生物力學基礎pdf

『壹』 簡述相向運動的基本生物力學原理

1描述：人體肢體為增加全身活動的協調性或增加動作效果而繞某一軸進行的一定幅度的轉動！
特徵：1減小肢體的轉動慣量和增加肌力距，可以增加角加速度;2擺動動作與主體動作之間應當互相配合；3擺動肢體的適時制動是動量矩合理轉移的關鍵。
2描述：人們將這種克服阻力或自體位移過程中，肢體依次加速與制動，使末端產生極大速度的動作形式叫鞭打動作。
特徵：1參與鞭打的關節符合運動的順序性；2注意小關節的作用；3鞭打動作是一個關節主動產生新的沖量距的過程；4鞭打動作受到解剖結構制約。
3描述：肢體末端環節與外界發生作用時，
特徵：1延長受力時間，減小沖擊力對人體的作用；2促使非機械能的產生與利用；3緩沖動作與解刨特點有關；4利用器械增加緩沖效果。
4描述：人體騰空時，由於肌群的收縮使身體兩部分朝著相反的方向轉動，這種動作形式叫做相向動作。
特徵：1相向動作是人體騰空後自動化的過程；2通過調整人體的轉動慣量控制動作的角速度；3肌肉收縮形式是超等長收縮；4遵守大關節帶動小關節的原理。
5描述：通過扣踢擊打方式，使人體四肢動能向器械實現轉移的動作形式
特徵：1為增大對器械的沖擊力，一方面增大身體末端或器械的動量，另一方面減少身體末端或器械與器械撞擊的作用時間。2為減小外界或器械對身體的沖擊力，通常需要延長沖擊動作中力的作用時間！
6力學因素：1支撐面。支撐面是支撐部位和其所包圍的面積，支撐面越大，其平衡的穩定性越高；2重心高度，重心越低，穩定性越好；3體重，體重對平衡也有一定的影響，其穩定程度用穩定系數K來表示，除了這三種力學因素外，還有影響它的生物學因素：（1）人體不能絕對靜止（2）人體的補償動作（3）人體具有自我控制、調節和恢復平衡的能力（4）人體平衡受心理因素的影響等。
分析題
1花樣滑冰運動員在冰面上的加速轉動與減速轉動是改變轉動慣量的結果。運動員通過肢體的伸展與收縮來增大轉動慣量和減小轉動慣量。當運動員的四肢由伸展到收縮時，其轉動慣量減小，則在冰面上的旋轉速度增大，當運動員的四肢由收縮到伸展時，其轉動慣量增大，則相應的旋轉速度減小。
2以順時針旋轉為例。當足球在空氣中既有平動又有旋轉時，足球表面附近的空氣由於有粘性將隨足球一起轉動，形成繞足球的環流。當環流與平動的流動疊加後，在足球的左邊的空氣的合速度較遠前方的空氣原有的速度大，而足球右邊的合速度小，根據伯努利定律，足球左邊的壓強小，右邊的壓強大，合成為指向左邊的合壓強，它能使足球的運動方向發生改變，使運動軌跡發生偏轉，形成弧線。
3由牛頓第二定律得：F=m.a當採用大負荷力量訓練時，合外力約為零，既加速度約為零，此時動作緩慢，動作完成的周期長，無法達到訓練爆發力的效果，易導致運動性疲勞，但可使肌原纖維增粗，增加最大力量；當採用適宜符合力量訓練時，F=Fn-mg=m.a,既在提高每次完成動作的周期時，每次訓練都使負荷產生一個向上的加速度，這樣不僅訓練了肌肉力量，更增加里爆發力，且不宜受傷。
論述題
1滯空技術其實質就是背弓技術，人體騰空時，人體重心的軌跡不發生改變，在由背弓到伸展的過程中，身體其他部分的運動軌跡發生了改變，產生了所謂的二次騰空，使身體控制的范圍增大，發力的時間延長，從視覺上給人一種停頓的感覺。
2十字支撐時，由於身體重力大，重力臂較長，造成重力矩很大，這需要強大的肌肉力量才能完成。高度的肌緊張集中在肩關節處，肩關節內收縮，肩帶肌群起固定作用，屬於大強度的靜力性用力動作，易導致疲勞，造成肌肉力量不足，動作失敗。
3（1）相向運動是人體在空中自動化的過程。例如，正面軀體扣球，背弓是維持身體在空中平衡的補償性動作，是一種自動化過程。
（2）通過調整肢體的轉動慣量控制動作的角速度。例如，單杠後空翻兩周下。在整個騰空過程中，轉動慣量和角速度都在隨時間變化，但兩者的乘積不變，始終維持動量守恆。
（3）肌肉的收縮形式是超等長收縮。例如，挺身式跳遠。從完成空中動作機制分析，作為引起相向運動動力肌群的准備姿勢，預先拉長原動肌是極為必要的，肌肉的收縮形式是典型的超等長收縮
（4）遵守大關節帶動小關節的原理。例如，正面軀體扣球，關節的順序是髖肩腕指。
4人體的轉動慣量與人體質量，質量分布和轉軸位置有關。由於人體完成某一轉動動作時，人體的質量相對恆定，因此，人體的轉動慣量由人體的質量分布和轉軸位置決定。人體的質量分布與人體的身高和運動的姿勢緊密相關。空翻類運動項目的運動員身材普遍較矮，例如，體操運動員矮小，其轉動慣量J就小，就容易翻轉。

