析了每个技术动作的原理及技术动作之间的联系,为110m栏的技术训练提供理论依据，尤其从生物力学、运动解剖学的角度分析了110m 跨栏比赛中关于运动员的身体重心、下肢动作、机械能量和能量有效性等每个技术动作的原理及技术动作之间的联系,为110m跨栏的技术训练提供理论依据。本文从运动生物力学角度对110m栏全程技术特点作运动生物力学的分析，对运动员在比赛中的技术动作进行生物力学分析,对教练员指导训练将有重要意义。

2.110m栏过栏技术的概念

110m跨栏跑的运动成绩是由运动员的平跑速度，过栏技术以及跑跨结合的能力决定的，而过栏技术是110m跨栏跑技术的重要组成部分，也是整个技术环节中最复杂的部分。过栏技术也称作跨栏步技术，是指起跨脚踏上起跨点到摆动

[1]腿的脚着地这一时期所表现出的技术动作。过栏技术包括起跨攻栏、腾空过栏下栏着地三个环节。

3.110m跨栏过栏技术关于运动生物分析方面的研究

中国知网核心期刊上进行搜索，然后在结果目录中进行查阅，其中对于国内外110m跨栏跑过栏技术关于运动生物力学的研究，现代跨栏跑步运动首先兴起于英国，19世纪中叶得到了广泛发展。因为能够提高运动员健康水平以及防治疾病，受到广大群众的欢迎。近些年来随着参加人数的增加，由跨栏跑引发的运动损伤越来越受到人们的重视。特别是常年从事跑运动训练的运动员，运动损伤现象尤其明显，这些损伤不仅影响到正常的训练、工作和生活，而且还影响到身体健康。

通过研究发现优秀选手的跨栏步较小,这是由于他们栏前距离的百分比增加所致。因此对高水平的选手来说过栏后一定要克服“顺惯性”跑的动作,在摆动腿下栏的同时同样应像高栏运动员那样主动压栏,加强摆动腿的下压着地,提高后蹬用力效果。众所周知，生物力学是用经典力学的基本原理和方法来研究生物系统的力学规律。运用生物力学有关原理来研究110m栏过栏时，其目的就是要合理的进行110m跨栏跑。目前运动生物力学测试手段按照测量对象的属性分为运动学参数测量、动力学参数测量、生物学参数测量。运动学参数测量包括测量运动的时间特征、空间特征、时空特征的参数，如速度、加速度、轨迹等;动力学参数测量包括力、力矩、转动惯量等参数的测量;而生物学参数测量则包括人体测量学、肌电等生物学因素的测量[3]。

“概括地说,用生物力学研究运动枝术的目的有两点:一是确定运动技术的一般规律及其原理,塑造标准或最佳运动技术的模式;二是运行运动技术诊断,鉴定运动员技术水平”。目前所见到的文献基本上属于第一种范畴。3.1起跑过第一栏技术

运动员起跑到第一栏的快速加速以及准确的栏间步点对于建立110m栏运动员通过前几栏的过栏节奏,发挥栏间速度是非常重要的。在起跑过第一栏的过程中,只有训练运动员具有准确的步点,才能实现快跑与过栏的良好转换。起跑时,如果用双数步过第一栏,摆动于后起跑器上;反之则置于前起跑器。

3.2栏间步

栏间步与其它任何短跑项目相比,110m栏需要运动员更多的比赛经验,这是取得优异成绩的先决条件,它要求运动员必须尽可能多地参加比赛,适应比赛环境;要求运动员在比赛、训练中形成最具实效性、经济性的栏间步以达到快跑和迅速过栏的目的。勿宁置疑,栏间步技术应该连贯、流畅并能允许运动员以相同的摆动腿攻栏(最好为左腿),因而栏间跑的步数最好采用单数步。如果运动员栏间采用双数步则会使运动员在攻栏时改变其摆动腿而影响起跨的连贯性,因此在比赛中,运动员的栏间跑最好采用单数步连贯、快速地跑完全程。然而要让运动员做到这点却相当困难,目前世界上仍只有少数优秀选手才能达到。下栏着地阶段摆动腿的技术动作是争议最大的,摆动腿积极下栏时的下扒动作是现代技术的特点,据研究表明:为了使肌肉在生理限度内有最大的弹性势能贮备,同时尽可能减小足着地时人体水平速度的损失,要求足着地时人体对地面的冲量的作用方向应趋向垂直方向,与水平面的夹角(着地角)要相应增大,同时也可以获得较高的着地重心。

