运动生物力学 运动技术分析与评价PDF电子书下载

第一章 运动生物力学导论 1

本章基本知识要点 1

本章内容教学导航 1

基本内容 1

第一节 运动生物力学在体育学科体系中的地位 1

一、体育行业的专业人员 2

二、体育工作目标 2

三、体育工作对象 2

四、体育学科体系中具有生物学属性的“三大基础理论课” 2

（一）由生物属性的“人”这个角度来讨论 2

（二）由“从事体育运动”这个角度来讨论 3

五、小结 4

第二节 运动生物力学涉及的基本概念 4

一、概念之一：运动生物力学 4

（一）运动生物力学定义（Sport Biomechanic） 4

（二）运动生物力学所隶属的学科体系 4

（三）运动生物力学当前的热点领域表现在运动技术诊断方面 5

2．竞技体育的需求带动了相关仪器设备和测量技术的发展 5

1．运动技术诊断直接服务于竞技体育 5

3．全民健身体育将为运动技术诊断提供更大的活动空间 5

2．竞技体育的需求带动了相关仪器设备和测量技术的发展二、概念之二：运动技术原理（又称动作技术原理） 5

（一）运动技术原理定义 5

（二）体育领域在揭示人体运动基本规律方面的状况 6

（三）正确理解运动技术原理 7

1．运动技术动作的目的是要获得最大的运动效果 7

2．不区分体育项目特点和个人特点 7

三、概念之三：最佳运动技术 7

（一）最佳运动技术定义 7

（二）运动技术形式与选择举例 8

1．举例一：急行跳远起跳动作形式与选择 9

2．举例二：举重挺举提铃动作形式与选择 9

（三）正确理解最佳运动技术 9

四、概念之四：运动技术诊断 9

（一）运动技术诊断定义 9

（二）运动技术诊断的基本过程 9

1．了解情况过程（类似于医生的诊断过程） 10

2．解决问题过程（类似于医生的治疗过程） 10

（三）正确理解运动技术诊断 10

1．运动技术诊断的两个过程是有机的整体，都应该给予重视 10

2．运动技术诊断不仅仅是针对竞技运动，还可推广到健身运动领域第三节 运动生物力学的基本任务 10

一、研究人体形态结构、机能的力学特性，为运动员选材提供依据 10

（一）本项任务特点 10

（二）举例 11

1．肢体的长度对转动角速度、线速度的影响 11

2．身高对于举起重物时所做功及耗费肌力的影响 11

（三）小结 11

二、揭示运动技术原理，为有意识的利用人体运动规律提供支持 12

（一）本项任务特点 12

（二）举例 12

（三）小结 13

三、进行运动技术诊断，为体育参加者制定最佳运动技术解决方案 13

（一）本项任务特点 13

（二）举例 13

（三）小结 14

四、对体育器械进行力学性能测试，为优化运动器械提供力学依据 14

（一）本项任务特点 14

（二）举例 14

1．撑竿跳高所使用的撑竿 15

2．射箭运动安装在弓上的减振器 15

（三）小结 15

五、对动作结构进行受力分析，为预防运动创伤和促进康复提供辅助方案 15

（一）本项任务特点 15

（二）举例 15

1．预防慢性创伤（以立姿射击、射箭等项目为例） 16

2．预防急性创伤举例（以田径短跑为例） 16

（三）小结 16

第四节 运动技术诊断专论 16

一、进行“运动技术诊断”基本工作步骤 16

（一）步骤一：确定需要进行运动技术诊断的对象 16

（二）步骤二：数据采集（即了解情况过程） 17

1．通过肉眼观察，获取与运动技术相关的“定性数据” 17

2．通过科学仪器测量，获取与运动技术相关的“定量数据”（三）步骤三：评价被诊断对象当前的运动技术、为其提出最佳运动技术设想 17

1．以体育指导者的专业经验作为依据 18

2．以优秀运动员的数据作为参照依据 18

3．以运动生物力学理论作为评价依据 18

（四）步骤四：设计辅助训练手段（即提出解决问题办法） 18

（五）步骤五：监控被诊断对象运动技术的改变情况，及时发现问题和修正辅助训练手段（即有效性监控） 19

二、运动技术诊断一直是体育教学训练工作的重要组成部分 19

复习思考 20

第二章 运动技术数据 21

本章基本知识要点 21

本章内容教学导航 21

基本内容 21

第一节 运动技术数据的意义 21

一、运动学数据对运动技术的意义 21

（一）关节位置和关节角度 22

1．关节位置 23

2．关节角度 23

（二）位移和角位移 23

1．位移 25

2．角位移 25

（三）速度和角速度 25

