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运动生物力学的运用范文1
1、正确技术与合理技术区别统一
在教学训练中，什么是正确的技术呢?可能有人会说，世界冠军选手的技术动作最正确，其实不然。从运动技能学和运动生物学的观点来看，绝对正确的技术是不存在的，只有合理技术(或动作)。所谓合理技术，就其动作结构首先要符合力学原理，其次是要符合其自身解剖学特征，换言之，就是要符合每个运动员的自身特点。因为，每个运动员的身体形态，结构比例不同，骨杠杆所产生的力学效应也不同。那种不考虑自身的特点而一味去模仿他人的技术动作显然是不可取的。美国著名短跑选手刘易斯的教练汤姆•雷特兹博士曾说过：“对刘易斯进行科学的指导即把生物力学原理应用于他的训练，教给他适合他身体条件的动作和符合力学原理的姿势。”由此，我们可以看出，在教学训练中应教会学生掌握合理的技术动作，而不是所谓的模仿他人的“正确”技术。在合理掌握动作的基础上，尽量使学生结合自身的身体形态、机能和运动素质的特点去改进和掌握技术动作。对于那些跑得快、跳得远而动作不规范的学生运动员，不必过分地强调动作的规范程度，而应让他保持自身的动作结构。因为在某种程度上讲，需要改进的只是那些受力不合理的动作。
2、运用生物力学的原理讲解分析技术动作，指导训练
讲解的目的是使学生了解技术动作及构成动作的内在因素。因此，在讲解中仅对技术动作做外在的描述，不利于运动员理解和掌握动作，无法分析技术动作的优劣，要讲清动作结构的实质，分析技术动作的内在因素，必须从力学原理去分析描述技术动作。恰当的分析讲解有助于学生理解和掌握动作的本质属性，使之知道我为什么要这样做。如在短跑教学训练中，对影响跑速二因素的讲解，当今大多数短跑研究指出，对于短距离跑(50-200m)步频和步幅的提高主要在着地阶段。因此，步频和步幅的提高关键是处理好着力脚的着地点与身体重心投影点之间的距离。如果脚的着力点与身体重心投影点的距离大，虽然可以增大步长，但支撑腿的运动范围大，则着力时间就长，人体受前支撑反作用力的平阻力就大。从而产生减速现象，使步频降低。反之，如果脚的着地点与身体重心投影点的距离适中，前支撑反作用力的水平阻力就小，脚着地时间就短，使身体重心向前运动的冲量增加，从而达到在不影响步频的基础上，增大步长的目的。这样的讲解分析，使运动员理解了那种为增大步长而采取踢小腿的跑法是不可取的，同时也加深了运动员对“摆髋”和“积极扒地”技术的理解。又如在跨栏跑教学中，我们对跨栏技术的讲解：跨栏实质是短跑，只不过在跑进过程中要越过障碍而已。因此，怎样才能在保持跑速的情况下，顺利地越过栏架呢?关键是跨栏步技术。上栏时，摆动腿大小腿充分折叠高抬前摆，可以缩短摆动半径，减少阻力，加快上栏速度，提高起跨腿的支撑反作用力，增加起跨力量，过栏时起跨腿大小腿充分折叠又能小跨腿绕髋关节的转动半径，从而减少转动惯性，提高角速度：加快起跨腿的向前提位。下栏时，摆动腿积极主动快速下压上体迅速抬起，可促使起跨腿的向前提拉(相向运动)，更主要的是缩短摆动脚着力点与身体投影点之间的距离，减少落地制动力，加快人体重心快速向前移动，很快而自然地转入栏间跑。
在跳远教学训练中，发现有的队员跳挺身式还没有跳蹲距式效果好。通过分析原因，我教学的对象大都是12―14岁的少年选手，他们的身体素质各方面都还未达到跳挺身式的要求，所以在教学中我利用生物力学原理力求抓好蹲距式跳远技术中的关键环节，注重摆动腿的快速大幅度前摆。一方面可克服蹲距式跳远中空中上体前旋。另外，通过屈膝摆动动作可使摆动环节的质量向上移动，因而使人体总质心的相对位置升高。提高重心相对高度(其升高的数值的点起跳后人体重心腾起高度的25%左右)，通过摆动可增加起跳力(当摆环节质心做竖直向上加速运动时，必然对施力部位产生反作用力，通过起跳腿的肌肉用力作用于地面，从而增大了直跳力，进一步推动人体重心飞得更远)。
运动生物力学的运用范文2
摘 要 文章通过分析膝关节解剖结构特点和生物力学特征，结合篮球技术动作特点，确定了膝关节各部位运动损伤的发生机制。并提出通过掌握运动员膝关节的运动生物力学特征，对科学指导训练、提高运动员的训练水平以及预防膝关节运动损伤发生等具有非常重要的意义。
关键词 膝关节生物力学 运动损伤 力量训练
