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运动生物力学的作用范文1
运动生物力学是研究体育运动技术力学规律的科学,它通过对学校体操各单项运动技术的生物力学分析,提出必要的理论数据,建立标准运动技术的模式,使教练员和运动员明确什么样的动作是正确的运动技术,什么样的动作是错误的运动技术。教练员明确了运动技术的原理,便可通过一定的手段对运动员进行技术诊断,找出技术改进措施,寻求最佳运动技术,以提高训练的科学性。体操技术动作常常是在反正常姿态下完成的,有较强的时空感,完成动作的时间短,学生学习有一定的难度。对体操动作进行正确的技术分析,能帮助教师更深入地理解教材,合理地安排教材内容和运用教学方法,帮助学生正确地理解动作,建立准确的动作概念,加速动作技能的形成,提高学生分析和解决问题的能力,为今后从事教学工作打下良好的基础。
根据运动学和动力学特征将体操动作分门别类,使教学安排科学化。人认知的迁移规律表明,学习者对一些新运动技能的掌握往往受到早先形成的运动技术定势的影响。这种影响表现为正、负两方面,正迁移能促进新技能的形成和发展,而负迁移干扰新技能的形成和发展。体操教师只有对技术动作力学分析,并归纳出各项体操动作力学特征的相同点和不同处,才能在教学中正确地运用迁移规律。笔者在体操教学中依据动作的力学特征,把教材分成几个板块进行教学。例如,技巧中的前滚翻、鱼跃前滚翻,纵箱中的前滚翻,双杠中的分腿坐前滚翻成分腿坐等等,均属前滚翻类动作,作为一个动作板块;双杠中的挂臂撑屈伸上和杠端跳起经屈体悬垂摆动屈伸上,单杠中的经直角悬垂摆动屈伸上,动作特征相同,也归为一个动作板块,等等。这样,按动作板块安排教学,教师运用同结构教学法,能起到学生学一个会一串的作用,学生会产生学了前一个动作对后一个动作有跃跃一试的念头和欲望,达到提高学生学习体操动作的兴趣和主动性。同时,由于动作结构相同,学生也容易建立动作的时空感,掌握正确的用力时机,大大地缩短了学习动作的时间。总之,对体操技术动作进行生物力学分析,掌握其力学特征,都可为体操教师选择教学方法、合理地安排教学内容提供科学的依据,有利于学生理解并掌握技术动作。
体操教师运用生物力学原理分析体操技术动作,能帮助学生区分正确动作与错误动作,明确动作完成程序,使动作规范化。在体操教学中,笔者常常发现学生自认为已掌握了动作,其实所完成的动作是错误的或已改变了动作性质。及时帮助学生分析错误动作的根源并纠正错误是掌握正确技术动作的关键。教师运用运动生物力学分析正确动作和错误动作的区别所在,能强化学生对正确动作的理解,明白动作为什么要这样做,从而及时纠正自己错误动作。例如,技巧项目的头手翻动作,人体重心位置的控制是决定该动作能否顺利完成和动作质量高低的关键所在。不少学生往往对此技术关键没引起充分的认识,因而练习过程不是重心没有移出便开始伸髋,就是重心前移过多而完成不了动作。教师对人体重心未移出、移出适中和移出过多等3种情况所产生的运动力学结果进行分析,学生明白了道理,练习中就会有意识地控制自身重心位置。同时根据自己完成的情况,判断自己错误动作所在,从而有效地纠正错误,建立正确的动作概念,并达到规范化。
提高学生保护与帮助的能力。教师对体操技术动作的生物力学分析,向学生讲明动作动力学和运动学特征,学生领会了该动作的力学原理,对动作有了正确的认识,在此基础上,再指导互相保护与帮助的方法,学生便很容易接受,就能对动作不同类型采用不同的方法,在最需要助力或阻力时给予施力;动作在何处最容易出危险,应站在何处进行保护与帮助。这样,通过一定时间的练习,学生就能较熟练地掌握保护与帮助的方法,从而有效地提高学生保护与帮助的能力;提高学生分析和解决问题的能力。教师在指导分析技术动作的基础上,选择一些较简单的动作让学生独立思考分析,掌握运用生物力学原理分析动作的方法,既学会了动作,又掌握了技术动作方法,从而达到提高分析问题、解决问题的能力。
总之,体操技术教学广泛地运用生物力学原理对技术动作进行分析,能加速学生对技术动作的理解,加速技术动作的完成,提高学生的能力,使教学科学化。
参考文献
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运动生物力学的作用范文2
摘 要 运动生物力学是研究体育运动中人体的机械运动规律及其应用的科学。文章通过对运动生物力学在体育教学中的运用分析,尤其是在技术教学中运用的阐述,证明了运动生物力学在技术教学中的重要性,对提高学生掌握运动技术动作和教学效果有着积极的意义。
关键词 运动生物力学 体育教学 技术教学
运动生物力学是一门理论与实践密切结合的应用科学,研究人体运动时的力学规律以及运动状态改变的原因,它直接为提高运动员运动技术水平和增强人类的体质服务。作为一门实践性极强的应用学科,体育教师如果能够运用运动生物力学的原理对学生的运动技术动作进行正确评价和传授,便可以使学生的技术动作更合理、更有效,所以在体育教学中已受到众多体育教师的重视和应用。
一、运动生物力学在体育教学中的地位
