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1、第三节 人体运动的动力学,1.掌握动力学基本概念，如力、应力和应变、强度和刚度、弹性和塑性、蠕变、应力松弛等。掌握梅脱、心脏的功能能力、运动能力和靶心率的概念。2.熟悉牛顿的三个运动定律；熟悉人体的功能关系在制定运动处方中的重要作用。3.了解人体简化后的主要运动形式，以及动量定理和动量守恒定律。,学习目标,一、动力学相关概念1.动力学 是研究人体运动与受力的关系的学科。人体受力可分为动力和制动力。如果力的方向与人体运动（速度）方向相同，就称此力为人体动力，反之则称为人体制动力。,一、动力学相关概念2.力 如果把人体看作一个力学系统，则人体受力可分为内力、外力。二者互相作用产生适应、协调和平衡。
2、,只有外力才能引起人体的整体运动。,（1）外力,主要有：1）人体重力2）支撑反作用力 3）摩擦力4）惯性力 5）流体阻力,1）重力 大小与方向：方向：指向地球心。g=9.8m/s/s,（1）外力,2）支撑反作用力 当人体对支撑点施加作用力时，支撑点对人体的反作用力叫支撑反作用力。静力支撑反作用力：其大小与人体体重相同，方向相反。动力支撑反作用力：大于人体体重。例如加速起蹲。,（1）外力,（1）外力,3）摩擦力b1.静摩擦力b2.滑动摩擦力b3.滚动摩擦力,（1）外力,4）惯性力 指变速运动物体对施力物体的反作用力。大小：ma 方向：与加速度方向相反 举例：推铅球时手对铅球的推力使得铅球产生了加
3、速度，同时铅球对手的反作用力是其质量对加速度的阻力，即惯性力。,（1）外力,5）流体阻力 指人体在流体中运动时所承受的流体阻力。大小：与流体密度、运动速度和人体的正面面积成正比。,（1）外力,6）器械的其他阻力 肢体推动运动器械进行训练时，除要克服器械重力外，还需要克服器械的惯性力、摩擦力或弹力所产生的阻力，其大小与肢体的推力大小相等，方向相反。,意义：,各种外力经常被用来作为康复训练/治疗的负荷，选择的负荷要求与肢体运动的方向和力量相适应，这是增强肌力训练的方法学基础。,（2）内力,定义：是指人体内部各组织器官间相互作用的力。各种内力总要相互适应，以维持最佳活动，同时也不断和外力相抗衡以适应
4、人体生活的需要。1）肌拉力2）各组织器官间的被动阻力3）各内脏器官的摩擦力4）内脏器官和固定装置间的阻力5）血液淋巴液在管道内流动时产生的流体阻力，在分流时产生的湍流等。,（2）内力,1）肌拉力 这种力通过其在骨骼上的附着点，可以维持人体姿势，引起人体内部各部分、各环节间的相对运动。是人体内力中最重要的主动力。,（2）内力,2）各组织器官间的被动阻力 当一肢体做屈曲或伸展运动时，其相反方向的组织受到牵拉，尤其是拮抗肌的张力，此时必须做相应松弛，以保证运动的完成。,（2）内力,3）各内脏器官的摩擦力 例如胃肠蠕动时候肠袢间的摩擦力（尽管很小），心脏搏动时与肺、纵隔和胸廓间的摩擦力等。4）内脏器官
5、和固定装置间的阻力 如胃肠蠕动与腹膜、肠系膜、大血管间的阻力，食管的蠕动与纵隔间的阻力等。5）血液淋巴液在管道内流动时产生的流体阻力，在分流时产生的湍流等。,3.力的三要素,大小、方向和作用点。力是一种矢量，力的相加、相减为矢量的合成和分解，遵循平行四边形法则。,4）应力 指人体结构内某一平面对外部负荷的反应，用单位面积上的力表示（N/cm2）。,5）应变：指人体结构内某一点受载时所发生的变形称为应变。大小：变化的长度/原始长度*100%,强度:是人体承受负荷时抵抗破坏的能力。用极限应力表示。强度是衡量材料本身承载能力（即抵抗失效能力）的重要指标。刚度:是人体在受载时抵抗变形的能力。刚度的大小