关于曲腿下栏和直腿下栏的观点,研究认为我们不能从局部去看摆动腿的下栏技术。我们在分析运动技术动作时不仅要符合生物力学的原理,还要符合运动解剖学的原理,当起跨腿处于垂直支撑阶段时,摆动腿的足跟几乎碰到臀部,膝关节的夹角比一般短跑运动员相应的要小(可达28°一34°),这个角度在慢跑中或静止状态是无法做到的。在起跨腿充分前蹬的情况下摆动腿在充分送髓的前提下,以髋关节发力向上快速摆动攻栏时下腿的摆速落后大腿的摆速,由于惯性的作用才使摆动腿的膝角变小。在下栏阶段小腿不存在主动摆直的动作,解剖学研究证明:“当大腿弯曲时,膝关节的股二头肌,半膜肌会产生被动不足的现象阻碍膝关节的伸直25°。所以在膝关节夹角很小的情况下主动伸直膝关节是很困难的。而摆动腿的“直”是在大腿已经完全停止向上运动,上体与大腿夹角处于最小,此时大腿突然停止向上摆动,并向相反的方向下压,此时小腿来不及变换方向,仍以原速度向上,因而被有力地抛向前上方,形成了栏前的“直”现象。因此在这个技术动作方面不应该存在什么直腿下栏与曲腿下栏之说,主要还是髓关节的肌肉力量及灵活性。是大腿带动小腿的结果。另外在摆动腿积极下压的同时,大腿在休侧平着过栏,这必须使大腿在髓关节处外展90°才能达到。但是髓关节外展幅度最大为45°(其它关节不动)也就是说当大腿在髓关节处外展超过45°以后,必须与腰骼关节联合运动才能达到,做此动作时首先需要后腿在屈和外展的同时并旋外,大腿的旋外很关键(要求膝高于躁的原因),因为它可使股骨大转子避免与髂骨外侧前部相碰,可增大髓关节的外展幅度,同时在小腿屈和旋外肌的作用下才能使整个起跨腿达到平着过栏的目的。因此,在分析运动技术动作时要结合运动解剖学、运动生物力学及运动生理学各方面来分析问题,我们不能只从局部来分析运动技术动作并且还要考虑到各个动作之间的相互关系和运动员自身的身体特点。比赛中大多数选手都在跨越几栏后因技术和疲劳原因而被迫缩短其步长,改变其栏间步而出现栏间步数的变化。水平越低的选手,这种变化会出现得越早。

4．结语

尽管我国的110m跨栏过栏技术在运动生物力学方面这些年来有了明显的发展, 虽然依然过栏技术却观点有所不同，但通过仔细了解、学习总结了有了许多的收获，主要体现在以下几点: 1.下栏着地阶段摆动腿的技术动作是争议最大的,摆动腿积极下栏时的下扒动作是现代技术的特点,为了使肌肉在生理限度内有最大的弹性势能贮备,同时尽可能减小足着地时人体水平速度的损失,要求足着地时人体对地面的冲量的作用方向应趋向垂直方向,与水平面的夹角(着地角)要相应增大,同时也可以获得较高的着地重心。

2.关于曲腿下栏和直腿下栏的观点,研究认为我们不能从局部去看摆动腿的下栏技术。我们在分析运动技术动作时不仅要符合生物力学的原理,还要符合运动解剖学的原理,当起跨腿处于垂直支撑阶段时,摆动腿的足跟几乎碰到臀部,膝关节的夹角比一般短跑运动员相应的要小(可达28°一34°),这个角度在慢跑中或静止状态是无法做到的。在起跨腿充分前蹬的情况下摆动腿在充分送髓的前提下,以髋关节发力向上快速摆动攻栏时下腿的摆速落后大腿的摆速,由于惯性的作用才使摆动腿的膝角变小。

3.在下栏阶段小腿不存在主动摆直的动作,当大腿弯曲时,膝关节的股二头肌,半膜肌会产生被动不足的现象阻碍膝关节的伸直25°。所以在膝关节夹角很小的情况下主动伸直膝关节是很困难的。因此在这个技术动作方面不应该存在什么直腿下栏与曲腿下栏之说,主要还是髓关节的肌肉力量及灵活性。是大腿带动小腿的结果。