运动生物力学根据人体的形态机能特点结合对运动场地器材的改进，研究最合理、最有效的运动技术；通过改善训练手段增加运动训练的适应性；通过研究运动损伤发生机制、改善不合理的运动技术，在训练中改善神经肌肉系统功能和强化运动器官承受能力，达到预防损伤的目的[1]。作者通过参阅大量文献，阐述篮球运动员膝关节运动生物力学特征，提出其指导膝关节科学训练和预防膝关节损伤依据。
一、膝关节结构及生物力学特征
（一）膝关节是人体结构最复杂的关节，由两个包在同一关节囊内的关节组成，即股-髌关节为滑车关节和股-胫关节为椭圆形关节。膝关节周围的肌肉、肌腱、前方髌韧带、内外侧副韧带、前后十字韧带以及内外侧半月板共同维持膝关节的稳定性[2]。
（二）膝关节的侧副韧带位于关节囊的外面，有内侧副韧带和外侧副韧带两条，其主要作用是使膝关节不能产生内收与外展运动，并且限制膝关节过度发生旋转的活动。[这两侧韧带在膝关节伸直时被拉紧起固定作用，此时小腿不能做内旋及外旋动作。当屈膝时，这两侧韧带松弛，小腿可做小幅度的内、外旋动作[3]。在篮球运动中膝关节屈曲，小腿突然内收内旋，或大腿突然外展外旋可能发生外侧副韧带损伤。常见持球突破，急停跳起投篮或跳起抢篮板等动作。
（三）半月板由致密环状纤维所组成，其中含少量软骨组织，具有一定的弹性，它们的主要功能是使股骨与胫骨两者的关节面更加吻合，增加膝关节的稳定性，并且有缓冲股、胫骨之间冲击力的作用[4]。
（四）膝关节囊内共两条十字韧带，主要功能是限制胫骨过度前移或后移。膝关节处于半屈曲位突然完成旋转及内收、外展是重要的损伤机制，常合并内侧副韧带或半月板损伤。
股四头肌腱大部分止于髌骨上缘，一部分越过髌骨上缘止于髌骨表面，股四头肌在膝屈30°时，4个头的合力最大，加上这时髌股间的力矩最大[5]。
（五）膝关节稳定性生物力学
膝关节是全身最大的负重关节，同时它又缺乏固有的内在稳定性，韧带、关节囊和提供的静力和动力性稳定作用起着特别重要作用[6]。
（六）篮球运动的基本技术动作生物力学分析
膝关节主要功能是屈伸运动，在半屈或屈90°时有轻微的旋转运动。篮球运动中的特点是膝关节于半蹲位滑步、进攻、防守、制动、踏跳与上篮、落地缓冲等。这些动作都要求膝于半屈曲位屈伸与扭转，以实现快速变向、伸膝发力的要求。
二、膝关节力量训练
根据膝关节运动生物力学原理，力求膝关节在运动中稳定性和灵活性相统一，力量、速度和耐力相统一。所以对膝关节周围肌肉韧带的力量训练尤为重要。使膝关节适应篮球运动技术特点的力学要求，同时保护关节避免损伤发生。通过对关节周围肌肉力量训练经过力的传递结构强化至肌腱、韧带以及骨。
（一）肌肉力量训练相关理论
“训练适应”是反映运动员机体在长期训练和外界环境（指自然环境与训练、比赛环境、其中主要是训练负荷）刺激的作用下所产生的生物学方面的“动态平衡”（指能量消耗与补充的动态平衡）。这种适应能满足竞技比赛所需要的各种机能能力，并按照“刺激—反应—适应—再刺激—再反应—再适应”的规律变化。运动训练的任务就是通过合理的训练负荷，打破机体原有的生物适应与平衡，使机体在新的水平上产生新的生物适应与平衡[7-8]。
（二）方法
1.固定阻力负荷练习
又称静力性练习。是指人体用力时，各运动环节无运动状态的变化，此时，肌肉产生张力但不发生长度变化。如静止负杠铃半蹲等。
2.动力性冲击负荷训练
是指肌肉先进行离心收缩、紧接着迅速进行向心收缩的练习方法。是利用肌牵张反射会产生超大力量的原理，是在一次练习中增大肌肉训练效果的较好练习形式。
3.等动练习器械训练
该种练习是借助专门的等动力量练习器进行，在练习中，练习的阻力与运动员的用力相适应，从而保证了肌肉在收缩过程中始终按恒速或接近恒速的方式进行。
三、结论
膝关节是人体结构最复杂关节，本身内在不稳定。篮球运动员膝关节运动专项技术动作又处于关节生物力学的薄弱点。所以运动损伤发病率高，篮球技术动作要求膝关节适应其速度力量及耐力要求。在充分了解膝关节生物力学，掌握其力学规律，根据人体形态机能特点，进行科学训练，不断改进运动技术，提高运动成绩。同时的预防运动损伤及康复都具有重要意义。
参考文献：
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[6] 陆裕朴.胥少汀，等.实用骨科大全[M].人民军医出版社.1997.3：691，1081.