6、取决于材料的几何形状和材料的种类,6）强度和刚度,7）弹性和弹性限度 弹性：物体受外力后发生变形，外力（在一定限度内）一旦撤去，物体能恢复原有的体积和形状的性质，叫弹性。弹性限度：亦称“弹性极限”。物体受到外力作用，在内部所产生的抵抗外力的相互作用力不超过某一极限值时，若外力作用停止，其形变可全部消失而恢复原状，这个极限值称为“弹性限度”。（记录）（插入资料）特点：应力与应变成正比，外力功转变成弹性能。,8）塑性 定义：物体受外力后发生变形，当外力超过弹性限度时，即使撤去外力，也不能恢复原状而保持变形的性质，即发生了永久变形，叫塑性。塑性材料变形不可恢复，特点是应力与应变呈非线性关系，外力作用
7、下外力功转变成变形能。,9）粘弹性材料 既具有弹性材料的力学性质，又具有粘性材料的力学性质的材料，叫粘弹性材料。粘弹性是引起能量消耗的重要原因。人体的骨、软骨、肌肉、血管壁、皮肤都是粘弹性材料。,10）粘弹性材料的特点 蠕变：若令应力保持一定，物体的应变随时间的增加而增大，这种现象称为蠕变。a.它与塑性变形不同，塑性变形通常在应力超过弹性极限之后才出现，而蠕变只要应力的作用时间相当长，它在应力小于弹性极限时也能出现。b.应力越大，蠕变的总时间越短；应力越小，蠕变的总时间越长。,2010年，贝克汉姆跟腱断裂，无缘世界杯，挥泪告别绿茵场,多次应力性骨折，告别赛场,10）粘弹性材料的特点 蠕变：应力
8、松弛：当物体突然发生应变时，若应变保持一定，则相应的应力将随时间的增加而下降，这种现象称为应力松弛。,理解应力松弛,将一根弹性绳绷紧，两端固定 则绳中具有一定的张力，如果这跟绳由于这个张力 的作用变长了一点点，那么绳就变松弛了，则这个绳中的张力就减小了，这就是很好理解的应力松弛。物理本质是结构在力的作用下发生塑性变形，这种变形导致结构内部应力减小。就叫应力松弛。,举例：打包带变松橡皮筋变松,10）粘弹性材料的特点 蠕变：应力松弛：滞后：若物体承受周期性的加载和卸载，则加载时的应力应变曲线常与卸载时的应力应变曲线不重合，这种现象称为滞后。,二、牛顿运动定律和动量定理、动量守恒定律,牛顿第一定律：
9、物体如果不受到任何力或所受合外力为零，将保持其静止状态或匀速直线运动状态。它描述的是平动中人体和器械的惯性本质。应用：由于保持一定的速度比改变速度省力得多，所以进行耐力训练如长途慢跑或快走的时候，提倡用稳定的速度。,动量定理和动量守恒定律：,1.动量与冲量的概念 动量（矢量性），单位：米.千克/秒（m.kg/s）。冲量（矢量性）单位：牛顿.秒（N.s）,动量定理,物体在运动过程中，在某段时间内所受合外力的冲量，等于它在这段时间内动量的变化量。即：,动量定理在体育运动中的应用,1在投掷项目中，为了增加器械的出手速度，即增加器械的出手动量，应增加在最后用力阶段对器械的冲量。这要求：发挥最大力量延长
10、力的作用时间,动量定理在体育运动中的应用,2若要减少对人体的冲力，就得延长力作用的时间，各种落地缓冲动作就是典型的例子。,任何物质系统在不受外力作用或所受外力之和为零时，其总动量保持不变。这就是动量守恒定律。在动量定理中，当Ft=0时得 mVtmV1=0 即：mVt=mV1,动量守恒定律,在人体：我们认为，人体是由多环节组成的生物系统，各个环节的动量的矢量和等于人体的总动量。当人体整体所受外力为零时，人体内力可改变各个环节的相对位置，使环节的动量发生相互传递，但不能改变人体的总动量。,动量守恒定律,总动量=各肢体环节的矢量和,人体肢体鞭打动作的环节动量传递（举例）,M1V1=M2V2M1 M2