1．速度 26

2．角速度 26

（四）加速度和角加速度 26

（五）小结 27

二、动力学数据对运动技术分析的意义 27

（一）动力曲线 27

1．不同的动作会产生不同的动力曲线 29

2．不同的人完成相同动作会产生不同的动力曲线 29

3．相同的人完成相同动作其动力曲线会有一定差异 29

（二）冲量 29

（三）小结 29

三、运动技术数据采集方式讨论 30

第二节 运动学数据的采集及应用 30

一、影像测量方法 30

（一）影像测量原理 31

1．一维方向运动学数据测量 32

2．二维方向运动学数据测量 32

（二）影像数字化基础 32

1．人体影像数字化 33

2．影像数字化的步骤 33

3．手工计算影像图片运动学数据实验 33

（三）摄影测量方法 33

1．摄影测量的仪器设备 34

2．摄影测量过程介绍 34

（四）摄像测量方法 34

1．摄像测量的仪器设备 37

2．摄像测量过程介绍 37

（五）影像测量相关问题讨论 37

1．影像测量注意事项 41

2．影像测量中的几个计算问题 41

二、运动学数据的其他测量方法 41

（一）红外光点摄像测量方法（光电图像分析系统） 41

（二）电学测量方法 41

第三节 动力学数据的采集及应用 41

一、力学数据测量原理及其设备 42

（一）力传感器 42

1．压电晶体 43

2．电阻应变片 43

（二）测力台 43

（三）平衡台 44

（四）测力鞋垫 45

（五）电阻应变片的应用 45

二、动力曲线分析举例 46

（一）步态动力曲线 47

（二）跳跃动力曲线 47

（三）投掷铅球最后用力动作的动力曲线 48

实验与技能 49

实验一 摄像机操作，视频数据转换操作 49

实验二 运动技术图片手工测量计算基础 49

实验三 运动技术录像解析系统（教学实验用软件） 52

实验四 运动技术录像解析系统（录像解析专用软件） 53

实验五 测力设备的使用（三维测力台） 53

实验六 应变片粘贴技术与应变测力仪 53

实验七 平衡台测量重心位置 54

复习思考 54

第三章 运动生物力学基本原理 55

本章基本知识要点 55

本章内容教学导航 55

基本内容 55

第一节 运动学基本知识 55

一、人体运动的基本形式 56

（一）人体的线运动 56

（二）人体的角运动 56

（三）复合运动 57

二、匀变速直线运动公式 57

三、斜抛运动 58

（一）抛点和落点在同一个水平面上时的斜抛运动 58

1．初速度 60

2．任意点的速度 60

3．斜抛到达顶点的时间 60

4．总时间 60

5．最大远度（由总时间t进行计算） 60

6．最大高度（由达到最大高度的时间t1进行计算） 60

（二）斜抛运动的其他情况 60

1．当抛点高于落点时的斜抛运动 63

2．当抛点低于落点时的斜抛运动 63

3．竖直上抛运动 63

4．自由落体运动 63

四、运动曲线 63

（一）“运动轨迹”曲线 63

（二）“速度-时间”曲线 63

（三）“加速度-时间”曲线 64

第二节 动量定理及其应用 64

一、动量定理 64

（一）动量（mv） 64

1．物体运动量影响因素分析 65

2．动量的构成 65

（二）冲量（Ft） 65

1．力的作用效果影响因素分析 66

2．冲量的构成 66

（三）动量定理 66

（四）动量守恒定理 66

二、动量定理在体育运动中的应用 66

（一）投掷类 66

（二）打击类 67

（三）蹬伸类 67

（四）缓冲类 68

（五）作业点评 68

第三节 动量矩定理及其应用 69

一、动量矩定理 69

（一）角运动的基础知识 69

1．力矩（M） 72

2．转动惯量（J） 72

3．转动惯量理论公式 72

4．规则体转动惯量及计算公式 72

5．非规则体的转动惯量 72

（二）动量矩定理 72

1．动量矩 74

2．冲量矩 74

3．动量矩定理 74

4．动量矩守恒定理 74

二、动量矩定理在体育运动中的应用 74

（一）动量矩定理应用中的问题 74

1．定轴转动 75

2．定点转动 75

3．腾空后转动的特点 75

（二）适合于动量矩定理的常见体育技术动作 75

1．翻转类 77

2．相向动作类 77

3．扭转动作类 77

4．局部肢体绕关节转动类 77

第四节 稳定性原理及其应用 77

（一）重心 77

