第五章運動生物力學(xué)應(yīng)用-人體平衡2

1、游游運動生物力學(xué)運動生物力學(xué)游永豪游永豪合肥師范學(xué)院合肥師范學(xué)院 體育科學(xué)系體育科學(xué)系Telel-mailE-mail：游 人體平衡的生物力學(xué)分析人體平衡的生物力學(xué)分析 第五章 運動生物力學(xué)應(yīng)用 第一節(jié)第一節(jié)游內(nèi)容提要內(nèi)容提要一、人體平衡概述一、人體平衡概述1 1二、人體平衡的力學(xué)原理二、人體平衡的力學(xué)原理2 2三、影響人體平衡的因素三、影響人體平衡的因素3 3四、人體平衡的生物力學(xué)分析舉例四、人體平衡的生物力學(xué)分析舉例4 4游一、人體平衡概述一、人體平衡概述（一）（一） 人體重心的概念人體重心的概念 l物體的重心是物體所受重力物體的重心是物

2、體所受重力的合力作用點的合力作用點，人體的重心也，人體的重心也就是人體所受重力就是人體所受重力的合力作用點的合力作用點。l意義：意義：l評定一個體育動作完成的質(zhì)量，分析其技術(shù)特征以及糾正錯評定一個體育動作完成的質(zhì)量，分析其技術(shù)特征以及糾正錯誤動作等，都需要根據(jù)運動時誤動作等，都需要根據(jù)運動時人體重心的變化規(guī)律人體重心的變化規(guī)律。l特別是分析特別是分析靜力性動作靜力性動作，判定平衡的穩(wěn)定性及分析動作的合，判定平衡的穩(wěn)定性及分析動作的合理性時，必須從理性時，必須從人體重心相對于支撐面的位置人體重心相對于支撐面的位置來確定。來確定。游一般物體的重心比較恒定，而人體重心是變化的。一般物體的重心比較恒定

3、，而人體重心是變化的。人體重心變化人體重心變化不僅在一段時間內(nèi)，要受不僅在一段時間內(nèi)，要受肌肉和脂肪肌肉和脂肪的增長的增長或消退等因素的影響，即使在每一瞬間，也要受到或消退等因素的影響，即使在每一瞬間，也要受到呼吸、呼吸、消化和血液循環(huán)消化和血液循環(huán)等因素的影響，特別是在運動中，要受到等因素的影響，特別是在運動中，要受到人體姿勢變化人體姿勢變化的影響，隨著姿勢的改變而改變，有時甚至的影響，隨著姿勢的改變而改變，有時甚至能夠移出體外。能夠移出體外。游（二）人體平衡的分類（二）人體平衡的分類 1. 根據(jù)根據(jù)支點相對于人體重心的位置支點相對于人體重心的位置不同不同，將人體平衡分為以下，將人體平衡分為

4、以下3種：種： （1 1）上支撐平衡）上支撐平衡： 當(dāng)人體處于平衡，且當(dāng)人體處于平衡，且。 如體操中的各種懸垂動作。如體操中的各種懸垂動作。 游（2）下支撐平衡）下支撐平衡：當(dāng)人體處于平衡，當(dāng)人體處于平衡，。例如，站立、平衡木上的平衡動作及田徑、例如，站立、平衡木上的平衡動作及田徑、游泳、舉重等各類平衡動作。游泳、舉重等各類平衡動作。（3）混合支撐平衡）混合支撐平衡：是一種多支撐點的平衡狀態(tài)，是一種多支撐點的平衡狀態(tài)，例如，肋木側(cè)身平衡。例如，肋木側(cè)身平衡。游 根據(jù)根據(jù)平衡的穩(wěn)定程度平衡的穩(wěn)定程度把人體平衡分為把人體平衡分為4 4種：種：（1 1）穩(wěn)定平衡）穩(wěn)定平衡：其特點是當(dāng)偏離平衡位置時，

5、重心升高，產(chǎn)生的重力：其特點是當(dāng)偏離平衡位置時，重心升高，產(chǎn)生的重力矩使物體向平衡位置運動，回到平衡位置后，合力為零，合力矩為零。矩使物體向平衡位置運動，回到平衡位置后，合力為零，合力矩為零。（2 2）不穩(wěn)定平衡）不穩(wěn)定平衡：其特點是偏離平衡位置時，重心降低，產(chǎn)生的重力：其特點是偏離平衡位置時，重心降低，產(chǎn)生的重力矩使物體繼續(xù)傾倒。僅在下支撐平衡動作出現(xiàn)。矩使物體繼續(xù)傾倒。僅在下支撐平衡動作出現(xiàn)。（3 3）有限度的穩(wěn)定平衡）有限度的穩(wěn)定平衡：其特點是在一定限度內(nèi)的偏離平衡位置時，：其特點是在一定限度內(nèi)的偏離平衡位置時，人體重心升高，產(chǎn)生的重力矩使人體向平衡位置移動，最終恢復(fù)平衡，人體重心升高，

