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1、运动生物力学多媒体教学第四章第1页，共40页，编辑于2022年，星期三l静力学是研究物体或物体系在外力作用下处于平衡状态静力学是研究物体或物体系在外力作用下处于平衡状态的性质和行为的力学分支。体育运动中人体运动的静力的性质和行为的力学分支。体育运动中人体运动的静力学主要讨论人体在完成静力性动作，即处于相对静止的学主要讨论人体在完成静力性动作，即处于相对静止的姿势姿势(或称平衡状态或称平衡状态)时的受力情况，获得平衡和维持平时的受力情况，获得平衡和维持平衡的力学条件。衡的力学条件。l平衡：物体处于静止或匀速直线运动状态。平衡：物体处于静止或匀速直线运动状态。l体育动作中的出现静态和动态平衡。体育
2、动作中的出现静态和动态平衡。第2页，共40页，编辑于2022年，星期三4.1 力矩、力偶、力偶矩力矩、力偶、力偶矩 的概念的概念1.力矩的概念力矩的概念l力力矩矩亦亦称称“转转矩矩”(力力对对点点之之矩矩)。表表示示力力对对物物体体作作用用时时产产生生转转动效果的物理量。动效果的物理量。ld为为点点到到F的的距距离离。单单位位：牛牛顿顿.米米，方方向向：逆逆时时针针转转动动为为正正，反反之相反之相反（右手法则）。右手法则）。第3页，共40页，编辑于2022年，星期三2.力偶和力偶矩的概念力偶和力偶矩的概念l力力偶偶：大大小小相相等等，方方向向相相反反，作作用用线线互互相相平平行行但但不不重重合
3、合的的两两个个力力作用在物体上，物体同样产生转动效应，这一对力为力偶。作用在物体上，物体同样产生转动效应，这一对力为力偶。l力偶矩：力偶矩：ld d为力偶臂为力偶臂第4页，共40页，编辑于2022年，星期三 作作用用于于刚刚体体上上的的力力，可可平平移移到到刚刚体体上上的的任任意意一一点点，但但必必须须附附加加一一力力偶偶，其其附附加加力力偶偶矩矩等等于于原原力对平移点的力矩。力对平移点的力矩。3.3.力的平移定理力的平移定理第5页，共40页，编辑于2022年，星期三第6页，共40页，编辑于2022年，星期三4.2 人体平衡的力学条件人体平衡的力学条件平衡的概念：静止或做匀平衡的概念：静止或做
4、匀速直线运动。速直线运动。1.平衡方程平衡方程第7页，共40页，编辑于2022年，星期三2.力系的简化和平衡力系的简化和平衡力的合成与分解力的合成与分解:矢量运算法则矢量运算法则(平行四边形平行四边形法则法则)第8页，共40页，编辑于2022年，星期三在平面直角指标系在平面直角指标系OXY下下:第9页，共40页，编辑于2022年，星期三共线力系的简化与平衡共线力系的简化与平衡R=F1+F2+F3+Fi+Fn=Fi，方向上、，方向上、右正，下、左负。右正，下、左负。平衡方程：平衡方程：Fi=0第10页，共40页，编辑于2022年，星期三平面汇交力系的简化和平衡平面汇交力系的简化和平衡受力分析，平
5、衡方程，例题受力分析，平衡方程，例题P97第11页，共40页，编辑于2022年，星期三共面平行力系的简化和平衡共面平行力系的简化和平衡力矩原理力矩原理:在共面平行力系中在共面平行力系中,所有个力对于其平面任所有个力对于其平面任意一点力矩的代数和意一点力矩的代数和,等于力系的合力对于此点的力矩等于力系的合力对于此点的力矩.Mo=F1X1+F2X2+FiXi+FnXn=RX平衡方程平衡方程:Fi=0;Mo=0受力分析，平衡方程，例题受力分析，平衡方程，例题P99第12页，共40页，编辑于2022年，星期三共面一般力系的简化和平衡共面一般力系的简化和平衡受力分析，平衡方程，例题受力分析，平衡方程，例
