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1、第三节第三节 人体运动的动力学人体运动的动力学1.掌握动力学基本概念，如掌握动力学基本概念，如力、应力和应变力、应力和应变、强度强度和和刚度、弹性和塑性、蠕变、应力松弛刚度、弹性和塑性、蠕变、应力松弛等。掌握等。掌握梅脱梅脱、心脏的功能能力、运动能力心脏的功能能力、运动能力和靶心率和靶心率的概念。的概念。2.熟悉牛顿的三个运动定律；熟悉人体的功能熟悉牛顿的三个运动定律；熟悉人体的功能关系在制定运动处方中的重要作用。关系在制定运动处方中的重要作用。3.了解人体简化后的主要运动形式，以及动量了解人体简化后的主要运动形式，以及动量定理和动量守恒定律。定理和动量守恒定律。学习目标学习目标一、动力学相关
2、概念一、动力学相关概念1.1.动力学动力学是研究人体运动与受力的关系的学科。是研究人体运动与受力的关系的学科。人体受力可分为人体受力可分为动力动力和和制动力制动力。如果力的方向与人体运动（速度）方向如果力的方向与人体运动（速度）方向相同相同，就称此力为人体就称此力为人体动力动力，反之反之则称为人体则称为人体制动制动力力。一、动力学相关概念一、动力学相关概念2.2.力力 如果把人体看作一个力学系统，则人体受如果把人体看作一个力学系统，则人体受力可分为力可分为内力、外力内力、外力。二者互相作用产生适。二者互相作用产生适应、协调和平衡。应、协调和平衡。只有外力才能引起人体的整体运动。只有外力才能引起
3、人体的整体运动。（1）外力）外力主要有：主要有：1）人体重力）人体重力2）支撑反作用力）支撑反作用力3）摩擦力）摩擦力4）惯性力）惯性力5）流体阻力）流体阻力1 1）重力重力大小与方向：大小与方向：方向：指向地球心。方向：指向地球心。g=9.8m/s/s（1）外力）外力 2 2）支撑反作用力）支撑反作用力 当人体对支撑点施加作用力时，支撑点对人体的反作用力当人体对支撑点施加作用力时，支撑点对人体的反作用力叫叫支撑反作用力。支撑反作用力。静静力支撑反作用力：力支撑反作用力：其大小与人体体重相同，方向相反。其大小与人体体重相同，方向相反。动动力支撑反作用力：力支撑反作用力：大于人体体重。例如加速起
4、蹲。大于人体体重。例如加速起蹲。（1）外力）外力（1）外力）外力3 3）摩擦力）摩擦力b1.b1.静摩擦力静摩擦力b2.b2.滑动摩擦力滑动摩擦力b3.b3.滚动摩擦力滚动摩擦力（1）外力）外力4 4）惯性力）惯性力 指变速运动物体对施力物体的反作用力。指变速运动物体对施力物体的反作用力。大小：大小：ma方向：方向：与加速度方向相反与加速度方向相反举例：举例：推铅球时手对铅球的推力使得铅球产生了加速度，同时推铅球时手对铅球的推力使得铅球产生了加速度，同时铅球对手的反作用力是其质量对加速度的阻力，即惯性力。铅球对手的反作用力是其质量对加速度的阻力，即惯性力。（1）外力）外力5 5）流体阻力）流体
5、阻力指人体在流体中运动时所承受的流体指人体在流体中运动时所承受的流体阻力。阻力。大小：与流体密度、运动速度和人体的正面面积大小：与流体密度、运动速度和人体的正面面积成正比。成正比。（1）外力）外力6 6）器械的其他阻力）器械的其他阻力肢体推动运动器械进行训练时，肢体推动运动器械进行训练时，除要克服器械重力外，还需要克服器械的除要克服器械重力外，还需要克服器械的惯性力、惯性力、摩擦力或弹力摩擦力或弹力所产生的阻力，其大小与肢体的推所产生的阻力，其大小与肢体的推力大小相等，方向相反。力大小相等，方向相反。意义：各种外力经常被用来作为康复训练各种外力经常被用来作为康复训练/治治疗的负荷，选择的负荷要