运动生物力学的运用范文3
关键词 运动生物力学 竞技体育 现状 趋势
一、前言
运动生物力学以其多学科的交叉应用性的研究成果应用于指导体育运动实践；特别是竞技体育的科学训练的需要，运动生物力学在测量技术上不断取得新突破，在改进和完善动作技术，选择和设计优化的动作技术方案等的方面产生了积极的影响。运动生物力学在技术原理方面的研究为运动员的技术诊断和改进训练方法的理论依据。此外，运动生物力学在运动创伤的防治、康复器械的改进，仿生机械等方面也有重要作用；同时也为运动员选材提供了依据。
二、运动生物力学在竞技体育中的研究现状
（一）竞技体育中运动装备、训练器械、测试仪器的研究现状
在竞技体育中对运动装备、训练器械、测试仪器的研究是直接为提高运动成绩服务的，这就对运动生物力学在竞技体育中的科研提出了很高的要求。但就目前的运动生物力学测试仪器来说，测试仪器越来越多样化、测试结果也越来越精确。而且，许多新的现代化的技术装备也被应用到运动生物力学研究上，如运动器械等的研究如运动鞋、训练器材等，近些年对运动器械、仪器设备的研发方面的研究比较少，这类研究有比较好的前景，若利用得当，将大大推动学科的发展，同时对经济的增长也有很大作用[1]。
（二）运动员选材方面的研究现状
运动员选材已从单一方面研究深入到全面展示不同项目运动员身体形态、生理机能、运动力学生物力学等方面的综合的研究，这些学科需要多种方法综合运用，以达到理想的效果。对于竞技体育选材的问题，要从多学科交叉研究才能完成。而运动生物力学的研究更加依赖高新技术运动生物力学的研究，而当前竞技体育中相对缺乏高科技多学科的综合，测试方法上的局限于现有方法的应用，且缺乏较高水平的运动生物力学在运动员选材方面研究；在选材内容上偏重于以往的仪器测试，在选材项目上比较局限，展开的项目不多，也没有进行深入研究。
（三）运动损伤及其康复的研究现状
运动生物力学研究竞技体育中运动训练引起损伤机制，了解与认识其病因、探讨预防、治疗及康复措施一直是运动医学与运动生物力学在竞技体育研究中要解决的重点问题之一。在竞技体育中用运动生物力学的方法研究运动损伤及康复的研究也越来越受到重视，而且与运动专项结合更加紧密。运动损伤相关研究包括对正常运动系统的研究，由于运动创伤中以韧带、软骨的损伤为主，故韧带与软骨成为研究的重点，尤其是软骨，此外对运动损伤相关研究还包括运动损伤及修复与重建后相关组织的生物力学研究，运动损伤及修复与重建后关节的整体生物力学特性研究也是研究重点[2]。
（四）技术动作的研究现状
竞技体育项目动作的技术分析研究是目前运动生物力学研究成果最多的，这些研究成果为运动成绩的提高作了重大的贡献。但是在技术动作的研究中也出现了一些问题，田径、武术等项目研究得比较多，而技术稳定性差，对抗性及灵活性强的项目研究的比较少，这也许是由于像田径等稳定性强的动作技术容易进行分析研究，而技术稳定性弱的项目技术动作不易分析研究而造成的。运动生物力学在技术研究中目前最先要解决的是怎样将生物力学的有关理论尽快地运用到体育实践中解决技术训练中存在的具体问题。
（五）人体运动模型研究及计算机模拟与仿真的模拟现状
经计算机实现对人体运动的模拟仿真，这类研究是目前处于人体运动研究的最前沿的理论方法，它不仅能用电脑全过程模拟人体各种复杂运动并用三维动画方式完整地显示，而且能对人体尚未实现的运动预测其可能性和技术要点[3]。这一方法将是今后运动生物力学研究的重要方面。这些方法在竞技体育中能得以应用将会对我国竞技体育的发展将会有着重大的意义。目前我国在这个方面研究的不是很多主要是应用于高难度，高危险性的技术的方面的项目，如：跳水项目，郝卫平等建立了跳水运动的三维人体运动仿真与显示平台――数字化三维跳水专项运动仿真系统，这种系统的建立可以对运动技术与连接方式进行精确的分析研究，有效的指导技术训练。
（六）运动生物力学的理论研究与实验测试结合的研究现状