4.过栏前和过栏后的步幅大小决定过栏效率的高低，栏前的起跨决定身体重心的运动轨迹,它是影响过栏最优化的一个决定性因素。过栏的质量和起跨时的身体重心高度直接相关。

5.过栏技术应该紧密与运动生物力学、解剖学、运动学同时交叉、贯通，这样对于400m跨栏过栏技术及整个跨栏技术都会有更大的质的飞跃。

5.参考文献

[1]张忠秋,王智.体育运动中的生物力学分析与研究[C].国家体育总局体育科学研究所论文选集.2000,117-123.[2]黄勋.浅析跨栏运动员的力量训练[J].田径指南,2000,8(1):63-66.[3]余维立.关于田径项目备战2008年奥运会若干训练问题的思考和建议(三)田径科技动态,2006:7-8.1-19.[4]王延鹏.跨栏过栏技术力学相关参数分析[J].西安体育学院学报，2001,12（3）：53-56.[5]卢德明,王云德,严波涛等.运动生物力学测量方法[M].北京:北京体育大学出版社,2002:317-346.[6]龙跃玉.我国优秀男子跨栏运动员力量训练方法的生物力学研究[C].北京:第七届全国体育科学大会论文摘要汇编,2004:212.[7]袁庆成.生物力学在运动技术研究中的应用[J].广州体育学院学报,2000,10(1):67-71.[8]韩敬.论现代跨栏过栏技术的主要力学特征[J].西安体育学院学报,2002,9(4):35一39.[9]詹姆斯·海.优秀跨栏运动员的生物力学分析[J].山东体育科技,2003,10(3):32一35.[10] 许树海.优秀跨栏运动员过栏技术特征[J].西安体育学院学报, 2006,13(1):56一59.[11]冯晓劲.从起跨环节看国内外选手跨栏水平的差距[J].上海体育学院学报,2001,23(12):60一62.[12]冯树勇.跨栏运动员需要的速度[J].田径指南,2001(1):47-50.

第三篇：《运动生物力学基础》教学大纲讲解

《运动生物力学A》教学大纲(04)

一、说明

（一）课程定义：运动生物力学基础是研究人体机械运动规律的一门应用基础科学。它是实现运动技术分析的唯一手段，其运动技术数据采集方法和分析方法是本门课程中最具特色的部分，在体育学科中具有不可替代的作用。

（二）编写依据：本大纲依据国家教育行政部门有关对运动人体科学专业本科生的培养任务及目标，结合考虑运动人体科学专业本科学生的实际情况制定。

（三）目的任务：向学生传授体育运动中人体（包括器械）运动的基本原理和基本知识。其中重点掌握运动生物力学数据的采集方法和基本仪器的使用方法，以及从运动生物力学数据中解读运动技术信息的知识，培养学生科学思维和动手操作的技能。

（四）课程编码：20520009，适用于运动人体科学专业本科生使用。

（五）学时数与学分：本课程86学时，5学分。

二、教学内容与学时分配

教学基本内容

讲授

第一章 运动生物力学概述 第二章 运动生物力学数据采集 第三章 人体运动实用力学原理 第四章 骨、关节、肌肉力学基础 第五章 运动技术分析基础

合 计 16 16 16 16 66

教学安排 讨论

实践

实验4 2 20 30 20 18 16 86 小计

三、教学内容与知识点

第一章 绪论

知识点：运动生物力学的定义，基本概念，运动生物力学的任务。第二章 运动生物力学数据的采集

知识点：运动技术数据的意义，运动学数据的测量，摄影摄像基础、视屏数据转换，运动技术解析原理和方法介绍，测力原理，测力应用介绍。

相关实验：

实验1：摄像机操作，视屏数据转换操作 实验2：运动技术图片重心实测

实验3：运动技术录像解析(自编软件)实验4：艾里尔录像解析软件(或同济大学解析软件)实验5：三维测力平台

实验6：应变片在测力中的应用之一(应变片粘贴技术)实验7：应变片在测力中的应用之二(应变测力仪使用)第三章 人体运动实用力学原理

知识点：运动学基础，动量定理、动量矩定理，稳定性原理，流体力学原理 相关实验：

实验8：一维平衡板实验 实验9：平衡台测量重心位置 第四章 骨、关节、肌肉力学

知识点：骨力学、关节力学、肌肉力学 相关实验：

实验10：纵跳实验(人体素质测量仪)第五章 运动技术分析基础

知识点：运动技术分析基本方法、跑跳投技术分析、举重技术分析、体操技术分析、游泳技术分析。

四、考核

（一）考核形式：实验报告、闭卷笔试。

（二）成绩计算：较好的完成大纲安排的基本实验，并写出实验报告；以实验报告评定成绩，占总考核成绩的20％。较好的完成大纲各部分讲授课安排的内容及问题。成绩评定采用闭卷笔试，占总考核成绩的80％。