6、求与疗的负荷，选择的负荷要求与肢体运动的肢体运动的方向和力量方向和力量相适应相适应，这是增强肌力训练的，这是增强肌力训练的方法学基础。方法学基础。（2）内力定义：定义：是指人体内部各组织器官间相互作用的力。是指人体内部各组织器官间相互作用的力。各种内力总要相互适应，以维持最佳活动，各种内力总要相互适应，以维持最佳活动，同时也不断和外力相抗衡以适应人体生活的同时也不断和外力相抗衡以适应人体生活的需要。需要。1）肌拉力）肌拉力2）各组织器官间的被动阻力）各组织器官间的被动阻力3）各内脏器官的摩擦力）各内脏器官的摩擦力4）内脏器官和固定装置间的阻力）内脏器官和固定装置间的阻力5）血液淋巴液在管道内流
7、动时产生的流体阻力，在分流时产）血液淋巴液在管道内流动时产生的流体阻力，在分流时产生的湍流等。生的湍流等。（2 2）内力）内力 v1 1）肌拉力）肌拉力 这种力通过其在骨骼上的附着点，这种力通过其在骨骼上的附着点，可以维持人体姿势，引起人体内部各部分、可以维持人体姿势，引起人体内部各部分、各环节间的相对运动。各环节间的相对运动。是人体内力中最重要是人体内力中最重要的主动力。的主动力。（2 2）内力）内力 2 2）各组织器官间的被动阻力）各组织器官间的被动阻力 当一肢体做当一肢体做屈曲或伸展运动时，其相反方向的组织受到屈曲或伸展运动时，其相反方向的组织受到牵拉，尤其是牵拉，尤其是拮抗肌拮抗肌的张
8、力，此时必须做相的张力，此时必须做相应松弛，以保证运动的完成。应松弛，以保证运动的完成。（2 2）内力）内力 3 3）各内脏器官的摩擦力各内脏器官的摩擦力 例如胃肠蠕动时候例如胃肠蠕动时候肠袢间的摩擦力（尽管很小），心脏搏动时肠袢间的摩擦力（尽管很小），心脏搏动时与肺、纵隔和胸廓间的摩擦力等。与肺、纵隔和胸廓间的摩擦力等。4 4）内脏器官和固定装置间的阻力内脏器官和固定装置间的阻力 如胃肠蠕如胃肠蠕动与腹膜、肠系膜、大血管间的阻力，食管动与腹膜、肠系膜、大血管间的阻力，食管的蠕动与纵隔间的阻力等。的蠕动与纵隔间的阻力等。5 5）血液淋巴液在管道内流动时产生的）血液淋巴液在管道内流动时产生的流体
9、阻流体阻力力，在，在分流分流时产生的时产生的湍流湍流等。等。3.3.力的三要素力的三要素 v大小、方向和作用点。v力是一种矢量，力的相加、相减为矢量的合成和分解，遵循平行四边形法则。4 4）应力）应力 指人体结构内某一平面对外部负荷的反应，用单指人体结构内某一平面对外部负荷的反应，用单位面积上的力表示（位面积上的力表示（N/cmN/cm2 2）。）。5 5）应变：应变：指人体结指人体结构内某一点受载时所发生构内某一点受载时所发生的变形称为应变。的变形称为应变。大小：大小：变化的长度变化的长度/原始长度原始长度*100*100%强度:是人体承受负荷时抵抗破坏的能力。用极限应力表示。强度是衡量材料
10、本身承载能力（即抵抗失效能力）的重要指标。刚度:是人体在受载时抵抗变形的能力。刚度的大小取决于材料的几何形状和材料的种类 6 6）强度和刚度）强度和刚度 7 7）弹性和弹性限度）弹性和弹性限度 弹性：弹性：物体受外力后发生变形，外力（在一定限度内）一物体受外力后发生变形，外力（在一定限度内）一旦撤去，物体能恢复原有的体积和形状的性质，叫弹性。旦撤去，物体能恢复原有的体积和形状的性质，叫弹性。弹性限度：弹性限度：亦称亦称“弹性极限弹性极限”。物体受到外力作用，在内。物体受到外力作用，在内部所产生的抵抗外力的相互作用力不超过某一极限值时，若部所产生的抵抗外力的相互作用力不超过某一极限值时，若外力作
11、用停止，其形变可全部消失而恢复原状，这个极限值外力作用停止，其形变可全部消失而恢复原状，这个极限值称为称为“弹性限度弹性限度”。（记录）（插入资料）（记录）（插入资料）特点：特点：应力与应变成正比，外力功转变成弹性能。应力与应变成正比，外力功转变成弹性能。8 8）塑性）塑性 定义：定义：物体受外力后发生变形，当外力超过弹性限度时，物体受外力后发生变形，当外力超过弹性限度时，即使撤去外力，也不能恢复原状而保持变形的性质，即发即使撤去外力，也不能恢复原状而保持变形的性质，即发生了永久变形，叫塑性。生了永久变形，叫塑性。塑性材料变形不可恢复，塑性材料变形不可恢复，特点特点是应力与应变呈非线是应力与应