目前运动生物力学的理论研究成果还比较少，研究成果不够丰富，从而成为制约我国运动生物力学在竞技体育中发展的瓶颈。测试报告复杂难懂：通过运动生物力学测试，我们提供给教练的测试报告大多数都是数字、曲线等比较抽象的材料，由于教练和运动员自身的生物力学知识水平受限，他们对科研人员提供的数据和材料难以理解，很难将科研成果吸收和消化、时间长就丧失了对科研的兴趣，科研训练实践严重脱节[4]。
三、运动生物力学在竞技体育中的发展趋势
（一）运动装备、训练器械、测试仪器设备的研究日益引起重视
运动装备、训练器械、测试仪器设备是与竞技体育的发展是密不可分的，当今竞技体育的发展对装备、器械、测试仪器提出了更高的要求。近年来运动生物力学与其它学科的指标进行交叉运用使测试仪器的功能、准确度等不断的提高。器材与测试仪器出现专项化，测试和训练的计算机化，专项技术的专用测试仪器以及运动员的服装，器械的研究不断的增强。随着科学训练的不断普及化，技术测试仪器专项化等在竞技体育研究中得到充分应用并不断向科学化和合理化的方向发展。运动生物力学在设计、研究、改进体育仪器、运动装备、训练器械等历来是研究的一个重要方面，运动生物力学在未来的竞技体育科研中应以机械、电子、材料、计算机等的专家积极交流，在竞技体育的仪器、器材设备、和设施的科研、开发和应用方面，发挥自己的作用。
（二）运动生物化学在运动员选材中将扮演更加重要的作用
运动生物力学中的许多测试仪器可用来收集、分析和评价运动员与器材运动的信息，高速摄影仪，测力台、肌电图、关节测角仪等这些仪器精确度高，效果好。且这些仪器是科研人员的在竞技体育研究中的重要研究工具，运动员选材在竞技体育中是非常重要的，随着科学训练的普及化，有些仪器也被教练员及科研人员使用来进行运动员选材并且在选材过程中扮演中重要的作用
（三）运动损伤及康复的研究将更加的深入
预防运动损伤是运动员取得更好的成绩有着重要的意义，并且在实践研究中找出导致损伤的因素及提出预防措施，使运动损伤的风险降至最低，为运动员取得最佳成绩打下了基础。近年来我国在运动损伤及康复的研究也越来越受到重视且与运动专项结合不断加强。预防运动损伤与康复的研究要多方法、多学科结合的研究，所以加强多学科的交叉对预防运动员伤病与康复的研究是运动生物力学研究的发展趋势。
（四）技术动作的分析研究增多
竞技体育动作技术研究是运动生物力学主要研究的领域之一。用运动生物力学原理优化的训练方法与技术动作应用在竞技体育中，可以有效延长运动寿命还可以预防运动的损伤，为运动员取得理想的成绩奠定了基础。目前研究技术动作最多的项目有田径、武术等技术稳定性的项目，而集体项目、对抗性项目等项目研究的较少。而今后竞技体育的动作技术研究的发展趋势主要有：从几个运动项目的研究向众多运动项目的研究扩展；从单人项目向集体项目向对抗性项目发展；从单纯技术研究向战术研究发展；从单项指标的测试研究向多项指标的综合测试；从单一的运动学指标测试研究向运动学、动力学、生物学多项指标的综合测试研究发展；从单学科研究向多学科综合研究发展；从单一的运动生物力学研究向生物力学、运动生理生化、运动心理等多学科的综合测试研究方向迈进[5]。
（五）人体运动模型研究及计算机模拟与仿真
计算机实现对人体运动模型的研究是目前处于人体运动研究的最前沿的理论方法，此种方法不仅能用电脑全过程模拟人体各种运动并用三维动画方式完整地显示出来，而且还能对人体尚未实现的运动预测其可能性和技术要点，这个方法是运动生物力学今后研究的重要领域之一。但是随着电子计算机在运动生物力学研究中的普遍利用，运动生物力学研究中很多困难已逐步得到解决，因此，建立各种运动模型进行模拟试验是运动生物力学研究方法的又一发展趋势。在建立人体运动模型的基础上，对运动过程进行模拟与仿真是目前也是目前运动生物力学探索的难点及运动生物力学尖端研究课题。国家体育总局科研所郝卫亚等[6]研究并实现了一个适合于跳水运动的三维人体运动仿真与显示平台――数字化三维跳水专项运动仿真系统。通过该系统，可以对竞技体育动作技术进行生物力学的分析且利用三维动画对运动员的动作技术进行模拟仿真，进而促进科学化训练。