6、產(chǎn)生的重力矩使人體向平衡位置移動，最終恢復(fù)平衡，但超出某一定限度的偏離平衡位置時，人體重心降低，產(chǎn)生的重力矩但超出某一定限度的偏離平衡位置時，人體重心降低，產(chǎn)生的重力矩使人體更加偏離平衡位置。使人體更加偏離平衡位置。（4 4）隨遇平衡）隨遇平衡：其特點是偏離原來位置時，重心高度不變，不產(chǎn)生使：其特點是偏離原來位置時，重心高度不變，不產(chǎn)生使物體位置移動的重力矩。物體位置移動的重力矩。游5. 5. 力的可傳性原理力的可傳性原理力可沿其作用線任意移動，而不改變其對物體的效應(yīng)。力可沿其作用線任意移動，而不改變其對物體的效應(yīng)。二、人體平衡的力學(xué)原理二、人體平衡的力學(xué)原理游6. 6. 力的平移定理力的平移

7、定理（1 1） 力矩、力偶矩力矩、力偶矩力矩為力與力臂的乘積。如力對于力矩為力與力臂的乘積。如力對于O O點的力矩為點的力矩為M M如圖所示。力矩的方向按右手螺旋法則，即如圖所示。力矩的方向按右手螺旋法則，即四指沿矢徑四指沿矢徑r的方向轉(zhuǎn)向力方向，大拇指的的方向轉(zhuǎn)向力方向，大拇指的方向即為力矩方向。該力矩方向為垂直于平方向即為力矩方向。該力矩方向為垂直于平面向外。通常規(guī)定：力有使物體逆時針方向面向外。通常規(guī)定：力有使物體逆時針方向轉(zhuǎn)動的趨勢，則該力所產(chǎn)生的力矩為正，反轉(zhuǎn)動的趨勢，則該力所產(chǎn)生的力矩為正，反之為負。之為負。FdFrMsin游力偶力偶是指一對大小相等、方向相反的平行力。是指一對大小

8、相等、方向相反的平行力。 如汽車司機兩手作用于方向盤的力就是一個力偶。如汽車司機兩手作用于方向盤的力就是一個力偶。 力偶中二力之和為力偶中二力之和為0，即力偶無合力。，即力偶無合力。 力偶可以產(chǎn)生力偶可以產(chǎn)生力偶矩力偶矩。M=Fd M=FdM=Fd，式中，式中d d為力偶臂，是力偶兩力作用線之間的垂距為力偶臂，是力偶兩力作用線之間的垂距，如果力偶使，如果力偶使物體作逆時針方向轉(zhuǎn)動的趨勢，則力矩為正，反之為負。物體作逆時針方向轉(zhuǎn)動的趨勢，則力矩為正，反之為負。游（2 2）力的平移定理）力的平移定理如圖，如圖，作用于點作用于點A A的力可用作用于點的力可用作用于點B B的力和力偶矩的力和力偶矩M

9、M來代替。來代替。5 - 9游7. 研究對象的受力分析研究對象的受力分析為了清晰地表示物體的受力情況，需要把研究的物體（受為了清晰地表示物體的受力情況，需要把研究的物體（受力體）從周圍的物體（施力體）中分離出來，單獨畫出簡力體）從周圍的物體（施力體）中分離出來，單獨畫出簡圖，叫做圖，叫做取研究對象取研究對象。然后把施力物體對研究對象的作用。然后把施力物體對研究對象的作用力全部畫出來（力全部畫出來（受力圖受力圖）。）。 游例例1 簡化田徑運動員跑步后蹬動作的身體受力圖，并分析這些力對簡化田徑運動員跑步后蹬動作的身體受力圖，并分析這些力對運動的影響。運動的影響。解：如圖解：如圖5-105-10所示

10、后蹬動作中身體受到所示后蹬動作中身體受到4 4個力的作用。（個力的作用。（1 1） 重力重力G G（2 2）地面支撐力）地面支撐力N N（3 3）地面摩擦力）地面摩擦力f f（4 4）空氣阻力）空氣阻力F F。把。把N N、f f、F F三三力平移至重心力平移至重心O O點，并加上相應(yīng)的力偶矩，如圖點，并加上相應(yīng)的力偶矩，如圖5-115-11所示。所示。5-105-11游（二）力學(xué)條件（二）力學(xué)條件作用于人體的力系可以簡化為一個作用于人體的力系可以簡化為一個合外力和一個合外力矩，當(dāng)力系平合外力和一個合外力矩，當(dāng)力系平衡時滿足下列條件時，人體即處于衡時滿足下列條件時，人體即處于平衡狀態(tài)，即：平衡

