运动生物力学复习资料.

名词解释

运动生物力学的概念：研究体育运动中人体及器械机械运动规律及应用的科学。

超重现象：动态支撑反作用力大于体重的现象。

失重现象：动态支撑反作用力小于体重的现象。

人体运动的内力：人体内部各部分之间的相互作用力。

支撑面：支撑面积是由各部位支撑的表面及他们之间所围的面积组成的。

稳定角：所谓稳定角就是重心垂直投影线和重心至支撑面积边缘相应点的连线间的夹角。稳定系数：当倾倒力开始作用时，稳定力矩与倾倒力矩的比值。

上支撑平衡：支撑点在重心上方的平衡。

下支撑平衡：支撑点在重心下方的平衡。

转动惯量：物体转动时惯性大小的量度。

肌肉的主动张力：肌肉收缩元兴奋时可产生张力，称主动张力。

肌肉的被动张力：肌肉被牵拉时产生弹力，称被动弹力。

肌肉总张力：

肌肉的激活状态：

肌肉松弛：被拉长的肌肉，其张力有随着时间的延长而下降的特性，这一特性称肌肉松弛。动作技术原理：是指完成某动作技术的基本规律，它适用于任何人，不考虑运动员的性别、体形、运动素质的发展水平和心里素质等的个体差异，是具有共同特点的一般规律。

最佳动作技术：是考虑了个人的身体形态、机能、心里素质和训练水平来应用一般技术原理，以达到最理想的运动成绩。

肢体的鞭打动作：在克服阻力或身体位移过程中，上肢诸环节依次加速和制动，使末端环节产生极大速度的动作形式。

相向运动：人体腾空时或人体两端无约束时，身体某一部分向某一方向活动，身体的另一部分会同时产生相反方向的活动，我们这种身体两部分相互接近或远离的运动形式成为相向运动。