（三）考试的形式及试卷结构

1）答题方式：本课程考试采用闭卷笔试方式，题目包括：填空题、判断题、选择题、问答题、计算题。

2）考试时间（考试所需要的时间）：120分钟。

3）题型分数比例：填空题15%、判断题10%、选择题15%、问答题30%、计算题30%。

4）内容比例：绪论10%、运动生物力学数据的采集40%、人体运动实用力学原理30%、骨、关节、肌肉力学20%。

5）试题难易程度比例：基本题60%、难度题30%、发挥题10%。

五、教材与参考教材

教学用书：

1.体育学院通用教材，《运动生物力学》，北京：人民体育出版社，1990年第1版。参考书目：

1.石玉琴等编，《运动生物力学研究方法与实验》，成都：西南财经大学出版社，1995年1版。2.刘北湘编，《竞技运动技术原理》，西安：西安交通大学出版社，1996年1版。

第四篇：散打动作技术的运动生物力学分析

散打动作技术的运动生物力学分析

散打是一项用身体特定部位作为进攻或防守武器的搏击性运动。纵观其动作技术特点，散打中任一技术动作都是在肩、躯干、腰、髋、膝、裸各关节的充分配合下完成的，要求将各关节的分力聚集一点作用于目标。散打动作技术主要有拳法、腿法、摔法。拳法主要包括直拳、摆拳、勾拳、劈拳、扣拳、鞭拳、弹拳七种，是以直、摆、勾、为主体；腿法主要有前蹬腿、侧踹退、横鞭腿、后摆腿、下劈腿、扫腿六种，是以前蹬腿、鞭腿、侧踹腿为主体；散打中的摔法主要有夹摔、抱缠摔、接腿摔、等三种[1I。拳法的特点在于进攻路线短、冲力大、速度快、发力狠、动作突然、防不慎防、躲避困难、而且易于应用身体的力量。腿法的特点进攻路线长、打击力大、是远距离进攻最有效的武器。摔法的特点是速度快、发力突然，是贴身搏击的锐利武器。对散打动作技术肌群工作特征分析 肌肉是人体运动的发动机，是产生力的器官。散打动作技术的肌群力学特征主要通过参与工作的肌肉作用类型、肌肉功率、肌肉功、肌肉的发力顺序四方面表现出来。1．1 参与工作的肌群及其特点

散打中的每一动作技术都是全身性的运动，都要求身体各部位的肌群协调、充分的配合使机体能量经济化和动作效果最优化。从体育解刨学的角度上讲，其动作设计与人体的上肢、躯干、和下肢等关节的肌肉的工作特征紧密相连。下面以散打中最常用的右手掼拳为例、对参与掼拳动作关节的运动及肌肉工作的特点进行分析：右手掼拳的动作要求右腿轻微下潜继而快速蹬地并向内扣，髋关节伸展内旋，躯干向左回旋，同时肩胛骨前伸，肩关节前屈，肘关节伸的同时伴随前臂内旋，右拳向外、向前、向里横掼，力达拳面。做掼拳动作时，右腿轻微下潜右后快速蹬地并向内扣动作是由髁关和膝关节完成，参与的肌群为小腿三头肌、胫骨后肌、股四头肌等，是肌肉在近固定时做超等长收缩完成的。髋关节伸展内旋动作主要是臀大肌、大收肌、股二头肌、半肌腱和半膜肌、臀中肌和臀小肌前部及阔筋膜张肌等肌群 在近固定时做向心工作完成的。躯干左回旋动作是由左侧腹内斜肌和右侧腹外斜肌在下固定时做向心工作完成。在手臂摆动过程中，上肢带的肩胛骨做前伸运动，主要是由前锯肌和胸小肌在近固定时做离心工作完成的；肩关节前屈主要是由胸大肌、三角肌前部肌纤维做等长工作完成；肘关节伸的同时伴随前臂内旋动作，肘关节伸主要是由肱三头肌和肘肌在近固定时做向心工作完成的；前臂内旋是旋前原肌、旋前方肌在近固定时做向心工作完成。

由以上分析得知，各关节肌肉的收缩形式有离心收缩、超等长收缩、等长收缩等收缩形式。在各种收缩形式中，产生肌力的大小顺序为：超等长收缩>离心收缩>等长收缩>向心收缩日。显而易见。超等长收缩产生的肌力最大。之所以这种收缩能产生更大的力量是由于肌肉弹性体产生的张力变化和肌牵张反射。从运动生物力学的角度说，人体肌肉包括肌腱是一种黏弹性物质，其在收到迅速牵拉伸长时，能够产生强大的弹性回缩力，黏性物质如果缓慢被拉伸，或者拉伸后在停顿一段时间就会出现松弛现象，其弹性回缩力就会大大降低。所以在散打动作中，尽可能的使肌肉做超等长收缩，使其产生更大的肌力。如在直拳、掼拳、勾拳时，在启动阶段使蹬地腿有意识的小幅度下潜或身体小幅度的转动使肌肉先做离心收缩，继而快速蹬地、转髋、送肩使肌肉做向心收缩，从而增大肌力。在做鞭腿动作时同样使进攻腿下潜，继而快速蹬地，肌肉做超等长收缩，使进攻腿产生了更大的肌力，通过发作用力于地面，从而增加了进攻腿的启动速度。但应注意腿的下潜动作及蹬地发力到动作完成整个过程是快速、连贯一致的，否则会出现肌肉的松弛现象。

