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1、第四章第四章 人体运动的静力学人体运动的静力学l静力学是研究物体或物体系在外力作用下处于平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学主要讨论人体在完成静力性动作体运动的静力学主要讨论人体在完成静力性动作，即处于相对静止的姿势，即处于相对静止的姿势(或称平衡状态或称平衡状态)时的受时的受力情况，获得平衡和维持平衡的力学条件。力情况，获得平衡和维持平衡的力学条件。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。体育动作中的出现静态和动态平
2、衡。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产生转动效果的物理量。时产生转动效果的物理量。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正，反之相反为正，反之相反（右手法则）。右手法则）。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合的的两两个个力力作作用用在在物物体体上上，物物体体同同样样产产生生转转动动效效应应，这一对力为力偶。这一
3、对力为力偶。l力偶矩：力偶矩：ld d为力偶臂为力偶臂 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原力对平移点的力矩。于原力对平移点的力矩。3.3.力的平移定理力的平移定理力的平移定理力的平移定理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：静止或做匀速直线运动。速直线运动。1.平衡方程平衡方程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(平行四平行四边形法则边形法则)在平面直角指标系在平面直角指标系OXY下下:
4、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，平衡方程，例题受力分析，平衡方程，例题P97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,所有个力对于其所有个力对于其平面任意一点力矩的代数和平面任意一点力矩的代数和,等于力系的合力对于等于力系的合力对于此点的力矩此点的力矩.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
5、，例题受力分析，平衡方程，例题P99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，例题P100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。(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，即物体在重心垂直投影线和重心与支撑面边缘相应
6、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。某一方向上的稳定程度的判定指标。(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P105FhGr稳定系数的计算稳定系数的计算稳稳定定角角与与平平衡衡角角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)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的位置关系，平衡种类可分为：衡种类可分为：l上支撑平衡上支撑平衡l下支撑平衡下支撑平衡l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
7、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l作业：作业：P114，1,5,7,84.3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力的的合合力力的的作作用用点叫做人体重心。点叫做人体重心。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
8、示意图(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。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。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。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。(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4.4 人体平衡的特点人体
9、平衡的特点（1）人体不能处于绝对静止的状态）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。（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。而是由重力矩与肌肉和
10、韧带的拉力矩支撑反作用力。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。共同维持的，如体操的平衡动作。（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。人体的补偿作用达达瓦瓦孜孜（4）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
11、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 环节相对重量和半径系数环节相对重量和半径系数lLr=l/LPi=Pi/P近侧端近侧端远侧端远侧端以以人人体体左左下下角角边边缘缘处处O点点为为原原点点绘绘出出直直角角坐坐标标系系（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
12、头的的重重心心在在耳耳廓廓上上缘缘中中点正面观时在两眉间，手的重心在中指的掌指关节处。点正面观时在两眉间，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)，填填入入环节长度一栏内。环节长度一栏内。把把各各环环节节重重心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节相对重心位置数据。环节相对重心位置数据。方法方法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，填填入入环环节质近侧
13、端实长一栏内。节质近侧端实长一栏内。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算，可以直接点出。计算，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。把把人人体体模模型型中中已已知知的的环环节节相相对对重重量量数数据据添添入入表表内内（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。XOY对测量的理解思考题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?