任何一项身体练习都由一定的动作及动作体系构成,而完成每个动作及整套动作都存在着最适合、最合理的运动技术。合理的运动技术以运动生物力学理论为依据,并富含运动生物力学原理。而运动生物力学又以其分析科学性、结构合理性为体育技术教学提供理论和方法上的指导,通过对形形体育动作千差万别以及引起这些差别原因的分析、探讨获得良好技术的各种力学条件,从而使学生更完善地认识、学习和合理掌握运动技术动作。
要想使学生迅速并正确的掌握技术动作,不仅需要教师正确的讲解和示范,而且需要合理的练习方法。技术教学中由于学生个体身体素质和能力的差异,表现在完成技术动作时或多或少地在各个环节上存在这样或那样的技术问题,教师如能及时向学生传授有关生物力学原理,往往能收到事半功倍的教学效果,这种效果对于具有良好物理学基础的大学生尤为显著。
二、运动生物力学与技术动作的关系
运动生物力学是研究体育运动中人体及器械运动规律及与其他运动形式相互转化规律的一门科学,它以经典力学的理论和方法为主要工具,研究体育运动中的各种力学现象。
人体在从事体育运动时,技术动作是千变万化的,各种动作形式差别很大,包括运动的空间、时间、速度、加速度等方面。空间特征表明运动发生什么地方和运动路程的几何形状,时间、速度和加速度的特征对揭示人体运动的性质是比较重要的,特别是技术性强的运动项目如体操、跳水、田径中的田赛等,对运动员的各方面都提出了极高的要求。运动员完成技术动作是否合理、是否规范、是否发挥其特点,也就是在运动中发挥人体最有效、最经济所作的功,都是运动生物力学的一种表现。所以训练时,如果教练员能掌握这门知识,运用运动生物力学原理,合理分析和建立运动员的技术动作,就会少走弯路,缩短技术动作定型的时间,并找到评价运动员技术优劣的标准,从而更快的提高运动员技术水平和专项运动成绩。
三、运动生物力学对体育技术教学的影响
在技术教学中,及时而有针对性地向学生传授运动生物力学原理,往往能引起学生对学习和掌握运动技术的兴趣,并使复杂的技术问题简单化,从而有利于学生及时纠正自己的错误动作,并防止由于错误动作而带来的运动损伤。
(一)提高学生学习运动技术的兴趣
新的运动技术取代旧的运动技术或高级运动技术取代低级运动技术,缘于新技术、高技术比旧技术更科学、更合理,并且更符合人体运动特点。因此,新技术总能吸引更多的人去研究和学习。在体育技术教学中,如何引起学生对新技术的兴趣是学习的第一动力。比如,我们说背跃式跳高比俯卧式跳高先进,主要是背越式更趋于自然的起跳姿势,摆动腿的屈曲上摆由于转动惯量小,因而比直腿上摆快。因此,背越式是小缓冲的垂直起跳,使起跳的爆发力有可能直接通过人体重心,最后,背越式所形成的背弓过杆,有可能使人体重心远离身体,从而实现身体重心从横杆下面通过的情景,对于同一跳跃能力的人可能提高横杆的高度。如此,通过对技术动作的分析,以及成绩的进步,就会使学生对背越式跳高技术产生浓厚的兴趣,提高勇于实践的欲望,从而在技术教学上就会主动、积极地参与并思考、体会技术细节,进而缩短掌握技术动作地时数,有利于提高技术教学效果。
(二)使复杂的动作技术简单化
在我们以往的教学中,当教师对某一项较为复杂的技术过程讲解时,学生常会因为技术太复杂而影响学习,但如果教师能用适当的力学知识加以分析,往往能使学生“顿悟”,从而激发学生的学习积极性。如:排球飘球是一项较复杂的技术动作,且飘球形成的力学原因也极为复杂,但根据“飘球不转”、“转球不飘”的力学现象,我们只要在击球过程中,保证打击力通过球心,即没有形成使球转动的打击力矩,便为飘球的产生创造了条件。如此讲授,复杂的技术问题简单化了,学生学习发飘球也会格外认真,能极快又好地掌握飘球技术动作,教学效果明显。同样,对足球“香蕉球”也是大学生足球爱好者非常向往的,如果我们在踢球的实施过程中,能保证给球施加极大的偏心力,便可能使足球在向前飞的过程中,因为偏心力使足球高速转动,从而使球体相对应的两侧形成压强差,进而使足球划出香蕉状的弧线轨迹。因此,对复杂的技术动作稍加力学分析,便可使复杂问题简单化,便于学生理解并提高教学效果。
(三)诊断并改进动作技术问题
技术诊断工作在国际上非常普及,许多体育强国都在他们的训练基地装备了生物力学测试仪器,经常性进行技术改进工作并取得了显著的成绩。在我国这一工作正在开展,生物力学技术诊断逐渐成为教练员和运动员科学训练的得力工具,也为体育教师对学生进行动作技术教学提供了科学依据。
运用运动力学的基本原理对技术动作的简单力学分析,可以诊断技术上存在的力学问题,从而对症下药,改进技术,便会收到良好的效果。如:用皮尺、秒表可以测得某学生某次推铅球的远度S,铅球出手高度H和铅球在空中的飞行时间T,用适当的运动学公式可以方便的求得铅球出手速度V和出手角度θ。在一定的出手速度V和出手高度H时存在着某一最佳出手角度θ′,比较实际出手角度θ和最佳出手角度θ′,便可诊断出手角度的合理性,从而指导教学、训练乃至比赛,并提高铅球成绩。
但在运用运动生物力学原理对学生进行动作技术指导的过程中,体育教师应重视学生的个体特点。运动技术的生物力学原理只是从生物力学角度反映了各项动作技术带有共性的普遍规律,而每个学生的身体形态和身体素质不同,因此在动作技术教学过程中,体育教师应经过实践逐步了解每个学生个人身体、素质及心理特点,实施有针对性的教学,这是运用运动生物力学动作技术原理指导体育技术教学的生命力所在。
(四)建立动作技术模式,提高教学效果