（二）影响稳定性的因素 78

1．重心高低 81

2．支撑面大小 81

3．稳定角大小 81

第五节 流体力学原理及其应用 81

（一）流体力学基本知识 81

1．压强 83

2．流体的浮力 83

3．比重 83

4．浮心 83

（二）伯努利定律 83

（三）马格努斯效应 84

第六节 骨、肌肉力学特征及其应用 84

一、骨受力特征 84

（一）受力形式（载荷形式） 84

1．压缩 85

2．拉伸 85

3．弯曲 85

4．扭转 85

5．剪切 85

（二）人体承受外力极限能力的比较 85

1．同一部位骨骼承受极限载荷能力比较 86

2．上下肢承受极限载荷能力比较 86

（三）肌肉活动对骨受力形式的影响 86

（四）机械应力对骨结构的影响 87

二、肌肉力学特征 87

（一）肌肉力学模型 87

1．肌纤维结构 88

2．肌纤维力学模型 88

3．肌力构成 88

4．实例 88

（二）肌肉松弛 88

1．概念 89

2．原因 89

3．举例 89

第七节 运动技术原理 89

一、人体肢体基本运动形式 89

（一）上肢动作 89

1．推 89

2．拉 89

3．鞭打 89

（二）下肢动作 89

1．蹬伸 90

2．缓冲 90

3．鞭打 90

（三）全身动作 90

1．躯干扭转 90

2．相向运动 90

3．摆动 90

二、运动技术原理 90

（一）杠杆原理 90

1．杠杆分类 92

2．人体关节杠杆类型举例 92

（二）复杠杆原理 92

1．对于完成技术动作 93

2．对于完成力量练习动作 93

（三）关节运动顺序性原理 93

（四）鞭打动作原理 93

实验与技能 94

实验八 一维重心测量 94

实验九 纵跳实验（肌肉松弛现象或惯性力现象） 95

复习思考 96

第四章 运动技术分析 97

本章基本知识要点 97

本章内容教学导航 97

基本内容 97

第一节 运动技术分析的方法和一般步骤 97

一、运动技术分析的概念及作用 98

（一）运动技术分析（或运动技术诊断） 98

（二）运动技术分析的作用举例 98

二、运动技术要素及其意义 98

（一）运动技术的多样性和规律性 98

1．运动技术的多样性，使运动技术分析难度加大 99

2．运动技术的规律性，使运动技术分析有矩可循 99

3．运动技术要素 99

（二）运动技术要素的数据形式及其作用 99

1．动作姿位（姿势） 103

2．动作幅度 103

3．动作变化率 103

4．用力方式 103

5．力的作用效果 103

6．动作协调性 103

7．肌电图数据 103

三、选用运动技术要素的要点 103

（一）依据运动技术任务和特征选择要素 103

（二）突出主要运动技术要素 104

（三）各运动技术要素的优化组合 104

四、运动技术分析一般步骤及方法 104

（一）划分运动技术环节 104

（二）确定运动技术环节中的关键技术环节和相互联系 105

1．关键技术环节 106

2．相互联系 106

（三）确定运动技术分析的对象、地点和测量方法 106

1．运动技术分析的对象 107

2．测试地点 107

3．测量方法 107

（四）数据处理与数据分析 107

1．数据处理 108

2．数据分析 108

五、运动技术分析中主要问题讨论 108

（一）运动技术模式问题 108

（二）运动技术诊断问题 108

（三）技术训练的针对性问题 109

第二节 跑的运动技术分析 109

一、分析跑的准备工作 109

（一）跑的运动技术环节分析 109

（二）跑步的运动技术要素分析 110

1．步长（位移） 111

2．步频（速率） 111

3．步长和步频关系 111

4．选用运动技术要素特点 111

二、途中跑技术的运动学分析 111

（一）时间数据特征 111

（二）位移数据特征 113

（三）关节角度数据特征 114

（四）协调性 115

三、途中跑技术的动力学分析 116

（一）支撑力分析 116

1．支撑反作用力与动作对应图 119

2．动力曲线图（力-时间曲线） 119

（二）力矩分析 119

1．前蹬阶段力矩分析 120

2．蹬伸阶段力矩分析 120

第三节 跳的运动技术分析 120

一、跳的力学原理及主要技术环节分析 120

（一）助跑 120

（二）助跑与起跳的衔接 121

（三）起跳 121