动作技术的特征画面：不同动作阶段的临界点。

(跑的) 着地距离：支撑脚着地瞬间重心在地面上的投影点到着地点的水平距离。

(跑的) 腾空距离：跑步腾空阶段身体重心通过的水平距离。

(跑的) 后蹬距离：支撑脚离地瞬间重心在地面上的投影点到离地点的水平距离。

(跑的) 着地角：着地时刻，身体重心与着地点的连线和水平面的夹角。

动力冲量：支撑阶段地面对人体的反作用力在水平方向上的分力与运动方向相同时此力的冲量。

制动冲量：支撑阶段地面对人体的反作用力在水平方向上的分力与运动方向相反时此力的冲量。

(跳远) 起跳距离：身体腾起瞬间身体重心在地面上投影点与起跳板前沿之间的水平距离。(跳远) 腾空距离：跳远的腾空阶段身体重心通过的水平距离。

(跳远) 落地距离：足跟接触沙面瞬间身体重心与足迹最近点之间的水平距离。

(跳远) 腾起速度：踏跳脚离地瞬间身体重心的速度。

(跳远) 腾起角：腾起速度方向与水平面的夹角。

(投掷) 出手初速度：器械出手瞬间速度的大小。

(投掷) 出手角度：标枪出手瞬间初速度的方向和水平线的夹角，也称投掷角。

(投掷) 姿态角度：标枪纵轴与水平面的夹角，也称倾角。

填空题

当加速度方向与速度方向相同时称为加速运动，反之称为减速运动。

运动员沿400米跑道运动一周，其位移是0 ，所走过的路程是400

篮球运动中的投篮过程可看做是一个抛点低于落点的斜上抛运动，而投掷项目中，器械的运动可以看做是一个抛点高于落点的斜上抛运动。

人体蹬起时，动态支撑反作用力大于体重，称为超重现象，下蹲时，动态支撑反作用力小于体重，称为失重现象。

乒乓球弧旋球飞行的原因是运动员打球时使球旋转，由于空气流体力学的作用，产生了马格努斯效应的结果。

忽略空气的阻力，铅球从运动员手中抛出后只受到重力作用，这种斜上抛运动可看作是由水平方向上的匀速直线运动和竖直方向上的竖直上抛运动的合运动。

游泳时，运动员收到的阻力有三种，它们是摩擦阻力、形状阻力和兴波和破波阻力

骨的强度大小的排列顺序是压缩、拉伸、弯曲、剪切（在不同载荷下）。

正常时，机械应力与骨组织之间存在着一种生理平衡，当应力增大时，成骨细胞活跃，骨质增生，应力下降达到新的平衡。

肌肉结构力学模型由收缩元、串联弹性元和并联弹性元组成。

根据肌肉力学模型，肌肉长度的增加，对其收缩速度有良好影响，但不影响它的收缩力，肌肉生理横断面的增加会导致肌肉收缩了的增加，但不影响肌肉收缩速度。

把主动张力─长度曲线和被动张力─长度曲线迭加起来，成为肌肉总张力─长度曲线。肌肉力学的希尔方程描述了骨骼肌收缩时的力─速度关系。

肌肉在小于其平衡长度收缩时，其总张力是由主动张力串联成分的被动张力构成的；肌肉在大于其平衡长度收缩时，其总张力是由主动张力和串联并联成分的被动张力构成的。

起跳是依靠起跳腿的缓冲、蹬伸动作，以及全身整体动作完成的。

人体单个环节活动时，符合杠杆原理。

当膝关节与肘关节角很大时，其伸展活动符合末端载荷复杠杆原理。

人体活动时总是大关节首先产生活动，并依据关节的大小，表现出一定的先后顺序

人在作纵跳时，关节活动（伸展）的时间顺序是：髋关节、膝关节、最后是踝关节。小关节是人体支撑点，小关节的强弱直接决定完成动作时支撑的。小关节的强弱决定它参与“工作”的早晚，如果其肌力矩强大，它可“提前”参与“工作”，从而缩短完成动作的时间，提高动作的速度。

鞭打动作可使运动链末端环节产生极大的运动速度和打击力。

落地缓冲动作的原理，是因为延长了力的作用时间，因而减小了外力对人体的作用。在动作技术的运动学特征方面，往往把膝关节缓冲角的大小及缓冲阶段的时间作为技术诊断的重要内容。