结合体育技术教学的需要,将学生按不同水平、不同技术特点分组,选择若干要素,运用生物力学测试方法,获取动作技术数据,经统计学处理,再运用运动生物力学原理分析,找出动作技术的一般规律和完成某个动作技术的合理方法,建立起正确的动作技术模式,并将其运用于一般专项运动训练和体育教学,这将会有利于专项技术和教学水平的提高。
(五)减少运动损伤的概率
合理的运动技术首先应符合人体解剖的结构特征,其次应符合力学原理。由于学生在学习运动技术中常形成一些多余动作乃至错误动作,违反了运动力学原理,从而可能导致运动损伤的出现。如:在掷标枪时,有的学生会出现屈肘或肘低于肩的错误动作,从而给肘关节造成扭转负荷,超出关节周围肌肉群的承受阈,进而使肘关节内侧肌肉等软组织损伤。因此,教学前,教师应对肘关节的结构以及力学负荷加以必要的力学分析,使学生明确合理的动作技术的基本要素,从而避免或减少运动损伤。
四、小结
体育教学不仅是一个学科,更是一门科学。其中的分支——运动生物力学在我们的体育训练和教学工作中更是起着重要的作用,它在体育技术教学中的独特地位,是什么都无法代替的。因为我们参与的每一个技术动作无不可以从力学的角度去分析研究,所以在体育技术教学中不但要知其然,更要知其所以然,只有这样以才可以改进教学水平,提高教学质量,让学生受益,让体育老师教学相长,提高自我、完善自我。
参考文献:
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运动生物力学的作用范文3
关键词: 运动生物力学;骨质疏松症;干预时间
中图分类号: G 804.6 文章编号:1009783X(2012)03028405 文献标志码: A
收稿日期:20100722
作者简介:刘建宇(1978—),男,湖南岳阳人,硕士,讲师,研究方向为运动医学;刘黎明1955—),男,重庆人,教授,研究方向为体育教育。
作者单位:重庆三峡学院体育学院,重庆 404000
School of Physical Education,Chongqing Three Gorges University,Chongqing 404000,China. 绝经后骨质疏松症是一种临床上常见的难治性疾病,目前,药物治疗由于价格较昂贵,治疗周期长而副作用多,使用有一定限制[1]。探索安全、方便、经济的治疗方式一直是医学界的一大课题,选用非药物手段预防或延缓骨质丢失越来越受到重视。本实验通过运动干预的方法,观察运动去势大鼠骨质疏松症椎体生物力学性能的影响,验证运动防治原发性骨质疏松症的疗效,并进一步探讨其机理。
1 材料与方法
1.1 实验药物
己烯雌酚片:上海信谊药业有限公司生产,批号:030401。
1.2 实验动物
四川大学实验动物中心提供,共96只3月龄,体重(240±20)g的雌性SD大鼠。
1.3 造模方法
将96只大鼠按体重随机分为A、B 2组,其中A组24只为假手术组(Sham组),B组72只为造模组。各组大鼠均以1%的硫贲妥钠溶液按2.4 mL/kg腹腔注射麻醉。B组大鼠切除双侧卵巢,A组大鼠仅切除卵巢附近一小部分脂肪。术后均给予0.5%碘伏伤口外擦,肌肉注射青霉素钠25万单位/(只/d),连用3 d,以防感染。
1.4 分组
术后1周,将B组72只大鼠按体重随机分为模型组(Model组)、己烯雌酚组(DES组)和运动组(EX组),每组24只。所有大鼠自由进食、饮水,进食标准饲料由四川大学实验动物中心提供。
1.5 干预措施
己烯雌酚组大鼠每日1次灌胃,按22.5 μg/(kgd)的量给药,质量浓度为2.25 μg/mL,其余各组按体重灌服等量生理盐水。假手术组和模型组仅灌服生理盐水。运动组运动方式参照Bedford[2]的动物负荷标准,运动组大鼠术后第7日起在小动物跑台上开始训练,采取中等强度,即大鼠起始跑速12 m/min,持续时间20 min,隔日增加强度3 m/min,持续时间增加10 min,第2周起跑速达20 m/min,持续60 min将跑台倾斜10°,维持此强度,5 d/w,每天运动分早晚2次。休息日各组照常灌药(水)。
1.6 样品收集及处理
采用不同方式干预各组大鼠后,分别于第8周末、12周末和16周末应用股动脉放血方法随机处死每组大鼠8只,完整取出各组大鼠L3椎体。剪除椎体上下椎间盘、棘突及附件,并用细砂纸打磨成上下平面平行且与纵轴垂直的三棱柱,高度约为60 mm。各标本在制取过程中均用生理盐水纱布包裹。将处理过的骨标本置于-20℃冰箱保存,测试前夜取出解冻。
1.7 观察指标
椎体生物力学测试:椎体压缩试验,将椎体置于Instron万能材料试验机(四川大学高分子材料国家重点实验室提供,美国Instron Co.生产)上,取加载速度1 mm/min进行测试,记录其载荷变形曲线与应力应变曲线;椎体结构力学参数由载荷变形曲线获得,材料力学参数由应力应变曲线获得。
1.8 数据处理
2 实验结果
2.1 第8周各组生物力学参数
2.1.1 第8周各组椎体结构力学参数
2.1.2 第8周各组椎体材料力学参数
3 讨论
应用骨量、骨矿密度及骨质含量(骨矿物质和有机质)的变化来诊断骨质疏松症、评价药物疗效曾被大量采用,并得到了较广泛的公认;但这些指标仅是从“量”的角度描述了骨质的丢失,还不能准确反映骨内在性能的变化,必然存在一定偏差[34]。骨质量则是从“质”的角度对骨骼性能进行描述,它是骨的成分、构筑状态及细微结构的综合性概括[56];因此,对骨质疏松性症防治和机理研究,必须更加重视骨质疏松骨生物力学变化的影响,本实验即选用骨生物力学性能,如此评价防治骨质疏松症效果更准确,更有说服力。