6、题P100第13页，共40页，编辑于2022年，星期三总结总结平衡的力学条件平衡的力学条件：对刚体上任意一点第14页，共40页，编辑于2022年，星期三3.3.下支撑平衡稳定性判定下支撑平衡稳定性判定下支撑平衡稳定性判定下支撑平衡稳定性判定(1)支撑面支撑面l由支撑点和他们所围成的面积。由支撑点和他们所围成的面积。ll支撑面大小与稳定性的关系。支撑面大小与稳定性的关系。第15页，共40页，编辑于2022年，星期三(2)重心的高低重心的高低重心的高低与稳定性的关系重心的高低与稳定性的关系(3)稳定角稳定角重心垂直投影线和重心与支撑面边缘相应点连线的夹角，即物体在某一方向上的稳重心垂直投影线和重心
7、与支撑面边缘相应点连线的夹角，即物体在某一方向上的稳定程度的判定指标。定程度的判定指标。(4)平衡角平衡角某方向上的稳定角之和。某方向上的稳定角之和。(5)稳定系数稳定系数，K1，K=1，K1，的讨论。，的讨论。l例题例题P105第16页，共40页，编辑于2022年，星期三FhGr稳定系数的计算稳定系数的计算第17页，共40页，编辑于2022年，星期三稳稳定定角角与与平平衡衡角角第18页，共40页，编辑于2022年，星期三短跑起跑稳定角的变化短跑起跑稳定角的变化(快速打破平衡快速打破平衡)第19页，共40页，编辑于2022年，星期三根据平衡物体重心与支撑点的位置关系，平根据平衡物体重心与支撑点
8、的位置关系，平衡种类可分为：衡种类可分为：上支撑平衡上支撑平衡下支撑平衡下支撑平衡混合支撑平衡混合支撑平衡平衡物体受到外力作用偏离其平衡位置时，平衡物体受到外力作用偏离其平衡位置时，根据物体保持其平衡的可能性分为：根据物体保持其平衡的可能性分为：l稳定平衡稳定平衡l不稳定平衡不稳定平衡l随遇平衡随遇平衡l有限稳定平衡有限稳定平衡4.平衡动作的定性分析平衡动作的定性分析第20页，共40页，编辑于2022年，星期三l作业：作业：P114，1,5,7,8第21页，共40页，编辑于2022年，星期三4.3人体重心人体重心(1)人体重心的概念人体重心的概念 人人体体全全部部环环节节所所受受到到的的重重力
9、力的的合合力力的的作作用用点点叫做人体重心。叫做人体重心。第22页，共40页，编辑于2022年，星期三人体是由头、躯干、上臂、人体是由头、躯干、上臂、前臂、手、大腿、小腿、前臂、手、大腿、小腿、足等多个环节组成。足等多个环节组成。人体多刚体人体多刚体人体多刚体人体多刚体模型示意图模型示意图模型示意图模型示意图第23页，共40页，编辑于2022年，星期三(2)人体重心位置l正常站立姿势下人体重心位置。正常站立姿势下人体重心位置。第24页，共40页，编辑于2022年，星期三人体重心的变化v人体重心位置，人体重心位置随人体姿势变化而改变。人体重心位置，人体重心位置随人体姿势变化而改变。第25页，共4
10、0页，编辑于2022年，星期三l性别之间差异。性别之间差异。l不同运动项目运动员之间差异。不同运动项目运动员之间差异。第26页，共40页，编辑于2022年，星期三l人体重心可移动出身体之外。人体重心可移动出身体之外。第27页，共40页，编辑于2022年，星期三(3)重心和动作技术的关系研究中将人体或环节重心简化为质点。研究中将人体或环节重心简化为质点。以人体重心作运动学描述。以人体重心作运动学描述。动力学研究中将力移动到人体重心上。动力学研究中将力移动到人体重心上。稳定性判定基础稳定性判定基础第28页，共40页，编辑于2022年，星期三4.4 人体平衡的特点人体平衡的特点（1）人体不能处于绝对
11、静止的状态）人体不能处于绝对静止的状态人体在维持平衡的过程中，不可能是绝人体在维持平衡的过程中，不可能是绝对静止的。呼吸系统和血液循环的存在造对静止的。呼吸系统和血液循环的存在造成了人体总重心在一定的范围内波动，肌成了人体总重心在一定的范围内波动，肌肉的张力在任何时候都不可能恒定，因此肉的张力在任何时候都不可能恒定，因此身体姿势的维持不可能严格的不变。身体姿势的维持不可能严格的不变。第29页，共40页，编辑于2022年，星期三（2）人体内力在维持平衡中的作用）人体内力在维持平衡中的作用在某些静力性姿势中，维持平衡的不仅仅是重力和支在某些静力性姿势中，维持平衡的不仅仅是重力和支撑反作用力。而是由