1．2 肌肉工作的功率分析 散打中进攻腿或拳对目标击打效果的优劣往往取决于完成动作过程中肌肉功率的大小。肌肉的功率(P)等于肌肉收缩力(T)与肌肉收缩速度()的乘积，即P：w ：：T．旦：T．t t t

肌肉的功率值由该r_v曲线图可以得到，肌力随着肌肉收缩速度的减小而逐渐增大，当肌肉收缩的速度减慢至零时，肌力最大。在图1上每一点的功率等于以该点和坐标原点为两对角顶点的矩形面积，由图知肌肉的功率存在一个最大值，当肌肉收缩速度达到v。时肌肉的收缩速度与肌力的乘积最大，即爆发力P=TV最大，所以散打拳法和腿法技术中要想发挥出最大爆发力必须拥有适宜的力量和速度。事实上，有学者已研究表明，肌肉功率的内部结构还有另外一个很重要的因素——肌力的梯度。在肌肉功率计算公式中，肌肉力量T是一个变量，如果力T是受力点位置的函数T(r)。但是，如果力T是时间的函数T(t)时，那么上面的功率计算公式就变为P= = =T(1)． dS+ v+ _s_mdt dt dt dt dtd St ‘由上式可以看出，即力T随时间t的变化率，称为肌肉梯度，对肌肉的功率也有重要的贡献。所以在散打动作中要

求运动员在极短的时间内发挥出最大力，使得的值增大，从而增大爆发力。有资料显示人体爆发力达到最大所用的时间约为300—400ms，而散打运动员完成某一击打动作时间也在 1 80—600ms之间，已有学者对超级散打王柳海龙和散打王宝力高的后鞭腿动作进行研究，结果得出柳海龙完成这一动作需要330ms，宝力高完成该动作需要310msis]；也有学者对散打健将运动员和一级运动员优劣势侧踹腿达到最大力量所用的时间进行对比研究，得出健将级运动员优势侧踹腿达到最大力量所需时间平均为184．1±6．2ms，弱势侧踹腿为165．3 4-12．4ms，一级运动员优势侧踹腿到达最大力量所需时间平均为195．0 4-12．Oms，弱 势为189-3±10．2ms，由以上研究表明散打击打动作技术在理论上基本能达到发挥最大功率所需要的峰值。这就要求我们在平时的散打训练中，尽量以发展运动员的肌肉功率为主，在短时间内使运动员的击打力量和动作速度最大化。另外，有研究表明爆发力的大小与主动肌的收缩快慢和对抗肌的放松程度有很大关系171。主动肌的主动收缩能加快动作的速度，相反，对抗肌的收缩则起着阻碍动作速度的作用。肌肉放松可以减小肌肉之间的对抗，提高动作的速度。当主动肌群收缩的同时，适时地放松对抗肌群，能减少对抗肌的阻力，增大主动肌群的收缩速度和力量，使动作变得更快、打击更有力，从而有效的增加了肌肉的功 率。

综上所述，我们在平时的散打击打训练中，不仅要在短时间内完成动作外，还应在击打过程中使肢体和相应关节的肌肉放松，直到击打肢体刚接触目标的瞬间增加关节的肌肉力量，使肌1m ／．、肉梯度增大，从而发挥出最大功率，使打击效果最优化。1．3 肌肉工作的肌肉功分析

