08级运动生物力学讲稿第二章12.docVIP

第二章 人体运动生物力学参数 人体运动生物力学参数包括人体惯性参数、运动学参数、动力学参数以及生物学参数。其中人体惯性参数是人体的基本物理参数之一（包括人体整体及环节的质量、质心（重心）位置、转动惯量及转动半径等），在运动生物力学、工效学及相关学科研究中具有重要作用；运动学参数和动力学参数以及生物学参数（速度、加速度、角速度、力、力矩、动量、动量矩等）则是描述人体运动特征的基本参数，是研究人体运动的基础。 第一节 运动生物力学参数的特征 一、人体参数的非线性特征 如果因变量与自变量之间存在着严格的比例关系，称为线性关系，该系统称为线性系统或具有线性特征。如虎克定律：F=-KX。 线性系统基本的特性之一是叠加原理的成立。 人体生物系统一般不具有线性特征而是具有非线性特征。即人体的活动特征不能用具有比例关系的方程或表达式表示出来。 例如：1、肌肉收缩的张力与长度的关系。 2、肌肉收缩的张力与收缩速度的关系。 3、一块肌肉与肌群的协同作用关系不具有叠加性。 4、助跑速度与跳远成绩的关系只具有相关性而不是有线性关系。 二、人体的生物拒测性特征 （一）目前在生物力学研究中，为了分析人体系统内的结构、功能、力学特征以及活动过程的因果关系等，较多采用药物阻断、破坏、离体研究等方法，称之为活体解剖法和离体器官组织研究法。这些方法无法在运动中的人体上实施，只能局限在尸体研究中（如环节质量、重心位置等）这样很难获得第一手真实资料。 （二）现在提出并已部分使用的“可忍受的”、“可接受的”活体检测法不仅在检测范围、指标等方面存在较大的局限性，而且由于人的心里因素和人体的排斥反应（干扰正常生命过程）使生理活动和指标出现较大的变异性。（同时优秀运动员很难成为实验对象） 例如：用针电极研究深层肌电图，用套筒钩针勾取肌原纤维在电镜下分析红白肌纤维比例等。 三、人体动作参数不可重复性和参数的随机分散性特征 （一）人体动作参数的不可重复性原于人体生理、生化的活动特点，神经体液的调节特点和人体生理、力学参数的非线性特征以及体育动作结构的一次性组合特点以及来自心理、环境、对手的干扰。 例如：①心率、血压、肌力、关节角度等生理机能的可变性和不可重复性。②一次跳远动作的过程、技术结构、成绩的不可重复性。 （二）人体动作参数的不可重复性又表现出随机分散性特征： 不可重复性的随机分散特征是指一个自变量可能有几个因变量与之对应，但几个因变量值之间不存在变异性或显著差异，而是具有共同的特征或趋势。 例如跳高运动员的踏跳时间与跳起高度的关系，最大相对起跳力与踏跳时间的关系。 四、人体功能代偿和运动能力极限指标的不可计测性特征 （一）人体生理功能代偿能力是指人体某些组织器官在部分损伤后，其正常部分的细胞、组织可完成整个组织器官的正常生理机能。 例如：1/5肝脏、一只肾、2/5肺叶，一个大脑半球等可维持正常生理活动。说明正常人体的生理活动只保持在一定水平上，尚有相当一部分潜能没有发挥出来。 （二）人体功能代偿能力的储备性是人体功能极限指标无法准确测量的生理依据。使人体生理功能和运动能力的极值无法获得而只能获得极限指标的相对值。 例：活体肌肉拉力的极值是多少，肺活量，最大吸氧量的极值是多少？100米跑的速度极限是多少等。 五、运动动作的相对最佳化特征： 运动动作的最佳化是取得优异成绩的前提，是由构成完整动作的全部连续动作组成。单个动作或力量或速度的最佳并不一定会使整个动作系统达到最佳，我们只能通过改进动作结构、利用生理特点接近最佳化，即达到相对最佳化。 例如： 1、绝对力量（弹跳力）或百米成绩最好，并不见得跳远成绩最好。 2、理论上起跳角为45°时，跳远最远，但相对最佳值却是22～24°。 3、由可知，肌肉力量和收缩速度均最大时，功率最大，但这是不可能的。 六、反馈与生物信息的相对稳定性特征 反馈使神经—体液调节构成了一个闭合回路。人体无论静止还是运动过程中，控制部分（如运动中枢）和受控部分（如骨骼肌）之间存在着往返的双向联系。 反馈信息的传入抵抗着人体内、外因素的干扰，消除控制部分和受控部分的误差，使运动中的机体保持相对稳定，达到某种状态从而完成规定的动作。 这种反馈调节和生物信息的作用过程是生物体区别与非生物体的另一特征。也是研究人体动作过程及其调节过程的困难之一。 第二节 人体惯性参数 一、人体惯性参数的概念和意义 （一）概念：人体惯性参数是描述人体整体或环节惯性的基本物理量，包括人体整体及环节的质量、质心（重心）位置、转动惯量及转动半径等。 （二）确定人体惯性参数的意义： 是建立人体模型，进行人体运动力学及运动损伤与预防方法研究的基础参数，在体育、国防工业、医学、康复等领域具有广泛的应用价值。 例如：人体运动技术影像分析；体操、技巧、跳水等动作的设计，伤残人假肢