（六）运动生物力学的基础理论研究与训练实验的结合不断加强
运动生物力学的研究旨在更好的进行科学训练，目前最先要解决的是怎样将生物力学的有关理论和测试方法等研究尽快地运用到竞技体育实践中解决运动训练的具体问题，为此根据目前训练的需要应将研究的报告简单化、形象化、实用化，以提高运动训练的实效性，帮助运动员提高运动成绩。
四、小结
（一）对运动技术研究在今后运动生物力学在竞技体育研究中仍然是研究的重点，竞技体育动作技术研究是今后运动生物力学研究的重要领域之一。
（二）运动装备、训练器械、测试仪器设备的研制增多，且运用高新技术研制生物力学的测试仪器是运动生物力学研究者不断研究的内容。
（三）运动生物力学在运动员的选才过程中将扮演中重要的作用，随着科学训练的普及化，运动生物力学中的许多测试仪器经常应用于运动员的选材。
（四）运动损伤与康复的研究将更加得到重视，应广泛结合其它学科的交叉研究共同解决运动生物力学在竞技体育研究中的有关问题，而且与运动专项结合更加紧密的研究以期来减少在训练中的运动损伤。
（五）加强多学科的合作，研究与训练实践的更好结合，促进运动生物力学的科研更好地为训练服务，以提高运动训练的实效性，促进运动员成绩的提高。
（六）人体运动模型及计算机模拟仿真等高新技术使运动生物力学的研究手段得到大幅度提高，适时运用高新技术来研制测试仪器是运动生物力学研究的一个重要课题。
参考文献：
[1]路慧娟.我国近十年运动生物力学的研究进展及发展趋势[J].科技创新导报.2010.2.2.
[2]刘平.生物力学在运动医学领域应用现状和展望[J].医用生物力学.2008.2(23):99.
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[4]华立君.运动生物力学的研究现状与展望[J].牡丹江师范学院学报.2006.4:41-42.
运动生物力学的运用范文4
关键词：髋关节肌肉模型；生物力学；膝关节
引言
人体髋关节的运送生物力学模型研究属于运动生物力学研究范畴，而运动生物力学是运动科学中起步较晚，发展却很迅速的一门学科，其研究范围比较广泛，主要包括生物与测量学、生物力学模型的建立和生物运动机制的电脑模拟等。其中，人体自身的研究是运动生物力学中一个重要的研究方向，主要通过建模来实现。
髋关节是人体最大的一个关节，其结构稳定性与活动度兼备，能够高效地维持人身体的运动和平衡。髋关节是由盆骨和股骨两部分组成，通过股骨头和髋臼连接在一起，大概有二十条肌肉参与了髋关节的运动。近年来，髋关节在生物力学的基础理论研究和骨科临床的应用研究中都是非常受重视的环节。
1 髋关节力学模型和肌肉模型的概况
运动生物力学的能取得长足的进步，是与国内外学者不断的努力换来的结果，从而诞生了许多人体关节模型研究的成熟理论。人体关节力学模型的建立主要包括以下几个部分：肌肉力学的研究、关节周围肌肉的简化、关节肌骨力学模型的建立、模型调试和模型验证。
肌肉张力-长度特性和肌肉张力-速度特性是肌肉得以正常收缩的两个重要关系，两者既相互制约又相互影响。1938年，经典Hill方程的得出，使人们第一次从量的角度认识到了肌肉张力-速度的变化关系。Huxley从横桥和肌动蛋白理论的微观角度得出了横桥模型，其与Hill方程具有很强的相似度。两者的正确性得到了后来学者的研究认同。肌肉是动作的主要肌肉（原动机）、肌肉不是动作的主动肌肉，在运动中被拉伸的这两种形式是肌肉张力-长度特性的两种表现方式。在等张条件下肌肉张力-长度曲线中最大作用力比较大，对应的肌肉比较长，在运动荷载相同的条件下获得的肌肉张力-长度曲线中的最大力与同样情况下用等长条件所获得的的最大力相比有相当大地减少，骨骼肌不同工作条件下获得的数据将不能进行合成。当前的关节的肌骨模型研究瓶颈主要在于完整的肌肉张力-长度-速度模型的建立，而不是将两者孤立起来研究。