踏跳时肢体摆动动作可增加起跳力和起跳速度，并提高身体重心相对高度。

人体处于腾空状态时，由于不受外力矩作用，因此人体活动服从角动量守恒定律，当人体某一环节转动时所产生的角动量，必然被另一环节产生的反向角动量所抵消。

判断题

1.人体在作平衡动作时，需由外力及肌肉力、韧带力等内力共同维持。（√）

2.人体在平衡时，需要消耗一定的生理能。（√）

3.人在自然站立时，女子和男子的平均重心高度是一样的。（×）

4.无论人体姿势如何改变，人体身体总重心的位置都不会移到体外。（×）

5.在篮球的防守运动中，左右方向的稳定角较大。（×）

6.人体保持平衡动作的力学条件是合外力及合外力矩为零。（×）

7.用一维重心板测量人体重心的原理是力矩平衡原理。（×）

8.单杠悬垂动作是一个不稳定平衡的例子。（×）

9.运动时，运动员的加速度方向与速度方向总是一致的。（×）

10.由动量守恒定律，跳远运动员腾空阶段水平方向的速度不变（忽略空气阻力）。（√）

11.当合外力为零时，物体保持静止状态。（×）

12.踏跳时，跳高运动员在竖直方向上的动量变化等于竖直踏跳力的冲量。（√）

13.标枪在空中飞行的原因是由于始终有投掷力的作用。（×）

14.铅球在出手后除空气阻力外不受力的作用。（×）

15.影响人体下支撑平衡稳定性的因素有身体重心高度、支撑面大小及体重。（×）

16.转动惯量是人体转动时惯性大小的度量。（√）

17.骨的拉伸强度大于压缩强度。（×）

18.机械应力与骨组织之间存在生理平衡，即骨组织量与机械应力之间成正比关系。（√）

19.沃尔夫定律说明了机械应力与骨组织量之间的关系。（√）

20.肌肉在静息长度时，其收缩元的张力为零。（×）

21.被拉长的肌肉的张力随时间的延长而下降的现象称为肌肉的松弛。（√）

22.肌肉兴奋时其并联弹性成分力学状态的变化称肌肉的激活状态。（×）

23.希尔方程说明了肌肉总张力——长度特性。（×）

24.肌肉在做等长收缩的过程中，物体不产生位移，没有做机械动，但肌肉作了“生理功”。（√）

25.由希尔方程可知，肌肉收缩的张力愈大，其收缩速度越大。（×）

26.随着载荷的增大，肌肉收缩的潜伏期变短。（×）

27.肌肉功率最大值约等于肌肉最大等长收缩力的三分之一与最大收缩速度三分之一的乘积。（√）

简答题

肌肉活动对骨骼应力分布的影响：

骨骼在体内受载时，附着于骨骼的肌肉收缩可改变骨骼的应力分布，肌肉收缩所产生的压应力，与部分或全部拉应力相抵，从而降低或消除加于骨上的拉应力。

说明机械应力对骨结构的影响：

机械应力与骨组织之间存在着一种生理平衡，在平衡状态，骨组织的成骨细胞核破骨细胞的活性是相同的。当应力增大时成骨细胞活跃，引起骨质增生，承载面增大，使应力下降，达到新的平衡。当应力下降时破骨细胞再吸收加强，骨组织量下降，使应力增加，因此骨能通过改变它的大小、形态和结构以适应力学需要的功能进行重建这种适应性是按wolf定律进行的，即骨骼在需要处多生长，而在不需要处吸收。使骨组织量与应力成正比。

肌肉结构力学模式：

肌肉结构力学模型由三个元件组成：

1.收缩元：兴奋时可产生张力，称主动张力

2.并联弹性元：当被牵拉时产生弹力，称被动张力。

3.串联弹性元：当收缩元兴奋后，使肌肉具有弹性。

肌肉结构力学模型的性质：

1.肌肉张力─长度特性：

①收缩元主动张力─长度曲线：收缩元的张力随长度变化，最大张力时的长度称为肌肉的静息长度。

②并联弹性元被动张力─长度曲线：平衡长度是指肌肉被动张力为零时，肌肉所能达到的最大长度。

③肌肉总张力─长度曲线：把主动张力─长度曲线和被动张力─长度曲线迭加起来，称为肌肉总张力─长度曲线。

2.肌肉收缩力─速度特性：

从力学观点来看，希尔方程描述了骨骼肌收缩时的力─速度关系。张力越大，缩短速度越小。反之亦然。

肌肉的激活状态：

肌肉兴奋时其收缩成分力学状态的变化称肌肉的激活状态。兴奋后肌肉能迅速的达到激活状态的高峰，但整块肌肉张力的发展过程要慢的多，肌肉进入激活状态后，收缩元兴奋产生的张力，起初被其串联的串联弹性元的形变所缓冲，当串联弹性元形变及张力进一步发展，整块肌肉的张力达到一定程度后，收缩元的主动张力才能直接对肌肉起止点施力，表现出肌肉收缩力。

载荷增大时肌肉收缩力学特性的变换：

1.动作潜伏期延长：肌肉激活后收缩元的张力首先使串联弹性元形变张力发生变化，只有当肌肉张力发展到大于其起止点的阻力时，肌肉才开始进行向心收缩产生变化，使载荷产生位移。载荷增大时张力发展所经历的时间长，肌肉收缩产生动作的潜伏期随着载荷的增大而延长。

2.收缩幅度减小：当载荷增加时收缩幅度减小，直至增加到一定分量时，动作不能完成，肌肉不能缩短。

3.收缩速度下降：在零载荷时收缩速度最大，随着载荷的增加收缩速度跟着下降，加至肌肉恰好不能举起的重量时，收缩速度为零。

肌肉及肌腱的生物力学特性对完成动作的影响：

1.增加动作的力和速度

2.提高动作的经济性

3.对冲击载荷和振动载荷的缓冲

在100m跑的起跑“预备”动作中，为什么使伸下肢的各肌群处于激活状态，可以提高反应速度？

当载荷增大时，动作潜伏期延长。依据肌肉这一特性，在完成需要快速反应和位移动作时，如100m的起跑，在“预备”时使伸下肢的各肌群产生“预张力”，这样可以提高反应速度和起跑能力。其原因实际上是在起跑前使肌肉处于活化状态，预先提高了串联弹性元及肌肉的张力，因而当运动员听到“跑”的信号时，收缩元的主动张力不再被缓冲，而直接用于克服外界阻力了。因此提高肌肉的预张力可以缩短动作潜伏期。