『貳』 生物力學的應用前景

生物力學是應用力學原理和方法對生物體中的力學問題定量研究的生物物理學分支。其研究范圍從生物整體到系統、器官（包括血液、體液、臟器、骨骼等），從鳥飛、魚游、鞭毛和纖毛運動到植物體液的輸運等。

生物力學的基礎是能量守恆、動量定律、質量守恆三定律並加上描寫物性的本構方程。生物力學研究的重點是與生理學、醫學有關的力學問題。依研究對象的不同可分為生物流體力學、生物固體力學和運動生物力學等。

生物力學的基本任務是應用物理力學的理論和方法來研究生物和人體在宏觀和微觀水平上的力學性質和行為，分析發生在生命活動過程中的各種力學現象和過程，了解生物和人體一部分相對於另一部分以及整個機體在空間和時間上發生位移和運動的力學規律。

生物力學是一門新興學科，盡管對其中個別問題的研究有相當悠久的歷史。一般認為，1967年在瑞士召開第一次國際生物力學研究會議是該學科誕生的標志。在科學的發展過程中，生物學和力學相互促進和發展著。

哈維在1615年根據流體力學中的連續性原理，按邏輯推斷了血液循環的存在，並由馬爾皮基於1661年發現蛙肺微血管而得到證實；材料力學中著名的揚氏模量是揚為建立聲帶發音的彈性力學理論而提出的；流體力學中描述直圓管層流運動的泊松定理，其實驗基礎是狗主動脈血壓的測量；黑爾斯測量了馬的動脈血壓，為尋求血壓和失血的關系，在血液流動中引進了外周阻力的概念，同時指出該阻力主要來自組織中的微血管；弗蘭克提出了心臟的流體力學理論；施塔林提出了物質透過膜的傳輸定律；克羅格由於對微循環力學的貢獻，希爾由於肌肉力學的貢獻而先後（1920，1922）獲諾貝爾生理學或醫學獎。到了20世紀60年代，生物力學成為一門完整、獨立的學科。

現代生物力學大約起源於20世紀60年代末，生物力學和運動生物力學發展進入了形成和發展時期。在這一時期專家們對於人和動物運動的生物力學特性進行了積極的研究。

下面一些學者的科學研究廣為人知：亞歷山大1970年的《生物力學》；1974年武科布羅多維奇對於動物運動進行了數學模擬，並因此促進了機器人製造技術的發展；1968年希利傑博蘭德創建了有關動物以均勻步法進行運動的理論；1968年蘇霍諾夫創建了陸地脊椎動物運動的一般體系；哈頓有關人支撐運動體系調控機制的研究；米勒有關人運動生物力學問題的研究。