肌力的系统是在肌肉力影响下由关节连接的骨组成的，一个击打动作的所表现出的速度意味着加速度、力、肌肉收缩。我们知道较大的力能产生较大的加速度，而较大的肌肉收缩产生较大的力，但是，较大的肌肉力是位于近身体中心的，而在散打运动中我们希望建立在攻击的手和脚上的速度，所以问题是如何谐调肌肉来顺序的运动发力。所以，在击打动作中只虑肌肉力是无法达到目的，因为从许多串联的肌肉中获得的瞬时力总和其意义不大。只有考虑击打过程中的整个肌肉功才是更有用的，因为它们直接与系统的动能变化紧密相连。基本原理是肌肉功等于肌肉力乘以肌肉缩短的距离，这种功改变了系统的动能。这种情况下，改变的是身体环节的速度或角速度，因此我们的Et的要协调肌肉收缩，使功最大化，从而使最远端环节的末端效应器的最大速度。由希尔方程知，肌肉的收缩力随着肌肉收缩速度的增加而减小，收缩速度为0时，肌力最大。这意味着在相邻环节之间的相对运动应该在角速度为0时开始，既在此时开始激活肌肉，肌肉一开始激活就有力使一个环节相对于它的临近环节加速，在肌肉激活到最大之前跟着发生运动，节节加速传递，从而使末端击打动能最大化。所以散打运动在完成击打动作时要求上下肢、腰、髋、躯干协调配合，通过蹬地、转髋，合腰将进攻腿或拳作用于击打部位，原因是通过髋关节和躯干的转动所做的功可以使拳或脚的速度最大化，许多短的肌肉产生相邻椎骨之间的转动，这些肌肉只能缩短很小的量。但是他们的巨大数量可以做大量的功，许多浅层的躯干肌跨过一个以上的椎间关节，因为他们离开椎骨转动轴有一段距离，加上它们同样可以缩短相当大的量，所以它们可以产生相当大的力矩，髋关节相对于脚的转动可以发展力矩和角位移。所有这些动作都可以产生肌肉功并可传递到肩带，作为动能表现出来。肌肉功原理就要求我们在进行击打动作训练及实战中充分利用蹬地、转髋、合腰的力，使肌肉充分做有用功，使得末端击打部位的动能最大化。在散打教学训练中注重腿部、髋部、腰部的力量练习。1．4肌肉工作的顺序原则 人体四肢由近端至远端，各关节所配备的肌肉由强变弱，运动中当需要克服大阻力或需要表现出较高的动作速度时，肢体各关节的肌肉虽然都同时用力，但各关节产生的力不同，大关节产生的力最大，中关节次之，小关节最小。对于肌肉工作顺序原理问题，我国学者早有研究，有学者对跆拳道横踢动作研究时得出后横踢肌肉的发力顺序首先是髂腰肌、股直肌、缝匠肌、阔筋膜张肌完成主动收缩，在完成屈髋动作的同时，臀中肌，臀小肌完成右大腿的旋内动作，其次，股四头肌收缩完成伸膝动作的同时在小腿三头肌的作用下完成裸关节的伸屈动作；有研究表明鞭腿打击动作的活动顺序为髋关节一膝关节一髋关节一膝关节一踝关节㈣。充分说明了关节活动顺序由大关节到小关节的原理。因此，在散打动作中，要增加出拳或踢腿的速度和力量就必须的利用肌肉大小关节发力的顺序，主动加强大关节用力，再带动中关节运动，最后带动小关节关节运动。2 散打动作技术特征的力学分析 散打进攻时打击力量的大小、方向以及击打点是评价动作效果好坏的较为重要的生物力学依据之一。下面我们从力学原理方面进行分析。在散打动作中拳法和腿法属于进攻动作，主要 以击打有效部位为主，可称为击打眭动作。对于击打性动作技术，应用动量定理：ΣF。= d(mv)=誓咖，在时间t_tO时间段内，击打肢体接触目标的初始动量分别为P和P。，于是可得击打肢体接触目标时在时间t—to内所受的总冲量的大小为II=f(Fi)dr=I dp=p—Po上式表明：在击打过程中，击打肢体接触击打目标的时间内，其动量的改变量等于这段时间内作用于击打目标合力的冲量，所以要增大击打肢体对目标的击打合力的冲量，就得增加击 打肢体接触目标时间段内的动量改变量。