3.1 雌激素改善椎体生物力学性能的效果
雌激素替代疗法是临床上防治绝经后骨质疏松的主要方法之一,雌激素可抑制骨质疏松的骨转换率[7],本实验中,各时间段己烯雌酚组大鼠生物力学性能较模型组均有显著变化(P
3.2 运动改善椎体生物力学性能及防治骨质疏松症的效果
运动作为预防骨质疏松的一种手段,在实验及临床研究中已经越来越受到一些学者重视。大量研究证明中等强度的运动有利于骨量、骨强度及骨生物力学性能的提高[811]。本实验结果表明,与假手术组相比,各时间段模型组大鼠椎体结构力学参数明显变化(P
3.3 运动时长对改善椎体生物力学性能的影响
目前,运动时间长短对改善骨质疏松骨生物力学性能的相关报道未查阅到。本实验结果中,随着运动干预时间的延长,运动组多数参数数值上逐渐接近己烯雌酚组,有些参数甚至数值上超过,如破断载荷和破断强度,可部分说明随着运动干预时间的延长,运动对大鼠椎体生物力学性能的影响不断明显,逐渐接近,甚至超过雌激素干预的影响。分析表7和表8可以得出,从第8周到第12周,大鼠椎体结构力学参数和材料力学参数多数数值上有下降趋势,但第16周相比第12周,部分参数数值出现逆转,甚至高于第8周,说明随着时间的延长,去卵巢大鼠椎体的生物力学性能逐渐降低,但随着运动干预时间的延长,大鼠椎体生物力学性能逐渐增强。虽然并无统计学意义,但已经表现出运动对大鼠椎体生物力学性能与时间呈相关关系的趋势,这也为进一步研究运动干预时间的确定提供了方向。
4 结论
1)合理的运动干预能有效抑制去卵巢大鼠椎体生物力学性能下降,减少骨质丢失,减缓骨质量的降低速度。
2)随运动防治骨质疏松症干预时间延长,效果提升,实验结果虽无统计学意义;但明显呈现改善趋势,可能与时长不够有关,有待进一步研究。
3)运动是防治骨质疏松症非药物疗法的重要手段,优势明显,可作为临床防治骨质疏松症的选择。
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运动生物力学的作用范文4
上海复旦大学 (200433)
关键词 推拿手法 研究 生物力学 机理 综述
中医推拿特有的摆动类手法中,由我国著名推拿医师丁季峰先生创造的滚法,以其科学的操作方法、广泛的适应性以及良好的临床疗效而为大多数推拿医师所采用。但对其生物力学研究方面的起步却比较晚。1993年,上海中医学院推拿系和复旦大学力学系合作,成功研制出FZⅠ型推拿手法测力分析仪。在此基础上,周信文等对滚法进行了一系列研究。滚法的合力作用点轨迹有四种:"心"型、"葫芦"型、"8"字型和"棒槌"型。通过反复的实践发现,不同形状的合力轨迹代表着不同的意义,其中,"心"型和"葫芦"手法基本符合滚法的动作要领,可认为是正确的手法轨迹。理解了不同滚法操作方式产生的合力轨迹形式的不同,以及何种轨迹代表正确的手法操作,就能够在训练中有的放矢地加以正确的纠正,使手法训练朝科学化方向发展。谢志勇等对滚法各方向的分力进行频率分析之后发现,所有分力的主要成分集中在2~15Hz上,说明在滚法施力过程中以低频作用力为主要成分,体现滚法"柔"的特点,使被推拿者不会感到过度冲击。在教师和著名医师的水平力模的频谱图形中还存在少量的20Hz~30Hz的高频成分。说明在正确的推拿施力过程中应有少量水平向高频力成分,即轻微的横向冲击,以配合完成疗效。在垂直力微分频谱图形中的低频成分代表力的慢变化,而高频成分代表力的快变化。教师和著名医师的垂直力微分频谱图形中除了低频成分外还普遍存在高频成分,而学生基本不存在,说明正确滚法垂直力应同时具有快变化和慢变化成分。许士雄等对教师和学生、医生和学生的滚法各方向作用力的时域进行了分析,结果显示,垂直作用力的峰值离散度、峰值时间及总体均匀性,教师和学生对比、医生和学生对比均存在显著差异;水平作用力的情况也大致相同。这些研究显示,滚法要求的均匀性和渗透性在推拿动力学上主要体现在节率性和作用力在强度和时空上的均匀性。以后,陈守吉等还创建了滚法的生物力学模型。
1998年,周信文等采用彩色多普勒超声仪和推拿手法动态信息测录系统,观察了丁氏滚法不同频率、力度和推拿时间对局部血流动力学的影响。结果显示:频率为120次/分的滚法对窝局部血流量的影响大于频率为60次/分(P<0005)、180次/分的滚法(P<005),力度为7千克的滚法对窝局部血流量的影响大于力度为3千克(P<0005)、10千克的滚法(P<001),推拿时间为5分钟时对窝血流量的影响大于推拿时间为25分钟(P<0005),而与推拿时间为10分钟没有统计学差异。作者通过实验推论:滚法推拿最佳频率为120次左右;最佳力度为7千克左右;而最佳推拿时间为5分钟左右,推拿时间加长并不能增加治疗效果,浪费了推拿医师的体力。实验观察中还发现,滚法推拿还可以使对侧窝血流量有所增加,证实了推拿可以使机体整体血液循环得到改善,验证了推拿能"舒筋活络、活血化瘀"的理论。