1967年召開了第一次國際生物力學學術討論會。1973年正式成立了國際生物力學學會（International Society of Biomechanics,ISB），這標志著生物力學學科的正式建立。

『叄』 運動生物力學發展的四個階段是如何劃分的

運動生物力學發展的四個階段是劃分如下：

1、第一階段是從出生到兩歲半。

2、第二階段從兩歲半到五歲半，也叫「早兒童期」。

3、第三階段是當孩子六歲時，一般來說，他們的這些基礎的運動機能應該讓他們能夠正常地進入第三個階段。即「晚兒童期」的過渡性機能運動期。

4、第四階段是十歲以後，孩子進入少年期，然後進入青年期。這個階段的正常發育水平應該是走向「特殊運動機能發育」的階段，即培育特殊運動才能階段。

生物力學的背後

生物力學是應用力學原理和方法對生物體中的力學問題定量研究的生物物理學分支。其研究范圍從生物整體到系統、器官（包括血液、體液、臟器、骨骼等），從鳥飛、魚游、鞭毛和纖毛運動到植物體液的輸運等。

生物力學的基礎是能量守恆、動量定律、質量守恆三定律並加上描寫物性的本構方程。生物力學研究的重點是與生理學、醫學有關的力學問題。依研究對象的不同可分為生物流體力學、生物固體力學和運動生物力學等。

『肆』 生物力學的基本概念 什麼是應力應變

生物力學的應力應變就是應力與應變的統稱。
「應力是力,單位為牛頓等。 應變是長度,單位是米等。
應力應變的曲線的橫坐標是應變，縱坐標是外加的應力。曲線的形狀反應材料在外力作用下發生的脆性、塑性、屈服、斷裂等各種形變過程。這種應力-應變曲線通常稱為工程應力-應變曲線，它與載荷-變形曲線外形相似，但是坐標不同。

『伍』 什麼是生物力學基礎

生物力學 （biomechanics ）生物力學是應用力學原理和方法對生物體中的力學問題定量研究的生物物理學分支。其研究范圍從生物整體到系統、器官(包括血液、體液、臟器、骨骼等)，從鳥飛、魚游、鞭毛和纖毛運動到植物體液的輸運等。 生物力學的基礎是能量守恆、動量定律、質量守恆三定律並加上描寫物性的本構方程。生物力學研究的重點是與生理學、醫學有關的力學問題。依研究對象的不同可分為生物流體力學、生物固體力學和運動生物力學等。

