第二章人体生物力学参数

《第二章人体生物力学参数》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。

1、第二章人体生物力学参数（潘慧炬）人体运动生物力学参数包括人体惯性参数、运动学参数、动力学参数以及生物学参数。人体惯性参数是人体的基本物理参数之一，在运动生物力学、工效学及相关学科的研究中有着重要的作用。例如：人体运动技术影像分析；体操、技巧、跳水等动作的设计；战斗机弹射座椅设计；伤残人假肢研制；宇宙飞船专用假人设计；汽车安全保护和检测；工厂厂房及载人器械和设备的护栏设计等。运动学参数、动力学参数以及生物学参数则能描述人体运动的基本特征，因此对上述参数的测量研究一直备受人们关注。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、

2、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。物体质量越大，保持原有运动状态的能力也越大。反之，物体质量越小，保持原有运动状态的能力也越小。质量是物体的固有属性。质量是恒量，不管在地球任何地方，乃至于宇宙中，物体的质量始终一样。质量是具有大小，但没有方向的标量。人体各环节的质量叫做各环节的绝对质量，各环节绝对质量与人体质量之比叫做各环节相对质量。2.重量重量包括人体总重量和人体环节重量。人体环节的重量称为环节绝对重量，环节绝对重量

3、与人体总重量之比叫做环节相对重量，又称重量系数，后者消去了人的体重对指标的影响。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。质心是物质的质量中心，重心是物体各组成部分所受重力的合力作用点。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。两者物理意义不同，但计算结果一致。在解剖学姿位，人体总重心在垂直轴上的位置是运动生物力学研究中的重要参数之一，也是表征运动员体型特点的指标之一。

4、可分别用绝对值和相对值来表示人体总重心的位置，后者是前者与身高的比值，消去了个体间身高不同的影响。绝对重心高度与身高有关，相对重心高度与人体的体型有关，具有项目特征，可以作为运动选材的指标。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。描述人体环节质心（重心）位置一般采用环节质心（重心）半径系数的概念，即近侧端关节中心至环节质心（重心）的距离与环节长度的比值。有的资料也采用远侧端作为质心（重心）测量的起点，如郑秀媛（1998）提供的人体模型。5.转动惯量物体平动时，

5、其惯性的大小由质量来量度。那么，当物体做转动时，其惯性的大小又由什么来量度呢？这里我们引进转动惯量的概念，转动惯性是衡量物体（人体）转动惯性大小的物理量。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：（1）由（1）式可知，物体（人体）的转动惯量与物体（人体）的质量、质量分布和转轴位置有关。对于人体转动，整个人体或环节相对于某轴的转动惯量越大，则对该轴的转动惯性也越大。由于人体在完成某一转动动作过程中，身体质量相对恒定，所以人体的转动惯量由人体的质量分布及转轴位置决定。人体的质量分布与人体的

6、身高和人体运动时的姿势紧密相关。因此，空翻类运动项目的运动员身高普遍较矮，例如体操运动员人矮小，I（转动惯量）就小，容易转动。空翻类动作难度的判定与运动员的动作姿势有关，直体难于屈体；屈体难于团身。由于转动轴的不同，转动惯量也不同。例如链球对转动轴的转动半径大，I（转动惯量）大，转动困难。因此，在指出物体转动惯量时，必须指明是对哪一转动轴而言。6.回转半径（转动半径）由于实际应用过程中，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

7、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：（2）如果知道了转动物体的转动惯量和质量，可用（2）式求得回转半径。（二）人体惯性参数的标准化人体惯性参数的测量是一项非常重要的基础性工作，但由于测量方法及样本的不同，不同学者所报道的惯性参数之间差异较大。采用不同的参数，对研究结果会产生一定的影响。在研究过程中几乎不可能做到也没有必要对每个研究对象进行活体惯性参数的测量，因此，有必要对不同人群或国别的人体惯性参数有一个相对准确而又适应性较好的标准值。我国已于上世纪90年代公布了中国成年人人体

8、质心标准。在人体惯性参数测量时，人体环节的划分和人体环节关节点的判定是参数测量中的基础性技术环节，也是决定不