11、狀態(tài)，即： 當(dāng)當(dāng)F=0 F=0 時，人體沒有平動的加速時，人體沒有平動的加速度；度；當(dāng)當(dāng)M=0M=0時，人體沒有轉(zhuǎn)動的角加時，人體沒有轉(zhuǎn)動的角加速度，兩個條件同時滿足人體即達速度，兩個條件同時滿足人體即達到平衡。到平衡。 燕式平衡燕式平衡游（一）影響人體平衡的（一）影響人體平衡的力學(xué)因素力學(xué)因素是人體處于有限穩(wěn)定平衡狀態(tài)時，抵抗各種破是人體處于有限穩(wěn)定平衡狀態(tài)時，抵抗各種破壞的作用而保持平衡的能力。壞的作用而保持平衡的能力。三、影響人體平衡的因素三、影響人體平衡的因素 1 1支撐面：支撐面：支撐面是由各支撐部位的表面及它們所包圍的面積。支撐面是由各支撐部位的表面及它們所包圍的面積。支撐面越大，

12、支撐面越大，物體平衡的穩(wěn)定性就越好。物體平衡的穩(wěn)定性就越好。 2 2重心高度重心高度：重心越低，穩(wěn)定性越好。重心越低，穩(wěn)定性越好。穩(wěn)定角穩(wěn)定角是重力作用線和重心至支撐面相應(yīng)邊界的連線之間的夾角。穩(wěn)定角越大是重力作用線和重心至支撐面相應(yīng)邊界的連線之間的夾角。穩(wěn)定角越大穩(wěn)定性越好，反之則越差。穩(wěn)定性越好，反之則越差。 3 3體重體重：在摔跤、拳擊、柔道等項目中運動員按體重分級的原因之一是體重：在摔跤、拳擊、柔道等項目中運動員按體重分級的原因之一是體重對人體的穩(wěn)定性也有影響。對人體的穩(wěn)定性也有影響。游 例例2 2 :運動員體重運動員體重70kg70kg，兩腳間距為，兩腳間距為0.5m0.5m，對手將

13、一個，對手將一個196N196N的力從側(cè)面水平地作用于他，作用點的力從側(cè)面水平地作用于他，作用點距地面的高度為距地面的高度為1.0m1.0m。若該運動員受推力過程中姿勢不改變，試求：。若該運動員受推力過程中姿勢不改變，試求：（1 1）重力作用線在支撐面正中央的穩(wěn)度系數(shù)；）重力作用線在支撐面正中央的穩(wěn)度系數(shù)；（2 2）若該運動員將重力作用線移到離左腳）若該運動員將重力作用線移到離左腳B B點點5cm5cm處，試求運動員在左右兩個方向上的穩(wěn)度系數(shù)處，試求運動員在左右兩個方向上的穩(wěn)度系數(shù)（3 3）若運動員將兩腳間距增大至）若運動員將兩腳間距增大至1m1m時，試求重力作用線在正中央時的穩(wěn)度系數(shù)。時，試

14、求重力作用線在正中央時的穩(wěn)度系數(shù)。穩(wěn)度系數(shù)穩(wěn)度系數(shù)為為穩(wěn)定力矩與翻倒力矩之比值穩(wěn)定力矩與翻倒力矩之比值。穩(wěn)度系數(shù)。穩(wěn)度系數(shù)K1K1時，平衡沒有被破壞；時，平衡沒有被破壞；K=1K=1時，處于臨界狀態(tài)；當(dāng)時，處于臨界狀態(tài)；當(dāng)K1K L 肌肉拉力臂。需要強大的肌肉拉力臂。需要強大的肌肉力才能完成動作。高度的肌緊張集中在肩關(guān)節(jié)處，肌肉力才能完成動作。高度的肌緊張集中在肩關(guān)節(jié)處，肩關(guān)節(jié)內(nèi)收縮，肩帶肌群起固定作用，屬于大強度的靜肩關(guān)節(jié)內(nèi)收縮，肩帶肌群起固定作用，屬于大強度的靜力性用力動作。力性用力動作。游l人體可以做出形式樣的各種動作，有的動作做起來簡單，人體可以做出形式樣的各種動作，有的動作做起來簡單，但是需要運動員具備很大的肌肉力量，而有的動作對力但是需要運動員具備很大的肌肉力量，而有的動作對力量要求并不是太高，但是對運動員對人體組織器官的生量要求并不是太高，但是對運動員對人體組織器官的生物學(xué)特性要求很高。物學(xué)特性要求很高。l根據(jù)以上表述請思考：根據(jù)以上表述請思考： 吊環(huán)吊環(huán)“十字支撐十字支撐”和少林功夫和少林功夫 “一指禪一指禪”分別屬于難分別屬于難度？理由是什么？度