12、变呈非线性关系，外力作用下性关系，外力作用下外力功转变成变形能。外力功转变成变形能。9 9）粘弹性材料）粘弹性材料 v既具有弹性材料的力学性质，又具有粘性既具有弹性材料的力学性质，又具有粘性材料的力学性质的材料，叫粘弹性材料。材料的力学性质的材料，叫粘弹性材料。v粘弹性是引起能量消耗的重要原因。粘弹性是引起能量消耗的重要原因。v人体的骨、软骨、肌肉、血管壁、皮肤人体的骨、软骨、肌肉、血管壁、皮肤都都是粘弹性材料。是粘弹性材料。v1010）粘弹性材料的特点）粘弹性材料的特点 v蠕变蠕变：若令应力保持一定，物体的应变随若令应力保持一定，物体的应变随时间的增加而增大，这种现象称为蠕变。时间的增加而增
13、大，这种现象称为蠕变。a.它与它与塑性变形塑性变形不同，塑性变形通常在应力不同，塑性变形通常在应力超过弹性极限之后才出现，而蠕变只要应超过弹性极限之后才出现，而蠕变只要应力的作用时间相当长，它在应力小于力的作用时间相当长，它在应力小于弹性弹性极限极限时也能出现。时也能出现。b.应力越大，蠕变的总时间越短；应力越小，应力越大，蠕变的总时间越短；应力越小，蠕变的总时间越长。蠕变的总时间越长。20102010年，贝克汉姆跟腱断裂，无缘世界杯，挥泪告别绿茵场年，贝克汉姆跟腱断裂，无缘世界杯，挥泪告别绿茵场多次应力性骨折，告别赛场多次应力性骨折，告别赛场v1010）粘弹性材料的特点）粘弹性材料的特点 v
14、蠕变蠕变：v应力松弛：应力松弛：当物体突然发生应变时，若当物体突然发生应变时，若应变应变保持保持一定一定，则相应的，则相应的应力将随时间的增加而应力将随时间的增加而下降下降，这种现象称为应力松弛。，这种现象称为应力松弛。理解应力松弛理解应力松弛v将一根弹性绳绷紧，两端固定将一根弹性绳绷紧，两端固定则绳中具有一定的张力，如果则绳中具有一定的张力，如果这跟绳由于这个张力这跟绳由于这个张力的作用变长了一点点，那么绳就变松弛的作用变长了一点点，那么绳就变松弛了，则这个绳中的张力就减小了，这就是很好理解的应力松了，则这个绳中的张力就减小了，这就是很好理解的应力松弛。弛。v物理本质物理本质是结构在力的作用
15、下发生塑性变形，这种变形导致是结构在力的作用下发生塑性变形，这种变形导致结构内部应力减小。就叫应力松弛。结构内部应力减小。就叫应力松弛。举例：举例：打包带变松打包带变松橡皮筋变松橡皮筋变松v10）粘弹性材料的特点 v蠕变蠕变：v应力松弛：应力松弛：v滞后：滞后：若物体承受周期性的加载和卸载，若物体承受周期性的加载和卸载，则加载时的应力应变曲线常与卸载时的应则加载时的应力应变曲线常与卸载时的应力应变曲线不重合，这种现象称为滞后。力应变曲线不重合，这种现象称为滞后。二、牛顿运动定律和动量定理、动量守恒定律二、牛顿运动定律和动量定理、动量守恒定律v牛顿第一定律：牛顿第一定律：物体如果不受到任何力或所
16、物体如果不受到任何力或所受合外力为零，将保持其静止状态或匀速直受合外力为零，将保持其静止状态或匀速直线运动状态。它描述的是平动中人体和器械线运动状态。它描述的是平动中人体和器械的惯性本质的惯性本质。v应用：应用：由于保持一定的速度比改变速度省力由于保持一定的速度比改变速度省力得多，所以进行耐力训练如长途慢跑或快走得多，所以进行耐力训练如长途慢跑或快走的时候，提倡用稳定的速度。的时候，提倡用稳定的速度。动量定理和动量守恒定律：1.动量与冲量的概念动量与冲量的概念动量（动量（矢量性矢量性）n，单单位位：米米.千千克克/秒秒（m.kg/s）。）。冲量（冲量（矢量性矢量性）n 单位：牛顿单位：牛顿.秒