在科學的發展過程中，生物學和力學相互促進和發展著。哈維在1615年根據流體力學中的連續性原理，按邏輯推斷了血液循環的存在，並由馬爾皮基於1661年發現蛙肺微血管而得到證實；材料力學中著名的揚氏模量是揚為建立聲帶發音的彈性力學理論而提出的；流體力學中描述直圓管層流運動的泊松定理，其實驗基礎是狗主動脈血壓的測量；黑爾斯測量了馬的動脈血壓，為尋求血壓和失血的關系，在血液流動中引進了外周阻力的概念，同時指出該阻力主要來自組織中的微血管；弗蘭克提出了心臟的流體力學理論；施塔林提出了物質透過膜的傳輸定律；克羅格由於對微循環力學的貢獻，希爾由於肌肉力學的貢獻而先後(1920，1922)獲諾貝爾生理學或醫學獎。到了20世紀60年代，生物力學成為一門完整、獨立的學科。
編輯本段生物力學的分類
生物固體力學
生物固體力學是利用材料力學、彈塑性理論、斷裂力學的基本理論和方法，研究生物組織和器官中與之相關的力學問題。在近似分析中，人與動物骨頭的壓縮、拉伸、斷裂的強度理論及其狀態參數都可應用材料力學的標准公式。但是，無論在形態還是力學性質上，骨頭都是各向異性的。 20世紀70年代以來，對骨骼的力學性質已有許多理論與實踐研究，如組合桿假設，二相假設等，有限元法、斷裂力學以及應力套方法和先測彈力法等檢測技術都已應用於骨力學研究。骨是一種復合材料，它的強度不僅與骨的構造也與材料本身相關。骨是骨膠原纖維和無機晶體的組合物，骨板由縱向纖維和環向纖維構成，骨質中的無機晶體使骨強度大大提高。體現了骨以最少的結構材料來承受最大外力的功能適應性。 木材和昆蟲表皮都是纖維嵌入其他材料中構成的復合材料，它與由很細的玻璃纖維嵌在合成樹脂中構成的玻璃鋼的力學性質類似。動物與植物是由多糖、蛋白質類脂等構成的高聚物，應用橡膠和塑料的高聚物理論可得出蛋白質和多糖的力學性質。粘彈性及彈性變形、彈性模量等知識不僅可用於由氨基酸組成的蛋白質，也可用來分析有關細胞的力學性質。如細胞分裂時微絲的作用力，肌絲的工作方式和工作原理及細胞膜的力學性質等。 生物固體力學中關於骨的研究，可以追溯到19世紀，大量的研究者對骨組織進行了研究，直到19世紀末，Wollf提出了著名的Wollf's Law. 他認為骨組織是一種自優化的組織，其結構會隨著外載的變化而逐漸變化，從而達到最優的狀態。以後，研究者進行了大量研究，基於此定律提出了不少的理論及數學模型。其中較為著名教授有S.C Cowin ,D. R Carter , Husikes。在國內，吉林大學的朱興華教授也做了大量工作。
生物流體力學
生物流體力學是研究生物心血管系統、消化呼吸系統、泌尿系統、內分泌以及游泳、飛行等與水動力學、空氣動力學、邊界層理論和流變學有關的力學問題。 人和動物體內血液的流動、植物體液的輸運等與流體力學中的層流、湍流、滲流和兩相流等流動型式相近。在分析血液力學性質時，血液在大血管流動的情況下，可將血液看作均質流體。由於微血管直徑與紅細胞直徑相當在微循環分析時，則可將血液看作兩相流體。當然，血管越細，血液的非牛頓特性越顯著。 人體內血液的流動大都屬於層流，在血液流動很快或血管很粗的部位容易產生湍流。在主動脈中，以峰值速度運動的血液勉強處於層流狀態，但在許多情況下會轉變成湍流。尿道中的尿流往往是湍流。而通過毛細血管壁的物質交換則是一種滲流。對於血液流動這樣的內流，因心臟的搏動血液流動具有波動性，又因血管富有彈性故流動邊界呈不固定型。因此，體內血液的流動狀態是比較復雜的。 對於外流，流體力學的知識也用於動物游泳的研究。如魚的體型呈流線型，且易撓曲，可通過興波自我推進。水洞實驗表明，在魚游動時的流體邊界層內，速度梯度很大，因而克服流體的粘性阻力的功率也大。小生物和單細胞的游動，也是外流問題。鞭毛的波動和纖毛的拍打推動細胞表面的流體，使細胞向前運動。精子用鞭毛游動，水的慣性可以忽略，其水動力正比於精子的相對游動速度。原生動物在液體中運動，其所受阻力可以根據計算流場中小顆粒的阻力公式(斯托克斯定律)得出。 此外，空氣動力學的原理與方法常用來研究動物的飛行。飛機和飛行動物飛行功率由兩部分組成：零升力功率和誘導功率。前者用來克服邊界層內的空氣粘性阻力；後者用來向下加速空氣，以提供大小等於飛機或飛行動物重量的升力。鳥在空中可以通過前後拍翅來調節滑翔角度，這與滑翔機襟翼調節的作用一樣。風洞已用於研究飛行動物的飛行特性，如禿鷲、蝙蝠的滑行性能與模型滑翔機非常相似。
運動生物力學
運動生物力學是用靜力學、運動學和動力學的基本原理結合解剖學、生理學研究人體運動的學科。用理論力學的原理和方法研究生物是個開展得比較早、比較深入的領域。 在人體運動中，應用層動學和動力學的基本原理、方程去分析計算運動員跑、跳、投擲等多種運動項目的極限能力，其結果與奧林匹克運動會的記錄非常相近。在創傷生物力學方面，以動力學的觀點應用有限元法，計算頭部和頸部受沖擊時的頻率響應並建立創傷模型，從而改進頭部和頸部的防護並可加快創傷的治療。 人體各器官、系統，特別是心臟—循環系統和肺臟—呼吸系統的動力學問題、生物系統和環境之間的熱力學平衡問題、特異功能問題等也是當前研究的熱點。生物力學的研究，不僅涉及醫學、體育運動方面，而且已深入交通安全、宇航、軍事科學的有關方面。生物力學的研究要同時從力學和組織學、生理學、醫學等兩大方面進行研究，即將宏觀力學性質和微觀組織結構聯系起來，因而要求多學科的聯合研究或研究人員具有多學科的知識。

