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第三章 基础实验 第一部分 人体惯性参数测量 实验一 人体一维重心的实测（李世明） 一、实验目的 （1）了解人体总重心在运动生物力学研究中的意义；（2）掌握利用一维重心测量板测定人体总重心的方法；（3）分析影响人体重心位置的因素。 二、实验原理 重力是地球对物体的引力，人体整体所受的合重力的作用点就是人体重心的位置。在运动生物力学研究中，人体重心的轨迹、位移、速度以及加速度等指标是评价人体运动状况的重要指标，所以，掌握人体重心的测量方法是非常必要的。 依据静力学中的力矩平衡原理进行人体重心位置的测定。图1为人体一维重心测量板，空板时秤的读数为M0，人体重为W，人躺在板上后（两足紧贴抵足板，足背屈）体重秤读数为M，设人体总重心至A点的距离为AC，板重WB，板长为AD，板的重心至A点的距离为AB，则根据力矩平衡原理有 图1 一维重心测量板示意图 空板称量时 （1） 人躺在板上时 （2） 整理得 （3） 上式中的AC为被试标准站立姿势时的总重心的绝对高度。 为了便于比较，可计算人体总重心的相对高度，即重心绝对高度与身高的比值，该指标可消去身高的影响，其公式为 （4） 式中h为身高。 一般来说，人体重心的位置受人体体型、性别、年龄等因素的影响。长期从事运动训练也可引起人体重心位置的改变。 三、实验仪器与材料 一维重心测量板、体重秤、身高计等。 四、实验方法与步骤 1. 学生两人为一组。 2. 用体重秤、身高计分别测量每人赤足的体重W、身高h。 3. 安装好一维重心测量板，并记录空板时体重秤的读数M0以及板长AD。 被试者以标准解剖姿势平躺在测量板上，另一学生读出体重秤数并记录在登记表内。然后被试分别做两臂平举和两臂上举，并记录体重秤读数。 依据上述原理和测量结果，分别算出不同姿势的人体重心高度和标准解剖位的相对重心高度。 根据测量结果写出实验报告。 五、实验结果讨论 1. 试想一下，人体一维重心的实测实验是否要求平衡板是密度均匀的材料做成的？ 2. 随着人体姿势的改变，人体重心的位置是否发生变化？如果变化，人体总重心的变化有什么特点？ 3．试比较不同身高受试者的总重心的绝对高度和相对高度，从数据上看，两者中哪一个指标相差更大一些？ 实验二 在图片上测定人体二维重心（李世明） 一、实验目的 （1）学习利用图片测算人体重心的原理和方法；（2）加深对影像解析计算人体重心原理的理解。 二、实验原理 在图片上测定人体二维重心是以合力矩原理为依据，即把人体按照选定的人体模型看成由多环节组成的刚体系统。依据所确定模型提供的惯性参数，分别测算出各环节重心，然后相对所确定的直角坐标系的坐标轴进行力矩合成，用下述公式求出人体总重心的坐标（因为每一张图片都是平面的，所以在一张图片上均只能测到人体重心的二维坐标）： （5） 式中XC、YC是人体重心在坐标系O-XY中的相应坐标值； XiC、YiC分别为人体各环节重心在同一参考坐标系中的相应坐标值； Wi是人体第i个环节的绝对重量； n是计算人体重心坐标时所取的环节总数（根据所采用的人体模型不同而定）； W是人体的总重量，若以Pi代表第i个环节的相对重量，即环节绝对重量与体重的比值 （6） 那么，计算人体重心的公式简化为 （7） 本实验提供了布拉温－菲舍尔人体模型，其各环节相对重量和环节重心半径系数见表1： 表1 布拉温－菲舍尔人体模型环节参数表 环节 环节相对重量 环节重心半径系数 头 0.0706 － 躯干 0.4270 0.44 上臂 0.0336 0.47 前臂 0.0228 0.42 手 0.0084 － 大腿 0.1158 0.44 小腿 0.0527 0.42 足 0.0179 0.44 注：头的重心位于蝶骨鞍背后面7mm处，相当于两耳廓上缘连线的中央；手的重心位于中指的掌骨小头处。 人体各环节重心在各环节中，几乎都有一个固定的位置。纵长环节的重心大致位于纵轴上，靠近近侧端关节。表1中的环节重心半径系数即为近侧端关节中心至环节重心的距离与环节长度的比值。在画出的人体运动简图上，可根据各环节的长度与环节重心半径系数的乘积以及近侧端关节中心点来确定环节重心在人体运动简图上的位置，然后可在坐标纸上读出各环节重心点的二维坐标（XiC，YiC）。 三、实验仪器与材料 运动技术图片一张、细