现在，研究关于下肢肌肉功能模型越来越多。2000年，一个解剖基人体下肢的生物动力模型有王西十、白瑞蒲所提出，该模型可以在仿真人体下肢运动的基础之上，计算人体下肢的冲击荷载或下肢节作用反力和肌肉群力，基本上堪称一个完整的二维人体下肢解剖模型。
随着人体动力学模型研究的不断深入，人体动力学的建模正在走向由整体到局部、由简单到复杂的发展道路。单纯的肌肉张力-长度或肌肉张力-速度模型以满足不了对肌肉的研究，并且模型中的参数越来越多，越来越精确。
2 肌肉力学模型的建立
2.1 肌肉生理特性分析
人体中的肌有多样性，附着在髋关节周围股骨和骨盆上的肌肉主要为骨骼肌，骨骼肌是髋关节运动的动力。骨骼肌主要由腹肌和福建两部分组成，其中肌腱是肌腹与骨骼的连接部分，结缔组织和肌外膜包裹在肌肉外边，起保护作用。
近似于连锁式的肌细胞排列而成肌纤维，又有多条肌纤维“捆绑”而成纤维素，二纤维素是肌肉产生张力的主要部分。梭形肌或菱形肌，是纤维束与肌长轴方向平行；半羽状肌与羽状肌，是与肌长轴成一定的夹角；这两种类型按纤维束排列方向和与肌长轴关系把肌肉分成了两种类型：单关节肌和多关节肌。单关节肌，顾名思义，即为直接穿过一个关节的肌肉，例如股四头肌中的股中肌、肌内侧肌等。膝关节的伸展与股中肌的伸展有直接关系，双关节肌是穿过两个关节的肌肉。多关节肌中最为常见的是双关节肌，其主要存在于人体的下肢肌肉群中。双关节肌的作用取决于关节中心到肌肉的垂直距离。若该距离较长，则具有较大的作用力臂和力矩。膝关节的功能主要通过股直肌实现，其力矩远比髋关节大，属于膝关节肌群范畴。而髋关节的功能主要表现在大腿的后群肌，后群肌的力臂又大于膝关节，故称之为髋关节肌。关节的角度位置决定着双关节肌的作用效率。股直肌对膝关节的伸膝效率增大，说明髋关节在伸展，如跑步中的后蹬阶段。当髋关节屈时，伸膝运动就会受到抑制。双关节肌在人体的运动过程中起到了储存和释放弹性的功能。起到减少单关节的做工量的主要作用的是下肢肌群中的双关节肌。双关节肌能够利用一个关节做功另一个关节做负功来实现能量的储存。
2.2 肌肉力学模型的分析
肌肉作为动物体最为主要的构成组织，具有极其重要的功能特性，最为主要的是能够接受神经刺激产生收缩，进一步牵引两端的骨骼实现相对运动。生物力学研究发现，影响肌肉张力大小的两个最主要的因素是肌肉纤维的长度变化关系和肌肉纤维的收缩速度变化关系，另外还与许多生理学因素相关。该项发现对肌肉的发力过程研究来说具有十分重大的意义。
随着人们对肌肉力学模型的研究不断深入，运用数学、力学等交叉学科的研究手段对模型的建立和修改发挥着越来越重要的作用。张力-长度特性和张力-速度特性是肌肉运动变化规律中最为重要的两个关系，也是肌肉力学建模中需要处理的两项主要内容。肌肉力学模型的未来发展方向，必将是两者关系的整合体。
3 结束语
综合上述，进一步完善人体肌肉力学模型，使肌肉力学模型能够充分反映肌肉收缩长度、速度和肌肉张力之间的变化关系；通过解剖学、生理学进一步清理髋关节周围肌肉在不同动作、不同位置和同一动作的不同时间段所起到的作用，以及韧带在运动过程中保护作用；将髋关节模型建立一个完善的空间三维模型，并和膝关节、踝关节的研究结合实现人体下肢运动的仿真。
参考文献
[1]郝智秀，周吉彬，金德闻，等. 不同足地界面对人体三维步态的影响[J]. 清华大学学报（自然科学版），2006（08）.
[2]苏佳灿. 髋臼三维记忆内固定系统治疗髋臼骨折记忆生物力学研究――骨盆、髋臼三维模型仿真、力学模拟与有限元分析[D]. 第二军医大学，2004.
[3]韩东太. 金属氧化物/尼龙1010复合材料热力学性能与摩擦热行为研究[D]. 中国矿业大学，2009.