作为一种临床应用相当广泛的推拿手法,振法历来受到推拿医师的重视。但是由于手法动作本身比较微妙,要将振法的动作术式与要领确切、完整、科学地表达殊非易事,甚至一些论著或者教材中对振法的认识也一直存在着相互矛盾之处。王国才等应用推拿手法测定仪测定了众多推拿医师的振法动态力波形曲线。根据动态力波形曲线的不同,振法可分为平直型和起伏型两种。而振法动作中上肢肌肉的肌电图变化表明:振法运动中主要参与肌肉是前臂屈腕肌群和伸腕肌群以及三角肌的部分肌群,其中又以屈腕肌群占支配地位,而肱三头肌、肱二头肌在动作中基本上是放松的;振法动作是在屈腕肌群和伸腕肌群的交替兴奋和抑制中完成的。这种手法施术者只需在动作的发起阶段用大脑来控制这种交替过程,发起振法动作。而动作一旦开始,则动作的速度、力量、幅度、方向的结束等精细调节的过程会通过建立在椎体外系统中的神经肌肉传导通路自动地完成。这说明,能够产生正确"运动性定型"的、建立在规范动作结构上的技能训练,对振法动作的完成相当重要。比较正确的振法动作和应用强制性力"硬屏"出来的振法的肌电图可以看到,正确的振法动作由于肌肉有节律的收缩而能得到适当的休息、充足的血供和营养,不容易产生疲劳;而错误的手法则不仅费能、耗力,而且整个前臂肌肉神经不能及时获得所需要的血运与营养,不能及时得到休息,因而肌肉容易产生疲劳,动作不易持久。
扳法临床应用得当,可以起到理筋整复、纠正错位的作用,对骨关节错位的疗效满意。但是由于手法用力较猛,不易掌握,临床应用时产生医疗事故的报道时有所见。应用生物力学理论与方法对扳法进行研究,提出一套行之有效的训练方法和临床应用安全范围,对扳法的临床使用是相当重要的。侯筱魁等对屈曲和后伸推拿时腰椎小关节的运动学变化进行了研究,结果显示:后伸手法时,后部小关节不仅在前后和上下方向上发生移动,还存在着侧向的少量位移;施行俯卧位后伸手法时可以造成关节突的重叠,无论上下方向上神经根管的容积均有所缩小,如果手法过猛、过重,会导致小关节等组织的损伤,而反复轻度后伸手法能松解小关节突之间的粘连,可以改善局部循环,对缓解症状有利;正确的推拿手法,即使使腰椎关节活动超出正常范围2°左右也还是安全的。
另一方面,斜扳法治疗腰椎间盘突出症取效的原因,近年一直存在"回纳"学说和"髓核与神经根相对位置改变"学说的争论。要为这个争论作出孰是孰非的判断,也只有通过生物力学研究途径进行。参与Nachemson的方法,章莹等在尸体上模拟腰椎旋转复位法,动态观察了手法过程中髓核内压的变化,发现在手法过程中,髓核内压是逐渐增大的,手法成功时达到最大值,与手法前相比差异显著(P<001)。结果显示:手法过程不能使髓核内压呈负压改变,也因此不能使突出的髓核回纳。从而否认了"回纳"假说。
此后侯氏等以L1~5的完整腰椎为被试标本,设计了平行光脊柱三维运动测量系统,改进加载方法以更好模拟脊柱推拿手法,设置7个腰椎特定点,将观察图像动态变化输入计算机系统,应用工程系统力学中刚体转移计算理论进行计算,获得了腰椎及其后部结构在模拟推拿加载时的三维运动量。根据右旋时完整腰椎的三维运动结果,发现在左侧卧位斜扳时,右侧关节突等构成神经管壁的结构发生定向位移,在各个节段可以不同,但其主运动轴位移的结果可直接扩大神经根管,或牵拉、紧张小关节囊韧带和黄韧带而扩大神经根管。蒋位庄等观察了腰后关节紊乱症时模拟坐姿旋转复位法时各种状态中腰后关节的移动情况以及腰椎后关节内压力变化情况,发现正常脊柱运动时关节内的压力分布不均匀,压力主要分布在关节内的上端和下端,并以后伸时关节内下端的压力为最高。脊柱后伸时,在被测量的三个关节间隙下端的压力持续升高,后伸越大,压力越高,提示过度后伸会对后关节造成损害。在椎间关节失稳状态下,脊柱活动时后关节所承受的压力大大增加,以后伸为例,失稳的L4~5与正常的L3~4相比,压力增加约8倍。模拟脊柱旋转复位手法时,关节内压力呈先高后低的双向曲线,提示在手法的后半程关节内压力达到顶点,在脊柱回复原位后压力下降到手法前的压力。模拟施行旋转复位手法时关节突间移位以及压力的测量结果显示,在手法全过程中,后关节的活动度相当大,当后关节错缝时,受累关节的活动度受到限制。施行手法时,产生的全方位的关节被动活动使关节出现复位倾向。位移传感器测定表明,右侧旋转复位手法时,右侧下关节的位移程度比左侧大,说明旋转复位手法对同侧的后关节调整幅度比较大,马达等采用模拟手法对3具新鲜尸体的脊柱标本进行了L4~5、L5~S1椎间盘后外缘应力变化的测定和脊柱不同位置变化下腰椎小关节相互关系改变的观察。结果发现前屈侧弯旋转法对腰椎小关节的活动幅度最大,直立旋转法次之,向左侧旋转时小关节突作切面的旋转滑动,右侧小关节间隙增大;向右侧旋转时反之。做前屈侧弯旋转时,椎间盘左后外侧压力增高,同时右后外侧压力减低;向左旋转时反之。而当旋转动作结束复原时,出现负压的一侧均出现一个微小的正压。作者认为,这种正负压力的多次反复变化,可以使突出的髓核变位或变形,从而使受压的神经根减张。这些结果证实了"髓核和神经根相对位置改变"学说的正确性。
应用钾离子透入法测痛,观察轻、重不同手法按揉家兔"内关"穴对家兔痛阈的影响时发现,轻重手法均能提高家兔的痛阈,但轻手法的作用可以被纳洛酮翻转而重手法不能;轻重手法的效应均可以被普鲁卡因局封所阻断。这说明:轻重手法镇痛的机制不同。
对推拿手法的生物力学研究极大地促进了推拿手法在临床上的应用,充实了推拿手法的机理研究。尽管目前这类研究尚处于起步阶段,但是随着科学技术的进步,对推拿手法机理的研究肯定能够得到更进一步的进展。