下蹲后有停顿的和无顿（不加摆臂）的纵跳，哪种情况跳得高？为什么？

无停顿时跳得高。因为无停顿纵跳运用了肌肉预拉伸和预加载荷所产生的形变势能。停顿后纵跳，使肌肉产生松弛，从而降低了起跳高度。

人体的基本运动形式：

1.上肢基本运动形式：

①推：在克服阻力时，上肢由屈曲状态变为伸展状态的动作过程。

②拉：在克服阻力时，上肢由伸展状态变为屈曲状态的动作过程。

③鞭打：在克服阻力或身体位移过程中，上肢诸环节依次加速和制动，使末端环节产生极大速度的动作形式。

2.下肢基本运动形式：

①缓冲动作：在抵抗外力作用的过程中，下肢由伸展状态变为较屈曲状态的动作过程。

②蹬伸动作：在克服阻力过程中，下肢由屈曲状态，进行积极伸展的动作过程。

③鞭打动作：下肢运动链的近端环节首先加速，带动下肢各环节依次加速与制动，使末端环节产生较大速度的动作形式。

3.全身基本运动形式：

①摆动：身体某一部分完成主要动作时，身体的另一部分配合主要动作进行加速运动形式。

②躯干扭转：在身体各部分完成动作时，躯干及上、下肢同时绕躯干纵轴作反向转动的运动形式。

③相向运动：人体腾空时或人体两端无约束时，身体某一部分向某一方向活动，身体的另一部分会同时产生相反方向的活动，我们这种身体两部分相互接近或远离的运动形式成为相向运动。

简述人体基本运动原理：

①杠杆原理②复杠杆原理③活动顺序性原理④鞭打动作原理

⑤缓冲与蹬伸动作原理⑥摆动动作⑦躯干的扭转⑧相向运动

关节活动顺序性原理：

1.当需要克服大阻力或需要表现出大的运动速度时，运动链各关节的肌肉虽然同时用力，但其中大关节总是首先产生活动，并依据关节的大小，表现出一定的先后顺序。因此依据关节大小表现出大关节首先产生活动的顺序性原理。

2.大关节首先产生活动，因为大关节的肌肉生理横断面大，产生的肌力距也大，因此，在人体运动过程中，它能首先克服阻力矩，使环节首先产生运动。

在人体活动中，小关节活动的重要性：

小关节是人体支撑点，小关节的强弱直接决定完成动作时支撑的稳固性。小关节的强弱决定它参与工作的早晚，如果其肌力矩强大，它可提前参与工作，从而缩短完成动作的时间，提高动作的速度。例如跳远起跳缓冲阶段膝关节肌力矩大于踝关节，但蹬伸阶段踝关节肌力矩大于膝关节。

鞭打动作原理：

人体四肢结构类似于鞭子，它们近端环节质量大，末端环节质量小。因此在做鞭打动作时，近端环节先加速挥动，获得角动量。然后制动，在制动过程中，角动量向末端环节传递。由于鞭梢质量较小，因此获得较大的运动速度。

缓冲作用的意义：

缓冲动作可减少外力作用；缓冲动作是完成动作技术的重要环节；缓冲阶段是准备性动作；缓冲动作可增强非代谢能的利用。

跳高时运动员肢体的摆动起什么作用？

1.提高重心相对高度：作摆动动作时，摆动环节的质量向上移动，因为使人体总质心的相对位置升高。

2.增加起跳力：当摆动环节质心作竖直向上加速运动时，必然对施力部位产生反作用力，并通过起跳腿的肌肉用力作用于地面，增大了起跳力。

相向运动和相向运动产生的原因：

1.相向运动：人体腾空时或人体两端无约束时，身体某一部分向某一方向活动，身体的另一部分会同时产生相反方向的活动，我们这种身体两部分相互接近或远离的运动形式成为相向运动。

2.相向运动产生的原因：

⑴人体解剖学结构的特点：人体肌肉在身体上配布的规律是至少跨过一个关节，并起止于人体两个以上环节或骨上，当肌肉收缩时，必然以等值反向的肌力作用于起止点的骨骼，因此引起人体两个环节同时产生加速运动，表现为相向运动形式。

⑵角动量守恒：人体处于腾空状态或两端无约束状态时，不受外力矩作用，故人体活动服从角动量守恒定律，当某一环节转动时所产生的角动量必然被另一个环节产生的反向角动量所抵消。

什么叫比例尺？比例尺有何作用？在拍摄现场如何设置比例尺？

间隔均匀一定，涂有黑白相间颜色，带有标准刻度的木制或铁制标杆叫比例尺。比例尺的作用是用于计算比例系数。在拍摄现场设置比例尺有两种方法，一种是在拍摄运动技术动作之前或之后，直接在运动平面上设置比例尺；另一种是在运动平面之前或之后的平面内设置比例尺。

