运动生物力学的原理与应用

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1、運動生物力學的原理與應用美和技術學院廖逢錦博士97.05.25何謂運動生物力學?◎運動生物力學(Biomechanics):是運動學(Kinematics)和生物力學(Kinesiology)整合而成的一門科學。◎運動生物力學:是描寫、分析與評估人體運動時，身體之內在與外在力量，以及這些力量所造成影響的一門科學(Hay,1993)力學動力學力矩功、能、功率時間慣性摩擦力運動學位移速度加速度牛頓第一運動定律平衡牛頓第二運動定律碰撞動量守恆定律機械效率動量-衝量牛頓第三運動定律運動生物力學架構圖運動生物力學的發展方向找尋各種運動的最佳技術:定性分析與定量分析探究肌肉骨骼系統

2、的最佳用力方式:槓桿原理、力學特性、協調。運動器材方面的研究:增進成績、預防傷害(跑鞋.標槍)研究方法的發展:同步分析、資料修勻的方法生物力學儀器的發展:儀器不斷更新、資料處理時間縮短運動學(Kinematics)◎只描述物體運動，不考慮引起運動之原因－「力」之研究。◎運動學之參數(Kinematicparameter)時間(Time)位移(Displacement)速度(Velocity)V=∆x/∆t加速度(Acceleration)a=∆V/∆t動力學(Kinetics)討探力與運動之間關係的研究牛頓第二運動定律F=ma衝量動量等式定律F∆t=m∆V平衡與穩定原理

3、(Principlesofbalanceandstability)重心平衡的種類影響平衡的因素力矩人體重心（一）◎重心(Centerofgravity,COG)身體各部位受到地球引力的作用,把各個部位的引力加起來，這些引力合力的作用點就是COG。◎重心受年齡、性別、身體結構的影響COG是身體最大肌力所在，是產生大力量的原點。人體站立時重心在第二薦椎前方一吋處。人體重心（二）平衡的種類◎穩定平衡無論物體如何移動，其重心一定上升，如單槓懸垂.雙槓槓上支撐。◎不穩定平衡物體原來姿勢，不增加位移，位置稍有傾斜，重心會下降，如起跑姿勢，手倒立。◎隨遇平衡如物體移動，仍為平衡者，物

4、體位置變動時，重心既不升高，也不降低，如不倒翁。影響平衡的因素◎重心在支撐基底面內支撑基底:身體和支撐表面之間所圍成的面積。物體重心在基底面內，亦即重心線在基底面內，此物體就穩定平衡，重心線愈靠近基底邊線，愈不穩定。◎基底面大小◎重量◎重心高度:重心愈靠近基底，愈穩定。◎迴旋:向前迴旋運動，增加物體穩定性。力矩原理之應用◎推門:◎擲鐵餅:◎翹翹板:◎單槓大迴環下降時，身體充份伸展，使重心遠離握點，加大力臂上升時，身體稍微彎曲，使重心接近握點，縮小力臂向下力矩大於向上力矩，故能旋轉不停運動(Motion)◎平移運動(translatorymotion)當外力施加於物體質心

5、時，該物體沿直線移動。不管外力作用於物體的何處，該物體僅能做線性運動。◎轉動運動(rotarymotion)發生於當外力施加於物體偏離重心的位置時。不管外力作用於物體何處，物體只能做轉動性移動。◎速度（velocity）表示單位時間內移動的距離。加速度指單位時間內速度的增加量。減速度指單位時間內速度的減少量。◎動量（Momentum）一個運動中的物體之直線動量，等於物體質量與其速度的乘積。直線動量(Ｐ)＝m(質量)×V(速度)。影響直線動量的因素包括物體的質量與物體的速度要改變一個物體的動量，就必需給予一個動量，一個正的(加速)力量可使動量增加，一個負的(減速)力量會使

6、物體的動量減少，如果淨力量為零，則物體的動量不會改變。◎衝量(Impulse)衝量J=F∆t表示作用力(F)持續作用一段時間∆t的累積效應。力量與力量作用時間的乘積稱為衝量。◎衝量-動量定理F∆t=m∆V一個力量的衝量等於其所產生之動量變化。在相同動量條件下，力量與力量的作用時間成反比。因此，只要衝量保持不變，可以用時間來換取力量。◎牛頓運動定律（Newton’sLaws）牛頓的運動定律(LawsofMotion)◎慣性定律(thelawofinertia)說明「動者恆動,靜者恆靜」的物理概念。◎加速度定律(thelawofacceleration)F=ma,作用力為質

7、量與加速度的乘積。◎反作用力定律(thelawofcounterforce)當甲物以一作用力撞擊乙物時,乙物也會以相等大小,方向相反之作用力,回作用在甲物上。槓桿(Levers)的運作模式◎Lever:是一種「簡單的機械」，其設計是為了提供一個力量時，可用來改變力量大小及方向。目的:省力而不利於速度，費力而利於速度◎第一型槓桿(Firstclasslever)◎第二型槓桿(Secondclasslever)◎第三型槓桿(Thirdclasslever)第一型槓桿◎支點可以移動位置，以達不同目的◎機械效益小，利於速度而不利於力量；反之，利於