17、（秒（N.s）动量定理动量定理 物体在运动过程中，在某段时间内所受合外物体在运动过程中，在某段时间内所受合外力的力的冲量冲量，等于它等于它在这段时间内在这段时间内动量的变化量动量的变化量。即：即：动量定理在体育运动中的应用动量定理在体育运动中的应用1 1在投掷项目中，为了增加在投掷项目中，为了增加器械的出手速度，即增加器器械的出手速度，即增加器械的出手动量，应增加在最械的出手动量，应增加在最后用力阶段对器械的冲量。后用力阶段对器械的冲量。这要求：这要求：发挥最大力量发挥最大力量延长力的作用时间延长力的作用时间动量定理在体育运动中的应用动量定理在体育运动中的应用2若要减少对人体的冲力，就得延长力
18、作用的时间，若要减少对人体的冲力，就得延长力作用的时间，各种各种落地缓冲动作落地缓冲动作就是典型的例子。就是典型的例子。v任任何何物物质质系系统统在在不不受受外外力力作作用用或或所所受受外外力力之之和和为为零零时时，其其总总动动量量保保持持不不变变。这这就是动量守恒定律。就是动量守恒定律。v在动量定理中，当在动量定理中，当Ft=0时得时得vmVtmV1=0v即：即：mVt=mV1动量守恒定律在人体：在人体：我们认为，人体是由多环节组成的生物系统，各个环节的动量的矢量和等于人体的总动量。当人体整体所受外力为零时，人体内力可改变各个环节的相对位置，使环节的动量发生相互传递，但不能改变人体的总动量。
19、动量守恒定律总动量总动量=各肢体环节的矢量和各肢体环节的矢量和人体肢体鞭打动作的环节动量传递人体肢体鞭打动作的环节动量传递（举例）（举例）M1V1=M2V2M1M2V1 V2三、人体运动中的功能关系三、人体运动中的功能关系何谓运动处方何谓运动处方？指指根据个体根据个体的年龄、性别、健康的年龄、性别、健康情况、伤病诊断、功能评定结果、情况、伤病诊断、功能评定结果、运动史等，为患者或健身活动者，运动史等，为患者或健身活动者，以以处方形式制定处方形式制定的，包括活动内容、的，包括活动内容、运动量、注意事项等内容的运动量、注意事项等内容的训练计训练计划划，称为运动处方。，称为运动处方。(即训练计划）即
20、训练计划）运动处方的要素运动处方的要素运动处方的要素运动处方的要素 运动处方的要素：运动处方的要素：任何一类运动处方都应包括这五项内容：任何一类运动处方都应包括这五项内容：运动形式；运动形式；运动强度；（最为重要）运动强度；（最为重要）运动频率；运动频率；持续时间；持续时间；注意事项及微调整注意事项及微调整特别是前四项内容，又称为特别是前四项内容，又称为运动处方四要素运动处方四要素。如何确定运动强如何确定运动强度？度？老年人、慢性患者与健康人应该区分对待。老年人、慢性患者与健康人应该区分对待。确定运动强度的要点确定运动强度的要点決定運動強度的四個步驟決定運動強度的四個步驟第一、第一、預估最大心
21、率：預估最大心率：最大心率最大心率 =220-=220-年齡年齡第二、第二、檢測靜息心率：檢測靜息心率：測量休息時每分鐘的心率測量休息時每分鐘的心率第三、第三、決定心率保留值：決定心率保留值：心率保留值心率保留值 =最大心率最大心率 -靜息心率靜息心率第四、第四、估算訓練強度：估算訓練強度：為了安全而有效的進行心肺耐力訓練，可依為了安全而有效的進行心肺耐力訓練，可依個人的最大心率的百分比加以設定。個人的最大心率的百分比加以設定。例如：上限為例如：上限為85%85%，目標為，目標為70%70%，下限為，下限為50%50%：訓練強度上限訓練強度上限(85%)=(85%)=心率保留值心率保留值x 8
22、5%+x 85%+靜息心率靜息心率訓練強度目標訓練強度目標(70%)=(70%)=心率保留值心率保留值 x 70%+x 70%+靜息心率靜息心率訓練強度下限訓練強度下限(50%)=(50%)=心率保留值心率保留值 x 50%+x 50%+靜息心率靜息心率vv思考思考：为一个：为一个2020岁的青年设定运动强度岁的青年设定运动强度目标区。（假设其静息心率为目标区。（假设其静息心率为6868次次/分）分）估算最大心率估算最大心率估算最大心率估算最大心率 =220-20=200=220-20=200=220-20=200=220-20=200次次次次/分分分分估算心率保留值估算心率保留值估算心率保留