运动生物力学的运用范文5
关键词：俯背运动 腰部损伤 力学分析
前言
腰痛一直是困扰人类最常见的疾病，尤其在体育运动中，腰椎损伤严重地威胁着运动员的身体健康和运动成绩。据统计，在运动员中有60%―70%存在不同程度的腰椎疾患。因此腰部疾病的防治成为备受关注的话题。多年来，国内外学者对腰椎的生物力学性质进行了大量的研究，但由于腰椎生理结构的复杂性及研究手段的局限性，很多问题有待进一步的探索，特别是对运动员腰部损伤的防治成了亟待解决的问题。
脊柱是人体的支柱，腰骶部又是躯干连接下肢的桥梁，承受的载荷在整个脊柱中位居首位，同时其活动范围也相对最大，正因如此，腰椎发生损伤的机率就较大。近20年来，研究人员用现代化的力学实验方法及理论分析计算，终于在腰椎损伤产生机理方面得到了较大的进展。实验表明：腰椎损伤大多是由于腰部脊椎骨、腰椎间盘、肌肉、韧带的生物力学平衡关系被破坏而引起的。造成平衡关系破坏的原因很多，如长期积累导致脊椎的退行性变化，外力过于强大，活动范围超过腰椎的最大生理范围以及不当等由此引发一系列病变。要解决腰椎损伤的问题，应该先从腰部的生物力学性质的分析入手。
一、腰背部基本生物力学分析
1.腰背部肌肉韧带的基本生物力学分析
腰背部肌肉分布均匀，通过收缩产生抗拒力维持腰椎的稳定。在运动状态下，随着强度和幅度的加大，致使腰部与腰部相关的肌肉、韧带产生退变或损伤，从而使腰部承受惯性载荷在总体上相对减少。通过对每块肌肉的研究证实，活的人体肌肉收缩或舒张时都做功，在相同条件下肌肉收缩所做的功比舒张时所做的功要大。因此，脊柱伸直时所做的向心舒张功要大于屈曲时所做的离心收缩功。
腰部棘突的方位平直向后，棘上韧带深部纤维联结相应的棘突，浅部纤维越过棘突3―4节，能控制棘突的前屈。棘间韧带在腰部发育最强，对腰椎运动的影响也较大。因此，棘上韧带和棘间韧带两种结构对于维持腰椎稳定起到了十分重要的作用，不仅控制腰椎的不同类型活动，同时也承受一定的牵拉、扭转载荷。实验证明在腰部4、5脊椎功能单位上，棘上、棘间韧带提供12%―16%的张力强度、10%的扭转强度。在屈曲状态下，棘上、棘间韧带对脊柱起稳定作用。还有研究证实，两种韧带结构在生理活动期间不仅存储肌肉能量，同时也对脊柱关节起稳定和保护作用。
通过解剖学的研究我们了解到：在相邻腰椎板之间存在黄韧带，黄韧带的构成中弹性纤维约占60%―70%，韧带产生的预张力对腰椎间盘形成预应力，有助于保护腰椎及脊柱的稳定性，同时还能防止韧带本身在腰椎后伸时发生弯折。人在20岁之前黄韧带的预张力约为18N，而70岁的老年人黄韧带的预张力仅为5N左右。由此看来，20岁前黄韧带具有较高的弹性机制，腰部柔韧性较好，能承受大活动范围的腰部动作，伴随着年龄的增长，黄韧带的弹性机制逐渐下降，腰部的剧烈运动就容易使腰部产生韧带拉伤。黄韧带的生理范围为5%―50%，超过50%以后，刚性就迅速增加，在被拉长至70%时即会发生损伤。
2.腰椎的基本生物力学分析
腰椎位于人体的中部，是脊柱运动的枢纽，其中椎间盘最厚，占椎体高度的1/2。腰椎活动幅度大，当弯腰即腰椎屈曲时，椎间盘前窄后宽，使腰椎的生理弯曲由前凸变平或稍微后凸。腰椎伸时，则使腰椎生理弯曲度加大，腰椎的屈伸是以第一骶椎为支点的多关节活动。上体前屈时，纤维环前部膨出，而后部伸直。上体后伸时，后纤维环松弛后凸，后凸的纤维环使椎管前后径缩小，导致神经根或马尾神经受压。另外，腰骶椎间盘不论脊柱呈何种屈伸角度，其载荷形式几乎均为压缩应力，且应力大小与体重、脊柱前屈的角度有关。由于椎间盘在两相邻脊椎骨之间，前后部均受韧带保护，尤其前部纤维较厚，并受腹腔内压力的支持，当压缩应力足够大或做长时间静力性动作时，会导致韧带和纤维疲劳。此时，髓核向后突出比向前突出的可能性大得多，当压缩应力非常大时，就会直接损伤椎骨。
二、俯背运动对腰部损伤的影响