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运动生物力学的作用范文5
关键词:力学 力学性能 实践 应用
中图分类号:G42 ? 文献标识码:A??文章编号:1672-3791(2015)02(b)-0000-00
力学是物理学中最基础最古老的一门学科,它的研究范围包括从一般的物体的机械运动到天体的运动。小到基本粒子的碰撞、衰变、相互作用的轨迹,大到宇宙探测、航天、航空都属于力学的问题。其应用的范围包括最早的土木工程、桥梁道路、水利工程、航海造船、机械冶金方面的应用,到后来的航空航天、防灾减灾、环保能源、生物化工等领域。其应用范围之广,令人吃惊。基于此,本文针对力学性能进行进一步深入的探究,并且介绍了有关力学能力的几个实践应用。
1 力学简介
1.1 力学定义
力学是一门独立性较强的基础学科,其主要研究的便是力和能量以及它们与液体、固体以及气体间的平衡、变形以及运动的关系。力学不仅仅是一门基础性较强的学科,而且其也是一门技术性较强的学科,其包含有很多有关工程技术的理论基础,并且在广泛的实践应用中不断的壮大。力学在军事工程以及土木工程方面都起着举足轻重的作用。目前,工程学领域已经拥有多个分支,而这各个分支当中很多重要的进展都十分依赖于力学有关的运动规律、强度以及刚度等等。力学与工程学之间的结合,促进了整个工程力学的形成与发展,现如今,不仅是历史较为久远的土木工程、水利工程、建筑工程等需要工程力学的贡献,而且核技术工程以及航空航天工程等新兴学科中工程力学也起着至关重要的作用。力学既是基础学科又是技术学科的二重性使得其为沟通人类认识与改造自然方面均做出了重要贡献。
1.2 力学的分类
力学大致可以分为静力学、动力学以及运动学这三部分,其中静力学所研究的是物体所受的力在平衡状态或者是物体在静止状态下的问题;而动力学则讨论的是物体在受力的作用下与物体运动之间的关系;运动学仅仅考虑物体是怎样进行运动的,而对其与所受力之间的关系则不予讨论。
根据研究对象的不同对力学进行分类,则可以分为固体力学、流体力学以及一般力学这三方面,其中流体不仅包括液体,而且还包括气体,通常将固体力学和流体力学统称为连续介质力学,一般采用连续介质的模型进行研究。而一般力学通常指的是以质点、刚体、质点系和刚体系为研究对象的力学,有时还会将抽象力学纳入一般力学的范畴,一般力学不仅要研究离散系统的基本规律,还会研究一些与工程技术相关的新兴学科的理论。固体力学、流体力学以及一般力学这三个力学分支在发展过程当中,会根据对象以及模型的不同出现了不同的研究领域和分支学科。其中材料力学、结构力学、弹塑性力学、断裂力学等均属于固体力学;而水力学、水动力学、气体动力学、空气动力学、渗流力学、多相流体力学等均属于流体力学;而理论力学、分析力学、振动理论、刚体动力学、运动稳定性、陀螺力学等均属于一般力学。而各个学科在交叉融合的过程当中又产生了流变学、气动弹性力学以及粘弹性力学等等。
力学在工程技术方面的实践应用结果形成了工程力学以及应用力学的各个分支,例如岩石力学、土力学、爆炸力学、环境空气动力等等。而力学在于其他基础学科进行结合的同时也产生了一些交叉性的学科分支,例如与天文学相结合而形成的天体力学。
2 力学能力的潜在研发
2.1 材料的力学性能
材料在不同温度、湿度以及介质条件下,在受到扭转、弯曲或者交变应力的作用下,所表现出来的力学性能是不同的。
(1)脆性
脆性指的便是材料在受到外力作用下几乎没有发生塑性变形就遭受断裂破坏的一种特性。材料的脆性与材料的韧性以及塑性是相反的。通常情况下,脆性材料是没有屈服点的,但是其有断裂强度以及极限强度,这两者几乎是一样的,混凝土、铸铁以及陶瓷等均属于脆性材料,脆性材料与其它工程材料相比,其在拉伸方面的性能较为脆弱,脆性材料一般情况下采用压缩试验来进行评定。
(2)塑性
塑性指的是材料在拉力或者冲击力的作用下能稳定地产生的永久变形而不被破坏其完整性能力。材料的塑性变形一般会发生在材料所承受的荷载超过其弹性极限之后,材料发生不可逆的形变。材料发生塑性形变之后,不能恢复到初始状态,在这一情况下,材料会保留一部分或者是全部荷载时的变形。
(3)强度
材料在外荷载的作用下,用以抵抗塑性变形以及断裂的能力。可以根据外力作用的性质进行分类,可以分为抗拉强度、屈服强度、抗压强度以及抗弯强度等等,工程上经常用到的是屈服强度以及抗拉强度,而这两个强度一般可以通过拉伸试验测得。强度是衡量材料承载能力的一个重要指标。
(4)弹性
材料的弹性一般指的是其在外力作用下从而发生的一系列形变,而当外力消除后能够能够恢复到原来的大小以及形状的性质。在一定的限度之外,在外力消除之后材料并不能恢复原来形状,则这一限度称为弹性限度,同一物体的弹性限度是并不是固定不变的,它会随着温度的升高而有所减小。
2.2 力学性能的研究方法