23、值估算心率保留值 =200-68=132=200-68=132=200-68=132=200-68=132次次次次/分分分分估算訓練強度上限估算訓練強度上限估算訓練強度上限估算訓練強度上限 =(132 x 0.85)+68=180=(132 x 0.85)+68=180=(132 x 0.85)+68=180=(132 x 0.85)+68=180次次次次/分分分分估算訓練強度目標估算訓練強度目標估算訓練強度目標估算訓練強度目標 =(132 x 0.70)+68=160=(132 x 0.70)+68=160=(132 x 0.70)+68=160=(132 x 0.70)+68=160次次次
24、次/分分分分估算訓練強度下限估算訓練強度下限估算訓練強度下限估算訓練強度下限 =(132 x0.50)+68=134=(132 x0.50)+68=134=(132 x0.50)+68=134=(132 x0.50)+68=134次次次次/分分分分心率区间（心率区间（心率区间（心率区间（134134134134，180180180180）次）次）次）次/分，目标：分，目标：分，目标：分，目标：160160160160次次次次/分分分分确定运动强度的要点（老年人，简易）确定运动强度的要点（老年人，简易）v庸氏庸氏（Jungmann）公式公式v如年龄如年龄5050岁以上、有慢性病史的中老年人步岁以
25、上、有慢性病史的中老年人步行运动最高心率一般每分钟应不超过（行运动最高心率一般每分钟应不超过（170-170-年龄年龄）。）。v举例：举例：如某人如某人5555岁，步行锻炼时每分钟最高岁，步行锻炼时每分钟最高心率应不超过（心率应不超过（170-55170-55），即），即115115次。次。要进行要进行运动耐量试验运动耐量试验（如：（如：使用功率自行车、使用功率自行车、跑台等），对跑台等），对心脏的功能能力心脏的功能能力（functionalcapacity,F.C.）进行进行评定评定以后，再确定以后，再确定运动运动强度强度、运动能力运动能力（exercisecapacity,E.C.）和和靶
26、心率靶心率（targetheartrate,THR）。）。确定运动强度（确定运动强度（心血管疾病患者）心血管疾病患者）运动耐量试验相关概念：v1.梅脱（MET）能量代谢当量。每公斤体重从事1分钟活动，消耗3.5毫升的氧，其运动强度为1 MET。用公式表示为：1MET=3.5mlO2/Kgminv1MET的活动强度，相当于健康成年人坐位安静时的代谢水平。稍高于基础代谢（3.3mlO2（/Kgmin）。运动耐量试验相关概念：2.心脏的功能能力（心脏的功能能力（F.C.）v定义：定义：指机体在指机体在尽力活动尽力活动时所能达到的最大时所能达到的最大MET值。值。即体力活动能力。即体力活动能力。运动耐
27、量试验相关概念：v2.心脏的功能能力（心脏的功能能力（F.C.）v在健康人，F.C.相当于最大吸氧量相应的相当于最大吸氧量相应的MET值值。F.C.=V O2max（mlO2/kgmin）/3.5 mlO2/kgminv在年老体弱有病的人来说，在年老体弱有病的人来说，F.C.只相当于没有只相当于没有出现，或刚刚出现异常时，所能达到的吸氧出现，或刚刚出现异常时，所能达到的吸氧量水平的相应量水平的相应MET值。值。3.运动能力（运动能力（E.C.）即进行心脏康复训练时，应达到并保持的即进行心脏康复训练时，应达到并保持的运动强度。运动强度。按不同对象，可以取按不同对象，可以取F.C.的的40%90%不等不等。运动耐量试验相关概念：运动耐量试验相关概念：4.靶心率（靶心率（THR）是经过心脏功能能力评定后，确定的在康复是经过心脏功能能力评定后，确定的在康复训练时应达到和保持的心率。训练时应达到和保持的心率。即：目标心率即：目标心率运动耐量试验相关概念：