运动生物力学

运动生物力学是研究体育运动中人体及器械的机械运动规律的学科。主要是研究体育运动中各种力学现象。

-----------------------力学基础

【静力学】①人体运动的静力学主要研究人体在运动过程中处于平衡状态（动态平衡和静态平衡）的受力情况；②平衡的力学条件：作用于物体上的一切外力相互平衡，也就是物体所受的合外力为零，同时所受的合外力矩为零。③稳定性：是指人体在抵抗各种干扰作用保持平衡的能力；根据重心位置和支撑点分为上支撑平衡（支撑点在重心之上，单杠悬垂），下支撑平衡（支撑点在重心之下，站立，手倒立），混合支撑平衡（重心位于上下支撑点之间，上拉下推）

影响平衡因素：①支撑面积（支撑面积越大，物体平衡稳定性就越大，如单脚和双脚，并腿和分腿）②重心（重心越低，稳定性越好）；以上两点只能一般说明物体稳定性的大小，而不能反映不同方向上稳定性的差异（马步动作，面积大，重心低但这个动作前后方向的稳定性比左右方向的稳定性差）③稳定角（人体重心作用线和相应支撑边缘点的连线之间的夹角，稳定角愈大，物体的稳定程度越大 ④稳定系数：一个物体是否失去平衡，取决于改物体重心垂直投影线是否落在支撑面内，如落在支撑面内，就保持平衡，落在支撑面外，就失去平衡。

人体平衡特点：1、人体不能处于绝对静止的状态 2、人体补偿动作 3、自我控制，调节，和恢复平衡的能力（当人体失去平衡的时候，能够通过视觉和本体感觉，在大脑皮质的控制下，通过肌肉收缩重新造成平衡的力学条件，这种平衡能力，可以通过训练不断加强。难度动作，吊环前水平，高台停车。

【动力学】人体运动的动力学基础以牛顿力学为基础。①牛顿第一运动定律（惯性定律）：一切物体在不受外力情况下，总保持着匀速直线运动状态或静止状态。在体育运动中，合理利用惯性定律可以提高人体的运动效率，减少体能消耗，提高运动能力（注意动作的连贯性，尽可能频繁的改变运动速度）。②牛顿第二定律，F=ma，力与加速度的关系。③牛顿第三定律，作用力与反作用力（走跑跳，就是蹬地过程中地面给人体的反作用力）。

【转动力学】①转动惯量（描述物体在转动过程中惯性的大小），I=mr²，转动惯量用来描述物体保持原有转动状态的能力，因此转动惯量大的物体的转动状态较难被改变，转动惯量小的物体转动状态则相对较易改变。（团身和伸展，跳水）②转动惯量与角速度成反比（跳水，跑步曲肘摆臂、折叠小腿减小肢体的转动惯量，提高摆动角速度）。

【流体力学】伯努利定律，流速与压强的关系。（流体和气体）

------------------------人体运动器官的生物力学

【骨】①骨的特点，支撑、保护；除了牙本质和牙釉质骨是人体内最硬的结构；最有动力终身保持代谢活力的组织之一；拥有高度丰富的血管组织，有极好的再生修复能力；在费用和强力使用过程中，常可见骨密度的改变。②强度是指材料抵抗破坏的能力和刚度是材料抵抗变形的能力。③影响骨力学性质的因素。性别和年龄（股骨平均拉伸强度极限随着年龄增加而显著减少，性别上骨的抗拉和抗压强度不存在显著差异）；骨各项异性，纵向和横向结构不同表现出来不同的力学性能；加载应变速率（单位时间内的应变）的影响（应变速率越大，骨的强度极限越大，速率在大于0.1后，极限应变呈递减趋势；应力集中（材料上有圆孔、沟槽、切口、细纹时，会使得应力不再均匀分布，应力集中将大大降低骨的强度）