上式为用冲量表述的击打肢体动量定理的积分形式，在击打肢体击打目标的过程中，冲量是随时间变化的，因而合力的冲量等于各分力的冲量之和，而每一个分力的冲量都可以表示为平均力与时间的乘积，因此上式可表示为：Σ(t．t0)：p—P。=iV—my(v为击打肢体离开击打目标的速度，v。为击打肢体接触击打目标的速度，其中p=mv)，于是得知Σ =—m(v-vo一)，一Io规定击打肢体离开击打目标的速度方向为正方向，于是可知v为正值，VO为击打肢体刚接触击打目标时的速度，由于与离开目标时的速度方向相反，因此v0为负值，既上式可表示为：Σ：二—m(v+—vo)。t—t0 t—t0 上式表明：要增加击打肢体对击打目标的平均力度，就得增加肢体的质量和打击速度，肢体的质量随着运动状态的变化而发生相应变化，不易于控制，并且产生的效果并不大，因此最有效的方法是增大v。和v，减小卜to，既尽量的增加击打肢体刚接触和离开击打目标的速度，缩短击打肢体和击打目标之间接触的时间。对于v和t，我们可以使在击打肢体接触击打目标时决出快收，以缩短击打肢体和击打目标接触的时间t，增加击打肢体离开击打目标的速度v，但如何增大击打肢体刚接触击打目标的速度Vo，这是值得我们探讨的问题。在散打击打动作中，大多数动作实质上是绕相应轴的转动，如以鞭腿为例，由角速度与线速度的关系v=∞r2知，只要提高腿转动的角速度m，就可以增大脚接触目标的速度v。由转 动定律ΣM=Id得知，转动体绕固定轴转动时，转动体的转动惯量(I)与角加速度()之积等于转动体所受的合外力矩(ΣM)。因此要提高鞭腿进攻的角加速度，增加角速度∞，就必须增大肌力矩ΣM，缩小转动惯量I。所以在脚刚接触击打目标时应加强各肌肉关节的用力，增大肌力矩，并在不同的动作阶段合理的应用进攻腿的屈与伸，改变转动惯量的大小，才能提高角速度∞，才能真正实现提高进攻效果的目的。另外，由动量矩定理ΣMt=I ∞2-1．∞，得知当动量矩的大小一定时，转动体所受的冲量矩ΣMt在数值上等于转动体的转动惯量(I)与转动速度(∞)之积的改变量。从动量矩定理可以看出，在肌力矩一定时，肢体在某一时刻以不同的姿势转动时，其击打效果显然是不同的。也就是说，进攻腿从蹬地动作开始到击打动作结束，大腿相对髋关节从加速弯曲过渡到快速制动过程中，小腿如何折叠，有如何伸展，对进攻腿的动量矩变化都起着重要的作用。由此可见，动量矩变化量的大小对进攻腿摆动速度的影响是非常重要的，因此在训练中，把握动作的连贯性，注重动作的实效性，在确保自身稳度的前提下，尽量增大进攻腿的动量矩增量。散打运动其动作大多涉及到肢体的转动，上述分析对其它散打动作同样也适用，如根据动量定理和转动定律原理，直拳动作在出拳时蹬地，拧腰，转髋，并使拳配合旋转，以增大直拳刚接触目标时的速度和角速度，增加打击力度。掼拳在摆动过程中以肘关节角度大小的改变来调整肢体相对于肩关节轴的转动半径，以达到摆动肢体相对于肩关节的转动惯量，从而获得较好的打击效果的目的。3 结论与建议

第五篇：生物力学总结（最终版）

生物力学总结

能源与动力工程学院

39042128 马建栋

跆拳道的生物力学分析

一、摘要

本学期我选修了生物力学这门课，在课程中初步的了解了生物力学的研究范围、研究对象及其应用等。生物力学（biomechanics）生物力学是应用力学原理和方法对生物体中的力学问题定量研究的生物物理学分支。其研究范围从生物整体到系统、器官(包括血液、体液、脏器、骨骼等)，从鸟飞、鱼游、鞭毛和纤毛运动到植物体液的输运等。生物力学的基础是能量守恒、动量定律、质量守恒三定律并加上描写物性的本构方程。生物力学研究的重点是与生理学、医学有关的力学问题。依研究对象的不同可分为生物流体力学、生物固体力学和运动生物力学等。本学期的生物力学课程主要介绍了生物摩擦学、生物运动学、血液流变学和骨力学。

二、引言

现代生物力学大约起源于20世纪60年代末，生物力学和运动生物力学发展进入了形成和发展时期。在这一时期专家们对于人和动物运动的生物力学特性进行了积极的研究。随着对于运动训练问题研究范围的不断扩大，有关运动员完成比赛动作技术分析方面不同角度生物力学的研究得到了积极发展。近些年教育生物力学中的传统学术方面在东欧国家得到了进一步的发展，在这一领域里所进行的现代科学研究的主要方向首先决定于使用现代科研方法的可能性。研究生物力学对当前的医学水平和生命机理有至关重要的意义。

三、正文

1研究对象

以滨州市跆拳道队女队运动员为研究对象，在实验条件下对她们的后腿横踢技术动作进行拍摄，A均在近几年滨州地区跆拳道比赛中获得过优异成绩。B为滨州地区跆拳道队普通队员.2研究方法