分析研究动作技术的一般方法：

1.划分动作技术范围，划分动作阶段，确定动作技术的特征画面。

2.明确动作技术本身所要达到的目的。

3.明确动作技术的关键环节。

4.揭示动作技术的生物力学特征。

5.做出结论：

①动作技术的一般测试结果

②动作技术的生物力学原理

③揭示高水平运动员动作技术的生物力学特征

④对完成的动作技术作出生物力学诊断

短跑运动员采用蹲踞式起跑的原因：

1.使用起跑器，可使人的脚获得较稳固的支撑，改善了两腿的用力条件，从而使运动员获得较大的地面反作用力和加速度。

2.臀部抬起使下肢伸肌群处于激活状态，一方面，使肌肉的初长度增加；另一方面，预先提高串联弹性元的肌肉张力引起牵张反射；另外，肌肉长度被拉长的同时也储存了弹性势能。这几个方面使运动员在蹬伸阶段不仅缩短动作潜伏期从而提高反应速度，还可获得更大的蹬伸力量。

3.预备时，身体重心前移接近起跑线，尽量减小人体重心向前的稳定角，使平衡容易破坏，从而缩短起跑的时间。

跑步时摆动动作的意义：

1.良好的摆动技术特征可使脚在着地瞬间获得较大的运动速度。由于脚的运动速度大，一方面可有助于形成较短的着地距离，另一方面可减少着地时脚与地面的碰撞阻力。

2.在缓冲阶段摆动环节的加速度由指向支点到背离支点，在背离支点的动作阶段摆动环节作用在支撑腿上的作用力向下，增加了支撑腿的负荷，使起跳腿储存的弹性能得以增加；在蹬伸阶段摆动环节继续作背离支点的加速摆动，但摆动动作的加速度值减小，从而减小了给予起跳腿的额外负荷，使起跳腿在蹬伸阶段肌肉快速收缩。

3.摆动动作直接与步幅、步频有关

4.与下肢相比，上肢的质量较小，肌肉力量较强。因此摆动时上肢比下肢容易加速，容易维持在高节奏的摆动状态，所以上肢的摆动动作对下肢的快速摆动及提高步频起促进作用。在跑步的支撑阶段如何减少制动冲量：

1.支撑腿着地后，髋关节不应参与缓冲动作，而应不间断的伸展髋关节。

2.增大着地角、减少水平阻力以及作用时间，有利于减少阻力冲量。

3.脚着地时，应该力求减小脚与跑道的相对运动速度。

跳跃项目中助跑的作用：

1.助跑速度是起跳后人体腾起速度的重要组成部分

2.为缩短起跳时间及增大起跳力创造条件

3.提高肌肉的弹性势能

背越式跳高弧线助跑的优点是什么？

助跑应能使运动员以一种与自己能力及技术相协调的速度进入最理想的起跳位置。弧线助跑的最大优点是能够延长身体重心在起跳过程中向上加速的垂直用力距离，因此有助于提高身体腾起速度。倒数第三步降低身体重心位置，也可增加重心向上加速的垂直用力距离。在踏跳的着地瞬间，身体重心的高度为直立时高度的百分之47~52。

优秀跳高运动员起跳时的动作特点是什么？

运动员腾跃横杆时必须具备一定的角动量，为了产生足够的外力矩，在起跳时运动员往往过早的倒向横杆，而影响了起跳效果，这是跳高运动员普遍存在的技术缺点。实际上在起跳时，由于运动员具有指向横杆的运动速度，在起跳过程中产生很大的背向横杆的角动量。因此一些优秀运动员，起跳时并不过早倒向横杆，两臂及摆动腿向横杆上方摆动，腾起瞬间身体重心在起跳点的正上方，这样的起跳技术较合理，既充分利用了起跳力，又有足够过杆的角动量。

投掷项目助跑的作用是什么？

增大投掷时器械的初速度；提高肌肉的弹性势能；为人体动量向器械转移创造条件。

投掷项目中运动员全身各部分动作的配合原理是什么？

关节活动顺序性；人体各环节同时结束用力状态的特点；身体重心位移及速度变化的规律。高水平投掷运动员在投掷过程中是如何利用动能与势能的？

助跑使运动员投掷器械时具有动能，而超越器械动作又使运动员进行投掷用力的肌肉具有势能。高水平运动员在完成投掷动作时有效地利用了助跑速度，在助跑与原地投的速度差方面，表现为高水平运动员差别大，而低水平运动员差别小。而且在上述两组运动员在原地投的远度方面差别不大。另外高水平组运动员在超越器械动作阶段的时间短，身体做的背弓大，而且器械被充分引向身体后方。总之，高水平运动员在投掷过程中，能较好的利用身体的动能及肌肉的弹性势能。因此，如果在投掷过程中运动员能正确的利用和掌握人体动能和肌肉弹性势能的传递及转换规律与技巧，就会增加投掷远度。