『陸』 簡述運動生物力學參數及其採集

運動生物力學在體育科學學科體系中研究內容豐富，研究問題復雜，領域寬廣，涉及到生物學、力學、體育學等學科的交叉，從而形成了良好的學科互補與融合，促進了運動生物力學學科的進步和發展。隨著測試手段的改進和現代高科技的發展，運動生物力學的發展任重而道遠。縱觀國內外運動生物力學的研究領域，可以看到該學科的發展趨勢是： 一基礎研究。研究人體基本體育動作的生物力學原理如走、跑、跳的生物力學，研究人體運動器系的生物力學，如膝關節的運動學與動力學、脊柱的生物力學、肌肉活動時肌電對復雜運動中的肌力評價，神經肌肉對運動的支配、運動控制、運動能量等；生物力學在康復診斷評價中的研究，活體結構下的材料力學和彈性力學，生物材料的本構方程，關節受力的形態分析和關節界面的數學力學模型，研究人體運動動作的神經肌肉控制和反饋，矯正動作的生物力學機制等。
二應用研究。包括對優秀運動員各項動作技術的生物力學診斷（技術分析）、運動技術的優化、生物力學的技術在不同運動項目訓練中的應用、教學實踐與訓練中的力學問題、教學方法方面的生物力學、運動過程中各肌群（原動肌、協同肌、對抗肌）工作特點（參加工作的實踐順序、力量大小等）的研究、運動器系損傷的生物力學機制及物理康復手段的研究、運動生物力學與選材研究，以及研究、設計符合人體生物力學原理的運動器材及體育鍛煉的各類健身用品等。
三方法學及測試手段的研究。包括：高速錄象開始應用，錄象解析代替了一部分影片解析；專向技術測試的感測器有所進展，如彈力調節器可安裝於彈跳板上調節彈力大小；測試數據採集計算機化和參數遙測技術研究；多指標、多學科的綜合測試及同步測試；影像解析中圖象識別技術的研究；適合於測量活體系統生物力學參數的新方法、新手段、新儀器的研究；測量參數數字化過程的分析方法的研究。

『柒』 鞭打動作的動作形式及生物力學原理

鞭打動作的生物力學原理的基礎其實就是動量傳遞的結果，一端動量向質量較小的一端傳遞（通過制動），使另一端獲得較大的運動速度。人體鞭打動作中是通過角動量在相鄰關節間的傳遞實現的。起於相鄰關節的肌肉收縮力，使遠端環節產生角加速度，而遠端環節力通過肌肉收縮作用於近端環節，使其制動，在制動的過程中，近端環節的角動量傳遞給了遠端，加上肌肉主動發力的過程，使得遠端環節的速度大大加快。大概就是這個意思吧。

『捌』 運動生物力學有哪五項基本任務

運動生物力學有哪五項基本任務
一般來說，不同運動項目的指標是不同的。一般有速度、力量、角度指標及其派生指標構成。可以用專業的分析軟體獲得這些指標。動作效果和運動效果密切相關，一般來說，動作效果好，運動效果就好，要具體情況具體分析；如果出現反常就要分析出出現差錯的原因，以利於指導運動實踐！
首先用能量守恆求取末速度： mg△h = (1/2)mv² v = √(2g△h) = √[2×10×(3.2-0.7)] = √50 m/s 落地時，根據動量與沖量的轉換計算沖擊力： mv = Ft 60×√50 = F·0.4 解得F = 150√50 = 1060.66 N 因此運動員沒有受傷。