研究主要是通过使用两台日本产Pansonic DP 200Sony摄像机进行三维录像拍摄。一台摄像机是旋转在“运动方向”右边，距受试者约15ｍ处，另一个摄像机放置在受试者左边约15ｍ处，两摄像机主光轴约成90°，高度约为1.5ｍ。两台摄像机的拍摄频率为25帧/ｓ。为保证图像清晰，采用 1/250ｓ的快门速度。拍摄日期及时间显示于屏幕的左下角。为保证每名受试者动作能够在Ａ机和Ｂ机中对应，拍摄中使用一包括25个标记点的树形框架(PEAK公司)型号为003-C，拍摄横踢动作前将框架置于动作区域内并拍摄框架，完毕后，移走框架。每名受试者在做完充分的准备活动后，拍摄10次横踢动作。对每名受试者随机抽取的2次横踢进行了详细分析。运用一台配置为CR1.7的个人电脑，采用会声会影软件和图像采集卡对所得录像进行剪辑，用美国艾里尔（Ariel Dynamics）公司生产 the APAS System录像解析系统，对运动员A和B后腿横踢技术动作进行分析和研究。在解析过程中，选取摆动腿的3个关节点，其中包括:髋关节、膝关节、踝关节。采用DLT法进行三维分析，X，Y，Z坐标为右手系。运用计算机把技术图像进行数字化处理，并通过运动生物力学分析和研究，给出必要的数学参考模型。解析结果用数字滤波法进行数据平滑，截断频率为8，用Excel对提得数据进行统计，分析髋、膝、踝关节的运动特征。每次踢的分析结果、角变化、速度数据都绘成了曲线，找出他们技术优势与不足。结果与分析

运动员A与运动员B总体变化规律基本相同

从整体情况来看，运动员A与运动员B的后横踢动作均符合下肢鞭打运动原理。其中小腿先折叠后摆可提高踢腿速度。根据转动惯量理论，Ｉ=ＭＲ2。如把整个横踢动作看做腿绕髋关节的转动，则小腿折叠减小了腿的回转半径，也就是减小了腿的转动惯量。这样，在同样大小的髋关节肌肉力矩作用下，根据转动定律，∑Ｍ=Ｉβ。转动惯量越小则获得的转动角加速度越大，同时摆腿角速度越快。在横踢这一多关节连续动作中，同样也存在牵张反射机制。当踢腿时，总是先屈膝，这一动作使以股四头肌为主的主动肌群伸展。主动肌伸展使肌肉拉长并刺激关节感受器，导致随后的动作中肌肉有力的收缩。同时，这里也存在利用肌肉弹性势能的可能性，即当肌肉离心收缩或拉长后，由于弹性势能会很快地产生向心收缩。因此，对于一个高水平的跆拳道运动员来说，使主动肌在收缩前足够地放松，使远侧环节能够更加滞后是一种重要的技术。另外，人体四肢由近端关节至远端关节，各关节所配置的肌肉的强弱，即肌肉的生理横断面逐渐减小。在生物力学中把关节处所配置的肌肉生理横断面大的称大关节，反之称小关节。这与人体活动时各关节所遇到的阻力矩由近端至远端依次减小的情况是完全一致的。运动中当需要克服大阻力或需要表现出较高的动作速度时，肢体各关节的肌肉虽然都同时用力，但其中大关节总是首先产生活动，并依据关节的大小表现出一定的先后顺序。依据关节大小表现出大关节首先发力，以克服环节或肢体的惰性，便于环节或肢体的启动；中等关节次发力，便于环节或肢体进一步加速；小关节最后发力便于控制环节或肢体的运动方向和运动幅度。因此，在跆拳道的横踢动作中应严格遵循这一规律，否则，必然造成动作结构错误，动作幅度、速度、力度受限，身体稳度降低以及增大动作预兆等诸多负面结果。总的来说，运动员A与运动员B均符合以上原理，但是他们之间又存在着一定的差距。

4运动员A与运动员B髋关节和膝关节角度变化的对比分析

在踢腿动作中，首先膝关节屈曲小腿后摆，之后小腿前摆向目标踢出。其中膝角升高和降低曲线坡度都很陡，这表明横踢动作中屈膝与伸膝具有较高的角速度，也就是说，膝关节屈伸肌的作用同样重要。这表明，踢腿动作中，首先大腿向前摆出，而小腿后摆折叠，然后，当大腿摆到一定位置后，大腿制动，小腿前摆踢出，膝关节角度陡然增加。根据这一研究结果可知，跆拳道运动员在横踢过程中正确的膝关节变化是关节角度先变小，再变大，再变小的过程。

5结论

跆拳道的横踢动作中，大腿首先加速前摆，膝关节屈曲小腿折叠。当大腿摆至体前目标方向时，股四头肌收缩使小腿踢出。良好的技术特征中由大腿带动小腿踢出，小腿在踢出前应尽量放松。只有这样，才能更好地完成快速、有力踢腿。这一技术动作符合关节活动顺序性原理。

运动员A的技术动作的完成基本是合理和准确的，对横踢这一技术的理解比较好，在训练中注意加强身体素质的训练，使其技术动作更加完善。

运动员B的髋关节没有展出去，在提完膝后大腿没有一个明显的制动动作，技术动作完成的不准确。

参考文献：

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