实际使用 必威体育精装版14年10月生物力学第二章.ppt稿.ppt

第三章 人体生物力学参数 第一节 人体惯性参数 人体惯性参数是指人体整体及环节的质量、质心（重心）位置、转动惯量及转动半径。 一、 人体惯性参数特征 （一）人体惯性参数特征量 1. 质量 质量是物体含有物质的多少，它是衡量物体平动惯性大小的物理量，用以描述物体保持原有运动状态的能力。 2. 重量 重量包括人体总重量和人体环节重量。 重量与质量有对应关系，但随着重力加速度g的变化，这种对应关系也随之变化。物体的重量为W，物体的质量为m，重力加速度为g，则质量与重量之间的关系为：W=mg。 3．人体质心（重心） 人体总质心是指人体整体质量分布的加权平均位置。人体重心是人体各环节所受地球引力的合力作用点。 4．环节质心（重心）位置 人体环节质心（重心）在各环节中几乎都有一个固定的位置。纵长环节的质心（重心）大致位于纵轴上，靠近近侧端关节。 5. 转动惯量 设物体（人体）转动部分由n个微小质量⊿mi构成，微小质量⊿mi距转轴的距离分别为ri。则转动惯量的定义式为： 6. 回转半径（转动半径） 由于很难了解物体中每一质点的质量及其到转动轴的距离，通常都是用物体的整体质量。假设绕某转动轴转动的物体全部集中在离轴某一距离的一点上，即用这一点来代表整个物体的质量，这时它的转动惯量如果恰好与原物体相对此轴的转动惯量相等，则称这个距离为回转半径（R），也叫转动半径，用公式表示为： （二）人体惯性参数的特性 1. 人体重心位置 性别：由于男女之间在青春期发育情况的差异，从总体上来说，女子重心的相对高度比男子低0.5%~2%。 年龄：随着年龄的变化，重心的绝对高度与相对高度均会发生变化。一般来讲，婴儿重心的相对高度比成年人约高10%~15%，随着年龄的增长相对重心高度会下降。 运动专项：由于运动专项训练方式的不同，会使某些运动员的局部环节质量及分布发生改变。运动专项不同对人体总重心的位置有所影响，滑冰、足球和短跑等下肢肌肉肥厚运动员的相对重心位置较低，而体操、游泳、赛艇等上肢肌肉肥厚运动员的相对重心位置较高。 姿势：人体姿势的改变对重心位置有重大影响。当环节向某方向运动时，身体重心随之向该方向移动，在某些情况下，特别是当前屈或后仰时，身体总重心甚至移出体外（图2-1）。 2.人体转动惯量 因为人体转动惯量这种可变性，使人可以根据不同的动作目的，调节身体姿势改变转动惯量，达到自我控制的目的。利用人体转动惯量的可变性，可以通过变换转动轴或通过改变姿势来改变转动惯量，以完成各种动作。例如，跳水运动员在完成空翻动作过程中，从起跳、团身、打开身体入水，身体对额状轴的转动惯量随身体姿势的改变而改变。 二、人体惯性参数模型 （一）人体惯性参数测量方法 1. 尸体测量法 2．活体研究 (1)水浸法 水浸法是根据阿基米 德原理，浸入水中环节 的体积等于被排开水的 体积，然后再与人体平 均密度相乘得到环节质量。 (2)称重法（平衡板法） 其原理应用力矩平衡方程，测量人体总重心位置 第二节 运动学参数 一、运动学参数特征 （一） 运动学参数 1．时间参数 （1）时刻 是人体位置的时间量度，是时间上的一个点。它用于运动的开始、结束和运动过程中许多重要位相的瞬时。 （2）时间 是运动结束时刻与运动开始时刻之差值。运动持续时间是运动始末两个时刻之间的间隔。 （3）频率 是动作重复性的度量，频率就是单位时间内重复进行的动作次数。 2．空间参数 （1）路程 指人体从一个位置移到另一个位置时，人体运动的实际路线的长度。 （2）位移 表示人体在整个运动过程中位置总的变化，既有大小又有方向，是对运动的直线量度。 （3）角位移（转动角） 描述人体转动的空间物理量，人体整体或环节绕某轴转动时转过的角度，称为角位移。 3．时空参数 （1）速度 指人体所经过的位移与通过这段位移所用时间之比，是描述人体运动快慢和方向的物理量，用v表示。 （2）速率 指人体运动所经过的路程与通过这段路程所用的时间之比，是描述人体运动快慢程度的物理量，只有大小，不表明方向。 （3）角速度 指人体在单位时间内转过的角度，用ω表示。角速度用以表示物体转动的快慢与转向。 （4）加速度 指单位时间内人体速度的变化量，是描述人体运动速度变化快慢的物理量，用a表示。 （5）角加速度 用角加速度表示人体转动时角速度变化的快慢，用β表示。 （二） 运动学参数相对性特征 1．参照系又称参考系 指为了描述人体运动所选定的作为参考标准的物体或物体群。 （1）惯性参照系 指以地球或相对于地球静止不动的物体、或做匀速直线运动的物体作为参照系，通常又称为静参照系。 （2）非惯性参照系 指以相对于地球