1．增大重心上升的高度 123

2．缩短起跳时间 123

（四）腾空和落地 123

（五）选用运动技术要素特点 124

二、跳远 124

（一）影响跳远成绩的因素 124

（二）助跑 125

（三）助跑与起跳的衔接 125

（四）起跳 126

1．起跳脚着地（即着板） 129

2．缓冲 129

3．蹬伸 129

4．助跑、起跳与跳远成绩的关系 129

5．起跳时各力学量分析 129

（五）空中动作 129

（六）落地 129

三、跳高 129

（一）影响跳高成绩的因素 129

（二）助跑 130

1．内倾姿势对形成正确起跳的作用 131

2．弧线助跑要考虑的问题 131

（三）助跑与起跳的衔接 131

（四）起跳 131

1．技术要点 132

2．起跳时间 132

（五）过杆技术 132

（六）落坑技术 132

第四节 投掷运动技术分析 133

一、影响投掷距离的因素 133

二、投掷标枪技术 134

（一）标枪技术分析 134

1．握枪 138

2．助跑＋投掷步 138

3．最后用力＋缓冲 138

（二）标枪的空气动力分析 138

第五节 举重运动技术分析 140

一、举重的基本知识 140

（一）举重技术形式 140

1．挺举 140

2．抓举 140

（二）举重的技术原则 140

1．近 144

2．快 144

3．低 144

4．“近、快、低”总结 144

（三）举重“双节奏”发力和“下蹲式”技术的发展过程 144

（四）选用运动技术要素特点 144

二、举重运动技术分析 145

（一）运动学数据在举重技术分析中的作用 145

（二）动力学数据在举重技术分析中的作用 146

1．蹬地力曲线 148

2．几个重要数据的讨论 148

（三）肌电图数据在举重技术分析中的作用 148

第六节 竞技体操运动技术分析 148

一、无支撑时的相向运动与制动 149

（一）动作形式描述 149

1．相向运动 149

2．制动 149

（二）相向运动的力学特点 149

1．转动惯量对相向运动的影响 152

2．重力矩对相向运动的影响 152

3．肌肉拉力矩对相向运动的影响 152

4．举例 152

（三）制动的力学特点 152

二、力的传递 152

三、摆动反作用力 153

四、“鞭打”动作 155

（一）惯性离心力 155

（二）“鞭打”动作带来的惯性离心力 155

五、起跳与推手 156

（一）提高水平速度问题 156

1．提高准备动作速度 157

2．减小重心水平速度的损失 157

3．腾空抛物线应低些 157

（二）提高垂直速度问题 157

1．肌肉力量 157

2．作用方向 157

3．缓冲“刚度” 157

4，水平速度对垂直速度的影响 157

（三）提高翻转速度的问题 157

1．支撑反作用力 158

2．摩擦力 158

3．摆臂的惯性力矩 158

4．制动对翻转的影响 158

六、破坏平衡后的紧急处理 158

（一）身体向前倾倒时采取的措施 158

1．动作措施 159

2．人体维持平衡的动作特点 159

（二）向翻倒的方向做快速摇臂 159

七、滚翻动作的基本规律 159

八、后手翻踺子的基本规律 161

（一）后手翻踺子技术动作 161

（二）动作环节 161

（三）后手翻踺子的三个任务 162

九、空翻转体类动作的基本规律 162

（一）提高腾空抛物线 163

（二）提高绕横轴的翻转速度 163

（三）获得绕纵轴的转体动量矩 163

第七节 游泳运动技术分析 164

一、出发技术分析 164

（一）出发姿势 164

（二）入水姿势 165

二、游泳划水的推进力 166

（一）手的受力及升阻系数 166

1．划水时手受力分析 168

2．手的姿势确定 168

3．升阻系数 168

（二）划水力 168

1．划水路线 170

2．划水推进力的类型 170

3．合理的划水路线 170

4．有关手的迎角 170

（三）四种泳姿划水路线的分析 170

1．爬泳 172

2．蝶泳 172

3．仰泳 172

4．蛙泳 172

三、游泳中两腿动作的技术分析 172

（一）打水、蹬水的力学分析 172

1．打水 173

2．蹬水 173

（二）爬泳打腿频率的实验分析 173

实验与技能 174

实验十 设计制定“运动技术分析方案” 174

复习思考 176