11、 V1 V2,三、人体运动中的功能关系,何谓运动处方？,指根据个体的年龄、性别、健康情况、伤病诊断、功能评定结果、运动史等，为患者或健身活动者，以处方形式制定的，包括活动内容、运动量、注意事项等内容的训练计划，称为运动处方。(即训练计划）,运动处方的要素,运动处方的要素,运动处方的要素：任何一类运动处方都应包括这五项内容：运动形式；运动强度；（最为重要）运动频率；持续时间；注意事项及微调整特别是前四项内容，又称为运动处方四要素。,如何确定运动强度？,老年人、慢性患者与健康人应该区分对待。,确定运动强度的要点,決定運動強度的四個步驟第一、預估最大心率：最大心率=220-年齡第二、檢測靜息心率：測
12、量休息時每分鐘的心率第三、決定心率保留值：心率保留值=最大心率-靜息心率第四、估算訓練強度：為了安全而有效的進行心肺耐力訓練，可依個人的最大心率的百分比加以設定。,例如：上限為85%，目標為70%，下限為50%：訓練強度上限(85%)=心率保留值x 85%+靜息心率訓練強度目標(70%)=心率保留值 x 70%+靜息心率訓練強度下限(50%)=心率保留值 x 50%+靜息心率,思考：为一个20岁的青年设定运动强度目标区。（假设其静息心率为68次/分）,估算最大心率=220-20=200次/分估算心率保留值=200-68=132次/分估算訓練強度上限=(132 x 0.85)+68=180次/分
13、估算訓練強度目標=(132 x 0.70)+68=160次/分估算訓練強度下限=(132 x0.50)+68=134次/分心率区间（134，180）次/分，目标：160次/分,确定运动强度的要点（老年人，简易）,庸氏（Jungmann）公式如年龄50岁以上、有慢性病史的中老年人步行运动最高心率一般每分钟应不超过（170-年龄）。举例：如某人55岁，步行锻炼时每分钟最高心率应不超过（170-55），即115次。,要进行运动耐量试验（如：使用功率自行车、跑台等），对心脏的功能能力（functional capacity,F.C.）进行评定以后，再确定运动强度、运动能力（exercise capac
14、ity,E.C.）和靶心率（target heart rate,THR）。,确定运动强度（心血管疾病患者）,运动耐量试验相关概念：,1.梅脱（MET）能量代谢当量。每公斤体重从事1分钟活动，消耗3.5毫升的氧，其运动强度为1 MET。用公式表示为：1 MET=3.5 mlO2/Kgmin1MET的活动强度，相当于健康成年人坐位安静时的代谢水平。稍高于基础代谢（3.3mlO2（/Kgmin）。,运动耐量试验相关概念：,2.心脏的功能能力（F.C.）定义：指机体在尽力活动时所能达到的最大MET值。即体力活动能力。,运动耐量试验相关概念：,2.心脏的功能能力（F.C.）在健康人，F.C.相当于最大吸氧量相应的MET值。F.C.=V O2max（mlO2/kgmin）/3.5 mlO2/kgmin在年老体弱有病的人来说，F.C.只相当于没有出现，或刚刚出现异常时，所能达到的吸氧量水平的相应MET值。,3.运动能力（E.C.）即进行心脏康复训练时，应达到并保持的运动强度。按不同对象，可以取F.C.的40%90%不等。,运动耐量试验相关概念：,4.靶心率（THR）是经过心脏功能能力评定后，确定的在康复训练时应达到和保持的心率。即：目标心率,运动耐量试验相关概念：,