力学研究的方法所遵循的基本法则便是理论联系实际,然后再将其应用于实践,应该根据对自然现象的观察,尤其是对定量观测的结果进行分析,从而总结出一系列经验以及数据,或者是为特定的目的从而设计的一系列科学实验所测定的结果,从而得出量与量之间的定性以及数量的关系。这一过程便是模型建立的过程,质点、质点系、弹性体、刚体以及连续介质等均是不同的力学模型,在建立模型的基础上可以根据已知的一些力学以及物理学的规律,结合合适的数学工具,对其进行理论上的演绎工作,从而得出新的结论。对于所得理论所建立的模型是否合理,则应该进行新一轮的观测,并将其进行工程实践或者进行科学的实验进行论证,对于理论的演绎当中,为了使得理论能够更具概括性以及实用性,经常会采用诸如雷诺数、泊松比等无量纲的参数,而这些参数不仅能够对物理本质进行很好的反应,而且由于其是单纯的数字,所以不会受尺寸、工程性质以及实验装置等的牵制。现代的力学实验设备,通常需要多工种、多学科间的协作,对物体力学能力的应用研究不仅需要更为细致、独立的分工,而且还需要进行更为综合以及全面的协作。
3 力学能力的实践应用
3.1 力-热-电-磁耦合效应
在固体力学当中,经典的连续介质力学将可能会被突破,而一些新的力学模型以及力学体系,将会能够概括某些对宏观力学行为起敏感作用的细观以及微观方面的因素,以及关于这些因素方面的演化,从而使得一些复合材料的韧化、强化以及功能化能够产生量的提升和质的飞跃。固体力学能够将力、热、电以及磁等效应进行融合,目前,机械力与热、电以及磁等效应的相互转化以及控制大都还局限于测量以及控制的元件之上,而这些效应的结合将会带来更大的用途,近年来出现的微电子元器件,已经十分迫切的要求对这类力、热、电的耦合效应做更深入的研究,而以“Mechronics”为代表的微工艺、微控制以呈及微机械等方面的发展,会极大的推动对力、热、电、磁耦合效应的研究。
3.2 航空航天方面的应用
流体力学的发展能够推动航天飞机以及新一代的超声速民航机的成功研制,目前,在对高温空气的有关热动力学进行研究中,必须对原先的热力学平衡的假定进行放弃,而且对超声速流毕节层的控制、降噪以及减阻等也带来了一些列新的问题。在流体力学的指导下,所取得的工程技术成就不胜枚举,最突出的便有人类登月、在月球建立空间站、航天飞机等为代表的航天技术,以速度超过5倍声速的军用飞机、起飞重量超过300t、尺寸达到大半个足球场的民航机为代表的航天技术都是力学能力在航天航空方面的实践应用。
3.3 一般力学
目前,关于一般力学的研究已经开始进入了对生物体运动问题的研究,开始研究了人以及动物的行走以及奔跑当中所产生的一系列力学问题,而且有关这一方面的研究,已经产生了一系列新的结果,对于这一方面的研究,不仅能够对生物的进化方向产生一系列的理性认识,而且也可以为人类进一步提高某些机构以及机械性能方面的要求提供一些理论性的指导。其中在进行一般力学的研究时应该重视对固体的非平衡理论、塑性与强度的统计理论、原子乃至电子层次上子系统的动力理论,为了能够更加深入的进行这些研究,应当充分利用与开发计算机模拟与现代宏观、细观以及微观实验与观测技术。工科中的各项实践也离不开力学,因此,在工科的基础课当中,也开设了不同的力学课程,其中包括理论力学、材料力学、结构力学等等。
3.4 环境力学的兴起
环境力学是将力学以及环境相互结合从而形成的一门新兴交叉学科,主要是对自然环境当中的破坏、变形、迁移以及其所伴随产生的一些列的物理、化学以及生物过程和导致的物质、能量运输、动量对环境的演化规律以及对人类所生存环境所产生的影响进行描述。环境力学的发展不仅能够深化人们对环境问题中的物理过程以及基本规律的认识,而且能够在一定程度上促进环境问题的定量化研究。现阶段对环境力学的研究,不仅要对该学科发展的自身规律以及要求有一定的重视,在此基础上,还应该与国家所需求的和工程实际进行紧密结合,能够将理论研究、规律分析以及防治措施进行有机的结合。而关于中国的环境力学的研究则必须抓住一复杂介质流动和多过程耦合为基础、沿海和西部这两个经济发展地区、水环境、大气环境、灾害与安全,从而对重点发展领域进行确立,促进学科的多方面发展。对于环境力学的研究,能够解决一些实际方面的问题,例如对于西部干旱、半干旱环境治理的动力学问题;重大环境灾害发生的机理以及预报;以水或者是气为载体的物质运输过程等方面的研究。
3.5 生物力学的兴起
目前,生物力学已经有了很大的发展,生命科学以及包括力学在内的基础以及工程科学交叉、融合已经成为了当今生命科学研究的热点,已经为生物力学的发展提供了新的方向。现代分子以及细胞生物学不仅提出了大量的新课题,而且带来了很多新的研究工具,推动了生物力学开始由着宏观向微观深入,而且开始强调了有关宏观和微观方面的融合。现阶段生物力学的发展特点可以归纳为内涵扩大、有机融合、微观深入以及宏观与微观相结合,但是宏观生物力学仍旧为当今主流。有关生物力学的实践应用,更加促进了以解决与应用所相关的工程技术问题为目标的新的生物工程学的发展。在实践应用方面,组织工程、药物设计与输运、血流动力学、骨、肌肉关节力学等已经得到了临床以及工业界的一致认同,已经相继解决了一系列关键技术方面的问题。
4 结论
力学作为基础性与技术性相互结合的一门学科,随着当今社会的快速发展,已经在社会的各个领域当中得到了广泛的应用。随着工程学的越分越细,其各个分支当中的关键性的进展都十分依赖于力学当中有关的运动规律、强度以及刚度等理论知识。因此,我们应该在充分了解有关力学的定义以及分类的基础上,对物体的力学性能进行深入的探究,充分了解其力学性能,并且能够将其利用于社会的各个领域,而有关环境力学以及生物力学等新兴学科的研究与应用,也是力学以后研究的重要方向。
