08级运动生物力学讲稿第二章34.doc

第二章 人体运动生物力学参数 第三节 人体运动学参数 一、运动的绝对性和描述运动的相对性： （一）运动是物质的存在形式，（广义）运动是绝对的。 （二）运动生物力学所指的运动是机械运动，是狭义的运动。 （三）对任何一个物体运动的描述都是相对的，即选择不同的物体为参照标准时，可以得出不同的结论。 例如：①研究人是否运动，以地球和太阳分别为参照物……。 ②跳远腾空后，研究臂的摆动动作，以地面和人体重心分别为参照物时，结论也不一样。 二、人体运动的参照系和坐标系： （一）参照系 1、定义：描述物体运动时，所选定的作为参考标准的物体或物体群，也称参考系或参考体。 （1）参照系的选取是任意的，原则是因研究问题方便而定。 （2）选择不同参照系时，对同一物体的运动可得出不同结论。（如坐在汽车中的人分别以车和道路两旁的树为参照系） （3）参照系选定后，一般认为参照系不动。（任何物体都可选为参照系） 2、分类： （1）惯性参照系：是指以地球或相对于地球静止不动的物体、或相对地球作匀速直线运动的物体作为参照标准的参照系。又称静参照系。 例如：研究运动中人体重心的位移、速度、加速度和器械的运动时，一般选地面为参照系。器械体操动作通常选器械为参照系。平动扫描摄影或录相通常选匀速移动的摄影机或车为参照系。 惯性参照系是研究体育运动经常采用的参照系，牛顿运动定律只适用于惯性参照系。 （2）非惯性参照系：是以相对于地球作变速运动的物体或相对于惯性参照系做变速运动的物体作为参照标准的参照系。又称为动参照系。 例如：研究人体环节的运动时，通常选人体总重心为参照系，而人体重心往往是相对地面作变速运动。 △在不同参照系中观察同一物体的运动，结论是完全不同的，因此在描述物体运动时，必须指出所选定的参照系。 例1、球与桌面光滑，小车突然加速…… A、车外观察者（惯性参照系）看到：小球自由下落。 B、车内观察者（非惯性参照系）：小球向自己飞来（作平抛运动）。 例2、小球与圆盘光滑，当圆盘以ω匀角速转动时，小球也作圆周运动。 A、盘外观察者（惯性参照系）看到： 弹簧被拉长，弹簧给小球拉力--向心力， 使小球作圆周运动。 B、盘内观察者（非惯性参照系）看到： 小球是静止的，弹簧被拉长即给小球以作用 力，小球却未获得指向圆心的加速度。用牛二不能解释。 △说明牛二不适用于非惯性参照系。为了使牛二成立，必须假想小球同时受到一个与FN等大反向的FN′= - ma的作用，此力称为“惯性离心力”。 （二）坐标系： 1、定义与意义： （1）定义：坐标系是指设置在参照系上的数轴，是一种用数量来描述位置的方法。坐标系包括原点、方向、单位。 （2）意义：参照系只能定性判断物体是否运动，坐标系则能准确地描述物体的位置和运动形式（相对值）。 2、坐标系的分类： （1）一维坐标系（直线坐标系） 只含一个数轴，只能确定一个方向上的运动情况，用OX表示。， 例如，100m跑，游泳、助路、直线滑冰等可近似用一维坐标系研究。 （2）二维坐标系（平面坐标系） 两个相互垂直的数轴构成，能确定人体 或器械在某一平面内的运动情况。 如研究人体曲线运动（弯道跑、跳跃腾 空动作过程等）或器械的运动。 （3）极坐标系（平面坐标系） 研究物体在某平面内的转动问题时，常采用单轴方向和转过的角度来描述物体的运动情况。 如人体做单杠大回环时，描述人体重心的运动轨迹。 极坐标原点称为极点，取一个基本轴向（射线）称为极轴。（OX） 线坐标用ρ表示，称为极径。角坐标用Φ表示。如图A点坐标为：A（ρ,Φ）。 △二维坐标与极坐标的关系是： Ax= Ay= （4）三维坐标系（立体坐标系） 含有三个相互重直的数轴。全方位研究运动 情况。用OXYZ表示，一般OXY在水平面。 若OA与XYZ轴的夹角分别为αβγ， 则有： AX= OAcosα AY= OScosβ 或：OA= AZ= OAcosγ 体育运动中坐标原点的确定（设置） 1、描述整体运动时，原点一般设置起点，跳踏点，器械的支点，握点等处。 2、描述环节相对重心运动时，原点设置在人体重心。如摆腿、臂。 3、描述环节相对关节点的运动时，原点可设置在关节点处。如研究大腿绕髋关节的转动时等。 4、绕固定轴的转动，原点可设置在转轴或一点上，如回环，跑动，跳跃的支撑阶段等。 三、人体运动的分类： （一）平动：物体内任意两点的连线，在运动过程中始终保持平行，或物体上任何两点的瞬时速度或加速度都相同。 1、平动的基本表现是平动物体上各点的运动轨迹都相同。 2、物体做平动时可视为质点。 3、平动可分为直线运动和曲线运动。 4、人体运动时平动的实例较少。滑冰