运动生物力学应用人体平衡2PPT课件.ppt

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1、运动生物力学应用人体平衡2内容提要一、人体平衡概述1二、人体平衡的力学原理2三、影响人体平衡的因素3四、人体平衡的生物力学分析举例4一、人体平衡概述（一）人体重心的概念物体的重心是物体所受重力的合力作用点，人体的重心也就是人体所受重力的合力作用点。意义：评定一个体育动作完成的质量，分析其技术特征以及纠正错误动作等，都需要根据运动时人体重心的变化规律。特别是分析静力性动作，判定平衡的稳定性及分析动作的合理性时，必须从人体重心相对于支撑面的位置来确定。根据平衡的稳定程度把人体平衡分为4种：（1）稳定平衡：其特点是当偏离平衡位置时，重心升高，产生的重力矩使物体向平衡位置运动，回到平衡位置

2、后，合力为零，合力矩为零。（2）不稳定平衡：其特点是偏离平衡位置时，重心降低，产生的重力矩使物体继续倾倒。仅在下支撑平衡动作出现。（3）有限度的稳定平衡：其特点是在一定限度内的偏离平衡位置时，人体重心升高，产生的重力矩使人体向平衡位置移动，最终恢复平衡，但超出某一定限度的偏离平衡位置时，人体重心降低，产生的重力矩使人体更加偏离平衡位置。（4）随遇平衡：其特点是偏离原来位置时，重心高度不变，不产生使物体位置移动的重力矩。5.力的可传性原理力可沿其作用线任意移动，而不改变其对物体的效应。二、人体平衡的力学原理6.力的平移定理（1）力矩、力偶矩力矩为力与力臂的乘积。如力对于O点的力矩为M

3、如图所示。力矩的方向按右手螺旋法则，即四指沿矢径r的方向转向力方向，大拇指的方向即为力矩方向。该力矩方向为垂直于平面向外。通常规定：力有使物体逆时针方向转动的趋势，则该力所产生的力矩为正，反之为负。力偶是指一对大小相等、方向相反的平行力。如汽车司机两手作用于方向盘的力就是一个力偶。力偶中二力之和为0，即力偶无合力。力偶可以产生力偶矩。M=FdM=Fd，式中d为力偶臂，是力偶两力作用线之间的垂距，如果力偶使物体作逆时针方向转动的趋势，则力矩为正，反之为负。（2）力的平移定理力可平行于自身移动到任意一点，但需增加一个力偶，其力偶矩等于原力对新作用点的力矩。如图，作用于点A的力可用作用于

4、点B的力和力偶矩M来代替。5-97.研究对象的受力分析为了清晰地表示物体的受力情况，需要把研究的物体（受力体）从周围的物体（施力体）中分离出来，单独画出简图，叫做取研究对象。然后把施力物体对研究对象的作用力全部画出来（受力图）。例1简化田径运动员跑步后蹬动作的身体受力图，并分析这些力对运动的影响。解：如图5-10所示后蹬动作中身体受到4个力的作用。（1）重力G（2）地面支撑力N（3）地面摩擦力f（4）空气阻力F。把N、f、F三力平移至重心O点，并加上相应的力偶矩，如图5-11所示。5-105-11（二）力学条件作用于人体的力系可以简化为一个合外力和一个合外力矩，当力系平衡时满足下列

5、条件时，人体即处于平衡状态，即：ΣF=0ΣM=0当ΣF=0时，人体没有平动的加速度；当ΣM=0时，人体没有转动的角加速度，两个条件同时满足人体即达到平衡。燕式平衡（一）影响人体平衡的力学因素人体平衡的稳定性是人体处于有限稳定平衡状态时，抵抗各种破坏的作用而保持平衡的能力。三、影响人体平衡的因素1．支撑面：支撑面是由各支撑部位的表面及它们所包围的面积。支撑面越大，物体平衡的稳定性就越好。2．重心高度：重心越低，稳定性越好。稳定角是重力作用线和重心至支撑面相应边界的连线之间的夹角。稳定角越大稳定性越好，反之则越差。3．体重：在摔跤、拳击、柔道等项目中运动员按体重分级的原因之一是体重对人

6、体的稳定性也有影响。例2:运动员体重70kg，两脚间距为0.5m，对手将一个196N的力从侧面水平地作用于他，作用点距地面的高度为1.0m。若该运动员受推力过程中姿势不改变，试求：（1）重力作用线在支撑面正中央的稳度系数；（2）若该运动员将重力作用线移到离左脚B点5cm处，试求运动员在左右两个方向上的稳度系数（3）若运动员将两脚间距增大至1m时，试求重力作用线在正中央时的稳度系数。稳度系数为稳定力矩与翻倒力矩之比值。稳度系数K>1时，平衡没有被破坏；K=1时，处于临界状态；当K<1时，平衡被破坏。这里的稳定力矩一般是指重力矩，是人体的体重和重力臂二者的乘积。（二）影响人体平衡的生物

7、学因素稳定角、稳度系数等指标仅适用于刚体。对于人体这个具有高级神经活动的生物力学系统，评定其动作的稳定程度还需要考虑有关的生物学特点。1．人体不能绝对静止由于呼吸活动和血液循环必然造成人体总重心位置在一定范围内波动，肌肉的张力在任何时候都不可能恒定，因此身体的姿势不可能绝对静止。2．人体有效支撑面小于支撑面由于人体软组织和力量不太足的肌肉无力平衡负荷，所以翻倒线永远位于支撑面边界线之内，重力作用线未超过支撑面边线时，人体就要提前翻倒。3．人体具有一定的自身平衡调节能力