12、重力矩与肌肉和韧带的拉力矩共同撑反作用力。而是由重力矩与肌肉和韧带的拉力矩共同维持的，如体操的平衡动作。维持的，如体操的平衡动作。第30页，共40页，编辑于2022年，星期三（3）人体的补偿动作）人体的补偿动作人体在完成或维持静力姿势的过程中，当人体在完成或维持静力姿势的过程中，当人体重心发生偏移有失去平衡的倾向时，人体人体重心发生偏移有失去平衡的倾向时，人体能借助于补偿动作在一定范围内能借助于补偿动作在一定范围内“中和中和”或或“抵消抵消”重心的不适宜移动。重心的不适宜移动。第31页，共40页，编辑于2022年，星期三人体的补偿作用达达瓦瓦孜孜第32页，共40页，编辑于2022年，星期三（4
13、）人体具有自我控制、调节和恢复平衡的）人体具有自我控制、调节和恢复平衡的能力能力（5）人体平衡受心理因素影响）人体平衡受心理因素影响（6）人体平衡动作消耗肌肉的生理功）人体平衡动作消耗肌肉的生理功第33页，共40页，编辑于2022年，星期三l原理：力矩合成原理原理：力矩合成原理l公式中：公式中：X,Y分别为总重心的横、纵坐标分别为总重心的横、纵坐标lPi为环节相对重量为环节相对重量lxi,yi为环节质心的横、纵坐标为环节质心的横、纵坐标4.5 在相片上测量人体重心的原理和方法在相片上测量人体重心的原理和方法 第34页，共40页，编辑于2022年，星期三环节相对重量和半径系数环节相对重量和半径系
14、数lLr=l/LPi=Pi/P近侧端近侧端远侧端远侧端第35页，共40页，编辑于2022年，星期三以人体左下角边缘处以人体左下角边缘处O点为原点绘出直角坐标系（点为原点绘出直角坐标系（OXY）。）。确定各环节点位置。确定各环节点位置。确确定定头头和和手手的的重重心心位位置置。头头的的重重心心在在耳耳廓廓上上缘缘中中点点正正面面观观时时在两眉间，手的重心在中指的掌指关节处。在两眉间，手的重心在中指的掌指关节处。连接关节点构成人体棍图。连接关节点构成人体棍图。开开始始测测量量各各环环节节的的相相片片长长度度(以以毫毫米米为为单单位位)，填填入入环环节节长长度度一栏内。一栏内。把把各各环环节节重重心
15、心至至近近侧侧端端距距离离占占环环节节长长度度的的百百分分比比填填入入一一栏栏内内。见见表表41中中具具体体的的布布拉拉温温菲菲舍舍尔尔环环节节相相对对重重心心位位置数据。置数据。方法方法第36页，共40页，编辑于2022年，星期三环环节节长长度度乘乘以以环环节节相相对对重重心心位位置置百百分分比比，填填入入环环节节质质近侧端实长一栏内。近侧端实长一栏内。按按环环节节质质心心到到近近侧侧端端实实际际长长度度一一栏栏的的数数据据，在在照照片片上上的的环环节节上上点点出出环环节节质质心心位位置置。头头手手的的位位置置不不必必计计算算，可以直接点出。可以直接点出。从照片上测量各环节质心的坐标。从照片上测量各环节质心的坐标。把人体模型中已知的环节相对重量数据添入表内（把人体模型中已知的环节相对重量数据添入表内（P）。）。计算出各环节对轴之矩计算出各环节对轴之矩Px,Py。求出求出Px,Py的和，即为人体总重心位置。的和，即为人体总重心位置。在照片上点出总重心。在照片上点出总重心。第37页，共40页，编辑于2022年，星期三XOY第38页，共40页，编辑于2022年，星期三对测量的理解第39页，共40页，编辑于2022年，星期三思考题l人体平衡的力学条件是什么?l什么是人体重心?人体重心的变化有什么特点?l判定下支撑平衡动作稳定性的因素有哪些?第40页，共40页，编辑于2022年，星期三