骨生物力学行为：①拉力负载（临床上因拉伸负载引起的骨折往往是发生于富有松质骨的部位），压缩负荷（关节周围肌肉异常强力收缩造成关节压缩性骨折），剪切负荷（多见于松质骨），弯曲负荷，扭转负荷，复合负荷。     ②肌肉的压缩所产生的的压应力，帮助骨骼本身产生的拉应力，从而降低和消除加于骨骼上的拉应力。   ③骨功能适应性：体力活动对骨骼施加了负载，使得成骨细胞活性增强，促进了骨的生成。静止不运动将会导致骨密度、刚度和机械强度发生大幅度的降低。

【关节软骨】动关节末端覆盖一层1-6mm、致密且透明的白色结缔组织，称为透明关节软骨。关节软骨是独立的组织，无血管、淋巴管、也没有神经支配。两个主要功能：减少接触关节面压力；两关节面相对运动时减少摩擦力，降低损耗。水分占关节软骨总重量的60%-80%。可以被认为是充满液体的有多孔可渗透的介质。

关节软骨特性：①渗透性②粘弹性③润滑性，界面和压渗。    磨损：分界面磨损和因承载面变形引起的疲劳性磨损。当磨损出现软骨面超微结构损害或质量消耗，软骨表面会变软，渗透性增加。这种情况下，液体流动的阻力减少，使液膜中的液体通过软骨而泄露。从而进一步加剧磨损。

关节活动时，关节透明软骨面之间时而相互压缩时而放松。压缩时，基质内液体溢出，放松时，液体进入基质内。过度负重是关节软骨发生退变及加速退变进程的主要因素。关节软骨磨损后逐渐变薄，出现水平裂隙，以至表面软骨成为小碎块，脱落于关节腔内。软骨被破坏后，软骨钙化层甚至骨质裸露。

【肌腱和韧带】肌腱将肌肉的收缩力传至关节和带动关节运动，属于柔软的组织，可以绕着骨骼的外缘改变肌肉拉力方向。韧带，容许骨与骨之间的活动，可承受很大的张力及对抗外力过度伸展。

力学特性：①拉力，当拉伸负载刚施加于肌腱或韧带上时，较小的拉伸力就可使组织产生较大的延伸（松弛状态下呈波浪形态的胶原纤维拉直）；当负载持续增加，肌腱和韧带组织刚度也会增加，因此需要更大的拉力产生相应的延伸量；当力增加到一定程度时，肌腱和韧带内部的纤维束开始出现不可逆的损伤；外界拉力持续增加，肌腱或韧带内部大量纤维束不规律断裂，直至完全断裂。②粘弹性，应力松弛和蠕变是测试肌腱和韧带粘弹性的重要指标。应力松弛是指材料内部的应力会随着时间的延长而下降，蠕变是指材料的形变随着时间的延长而增加。

影响肌腱、韧带生物力学性能因素：①成长及老化，成长期（至20岁），组成肌腱与韧带的胶原纤维直径增加；成人中（20-60）肌腱和韧带的生物力学性能会有一段时间保持不变，之后胶原纤维的直径随着年龄增长而减少。②运动与制动，同骨一样，韧带和肌腱会适应受到外界负载需要而进行再造。运动训练可以增加肌腱和韧带与骨连接点的拉伸强度。制动关节会减弱韧带的强度。

【人体骨骼肌的生物力学】肌肉基本功能是讲化学能转变为机械能。肌肉生物力学指标：肌肉收缩力、肌肉收缩速度。

---------------------人体基本运动原理

【人体基本运动形式】上肢：①推（上肢由屈曲状态变为伸展状态的动作称为上肢推，如举重推起、铅球）②拉（上肢由伸展动作变为屈曲状态的动作称为上肢的拉，如划船、游泳的划臂动作）③鞭打（由近端环节到远端环节依次加速和制动）。下肢：①缓冲②蹬伸③鞭打

【人体基本运动原理】

1、杠杆原理：人体运动以骨为杠杆，关节为支点，肌肉收缩为动力完成的。类型：平衡杠杆（支点位于力点和阻力点之间）；省力杠杆（阻力点位于支点和力点之间）；费力杠杆（动力点位于支点和阻力点之间）

2、复杠杆原理：膝关节接近伸直时，用很小的力（伸直）就可以产生很大的举力。

3、关节活动顺序性原理：大关节首先产生活动，充分发挥大关节的大肌肉生理横截面积。