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运动生物力学的作用范文6
摘 要 运动人体力学在人体结构的研究、测试方法和手段、测试数据处理的速度与准确度、研究的深度与广度等方面都具有较大程度的提高。本论文是在羽毛球基础技术的力学特点进行归纳与总结分析,分析的技术动作是扣杀、网前搓球(皆为正手)。
关键词 运动生物力学 羽毛球项目 扣杀 网前搓球
从运动生物力学角度来看,羽毛球运动是通过羽毛球和球拍位置的变化(平动和转动)与运动员机体的活动相结合的一项运动。运动员的击球动作使球拍和球碰撞后,击出的球以一定的动量、动量矩过网至对方场地范围。归纳起来,羽毛球项目中的运动分类可大致包括:运动员的技术运动形成(动作技术)、羽毛球的碰撞运动(羽毛球与球拍碰撞)、羽毛球在空中的运动。此文献是集中在扣杀、网前搓球这两个技术动作给羽毛球的碰撞运动产生的效果。
一、扣杀
这种富有威胁性的进攻手段,从技术上看是一个上肢的鞭打动作,其技术特点主要有以下几个方面。
(一)对大力扣杀击球速度、高度、角度的解析
大力扣杀是教练员、运动员公认的杀伤力强的重要技术。杀伤力的大小取决于击球速度、高度和角度。三者相辅相成,紧密结合好将势必产生大力扣杀的最大效果。其中击球速度是主要的。
(二)羽毛球扣杀上肢技术关键
羽毛球运动员扣杀的目的是使拍头获得最大的打击速度和适宜的拍面位置。由于运动员扣球动作前基本无助跑和跳起,所以球拍速度的获得是身体和持拍臂的协调配合和最大用力的结果。
影响羽毛球运动员扣杀的效果的关键技术主要是手臂的鞭打动作,影响上肢鞭打动作末端环节的关键因素:①躯干向投掷方向扭转的时机;②上臂最大水平外展角;③上臂内旋角速度;④肘关节伸展动作开始时机;⑤出手(击球)时刻肘关节伸展角速度。
二、网前搓球
搓球,就是在网前利用球拍与球的切击摩擦,使羽毛球在球拍上获得极小的纵向(或称与拍面垂直方向)飞行速度,同时获得较大的翻滚和旋转速度,使球的飞行轨迹和飞行状态发生变异,迫使对方击球失误或延误其击球点高度或击球时间,从而直接得分或取得主动优势的一种击球技术之一。
(一)搓球技术及其分类
搓球按其转动方向和飞行状态,一般可分为两种,即翻滚式和偏轴旋转式。翻滚式,即球搓出后,球的滚转动方向几乎是垂直于球的对称轴。这种搓球,主要在对方回击球离网很近贴网而落,而自己上网速度较快,能在离网顶约10厘米处搓击时运用。但由于这种搓球球翻滚时阻力矩大,球保持翻滚状态飞行的时间较短(一般翻滚不到两三周就恢复正常了)。使用这种搓球时击球点一定要高,且离网顶近,才能保证球在短暂的翻滚过程中迅速下坠。若击球点低或离网顶远,则球只能在未过网前的上升阶段,飞向网顶过程中翻滚。真正过了网下落时,球的飞行已恢复正常,对对方也无威胁了。
偏轴旋转式搓球,即搓出球的转轴与球轴交角成30°-60°。这种偏轴旋转式搓球,旋转时球头朝向飘忽不定,转动时的空气阻力矩较翻滚式小,球旋转运动时问也较长,飞行轨迹差距大。当对方回球网前球离网较远或自己上网较慢、击球点略低时,照样有使用价值。
(二)影响偏轴旋转式搓球的力学因素
1.搓球时球拍切击方向与球轴的夹角
偏轴旋转式搓球,球拍切、方向与球轴的夹角是关键。夹角过小,则可能出现羽球过网时转轴与对称轴基本重合,此时固然球的转动阻力矩为最小,但由于球头朝向和飞行轨迹比较稳定,对方容易还击,实战价值不大。但上述夹角如果过大,则会因使球旋转的冲量矩(M•T,M是使球转动的力矩,T是作用的时间)远远小于使球翻滚的冲量矩,使球主要以翻滚运动方式过网,也不能达到预期的技术效果。因此,球拍切击方向与球轴夹角角度的控制是控制搓球的首要因素。
2.球飞行瞬时方向或球头朝向与球拍搓击方向的关系
众所周知,球速过快是很难运用搓球技术的。搓球不仅有球拍切击方向与球轴夹角的控制间题,还有球与球拍撞击速度和反弹力的控制间题。球速过快,球在拍面上停留时间短,球撞击速度不易控制,球易跳得高,这就失去了网前球的基本特点和作用。就要解决一个如何适当“减速”以利控制的问题。
这里的所谓“减速”,是指减少球与球拍撞击速度或称缓冲作用。当球拍搓击方向与球飞行瞬时方向的夹角大大超过90°并趋近180°时,球与球拍相对运动速度是相加,所以速度必然高,当球拍搓击方向与球飞行瞬时方向之夹角只有90°或更小时,球与球拍相对运动速度是相减,搓球易成功。成功的缓冲是控制搓球的第二个要素。
为了做到这点,当球过网后的横向速度(与球网平行方向)是由左向右飞来时(即通常对方将球从自己右场区击向我右场网前时),球拍也就应由左向右搓去,球较易控制。虽然这种球多数出现在我们正手区,由左向右搓击手法有点别扭,只要多练,是可以掌握的。反之,球由右向左飞过来时,球就容易控制了。搓击动作要注意用手指及时调整拍面角度,效果会更好些。
三、总结
根据羽毛球运动专项运动生物力学研究的现状、运动生物力学学科发展趋势以及羽毛球运动发展的实际需求,运用多种运动生物力学的理论力学和实验研究相结合的方法,对羽毛球运动中的多个领域进行分析和研究,例如上肢技术动作分类后的细节力学分析或者场地步法的力学研究。这会将是运动生物力学在羽毛球运动项目中的研究发展趋势。
参考文献:
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