多年来，无论在运动训练或体育教学以及大众健身运动中，俯背运动被大多数人所接受，在运动员的训练过程中运用更为广泛。多数研究人员只考虑到它可以增加腰背部及大腿后部肌肉和韧带的柔韧性，但很少有人研究它是否对人体有不利的影响。毕竟每件事物的存在都是有利也有弊的，所以俯背运动的负面影响也是不容忽视的。
我们完成某个动作，都是靠关节、韧带及肌肉的拮抗作用来完成的。脊柱的运动也是靠腰椎关节、关节间韧带以及脊旁肌肉群发动的。如上体屈曲时，先从腹直肌及腰大肌开始，然后以上体重量为负荷使屈曲进一步发展，此时竖脊肌起控制作用，但弯曲程度继续加大至完全屈曲后，竖脊肌失去功效，仅靠脊后方韧带维持以防止关节内部受伤。从屈曲位到伸直位时，竖脊肌逐渐拉脊柱伸直，到越过中轴至继续伸直时腹肌又起控制作用。
对于腰部损伤来说，腰椎的位置结构及其运动形式对损伤都存在极大的影响。腰椎的病变是极其常见的，也可能导致多种疾病的发生。这与腰椎的活动范围有着密切的关系。下表是综合他人及自己研究所得的结果，主要表现了腰椎的生理活动范围。
由表格中可以看出，腰椎各关节段的屈伸活动范围由上到下逐渐增大，而侧弯范围除腰骶关节偏小外其余部分大致相等，轴向旋转则以腰骶关节为最大，但仍明显小于屈伸和侧弯的幅度。这主要与关节面的方向相关。虽然单个腰椎关节活动范围不大，但是五个关节叠加起来，其活动的范围却很大，而且能够支持人体的各种腰骶及动作。但腰椎活动的范围也有一定的局限，如果运动时腰椎活动范围超过了极限程度，则会导致腰椎的损伤。
通过表中数据表明，腰椎前屈的生理范围应不超过50度。大多数人都有可能在运动中使腰椎屈曲范围接近甚至超过正常生理范围，偶尔的运动虽不能造成损伤，但长期积累就会导致疲劳，从而对腰椎引起损伤。因为肌肉韧带都是粘弹性组织，在其经常被拉长时，尤其是过度拉长时就会产生肌肉松弛，此时腰部的肌肉和韧带起了稳定和保护脊椎的作用，而大量的做俯背运动、过长时间的积累，腰部肌肉就会疲劳，韧带也会产生松弛，使其稳定和保护的作用减弱。因此，脊柱是更容易因大幅度运动而超出其生理活动范围造成损伤。实验证明，俯背运动对腰椎存在一定的损伤，多做则会积累导致腰部慢性损伤，损伤的主要病变是椎骨变形以及腰椎间盘脱出、突出等而压迫神经造成不良后果。
三、结论和建议
本文主要阐述了长期俯背运动对腰椎及腰背部肌肉和韧带弹性存在的不良影响。长期积累还会导致肌肉疲劳、韧带松弛而影响脊柱的稳定性，从而使腰椎发生损伤。
随着体育运动的发展，竞技体育日趋激烈，运动训练强调大运动量，腰椎负荷必然随之加大，损伤问题就越发突出了。据此我从生物力学角度提出两方面的措施：一是预防，要使教练员和运动员充分掌握腰椎及腰背部肌肉韧带的生物力学知识，并用以指导实践，减少导致损伤的危险动作的出现。如举重项目中要尽量避免远离身体的提铃动作，体操运动中要缩短静力性动作的持续时间。二是及时治疗，运动生物力学研究成果可为临床提供医疗依据，学习和掌握腰椎损伤的生物力学因素及机制将进一步推动腰椎疾病的治疗。另外在日常生活中，也要尽量避免远离身体的脊柱充分前屈的提物动作，从而减少由于肌肉韧带及纤维疲劳引起的椎间盘髓核突出症的发生，避免因过度疲劳而引起的腰部疾患。
参考文献：
［1］ 尚桂红.腰椎运动损伤的生物力学分析.山东师大学报，1995.
［2］ 岳寿伟.腰椎生物力学.中国疗养学,1997.
［3］ 张智勇.腰椎损伤的生物力学原理分析.长春大学学报，1999.
运动生物力学的运用范文6
关键词：形意拳 崩拳 运动学 转动力学
中图分类号：G85
文献标识码：A
文章编号：1004-5643（2013）01-0043-03
前言
形意拳是我国优秀的拳种之一，与太极拳、八卦掌统称为内家拳。此拳讲究“象其形，取其意”，要求“心意诚于中，肢体形于外”内意与外形高度统一。该拳法特点讲究贴身靠打，快进直取，崇尚进攻。它朴实无华，动作简单，毫无半点花架虚招，一切从实战出发，全都是实用的技击技巧。其中五行拳是形意拳最基本的五个拳法，它包括劈、崩、钻、炮、横。而崩拳便是技击性强大的五行拳中最朴实简单的拳法之一。一代宗师郭云深便曾有“半步崩拳打遍天下”的美誉。现在从运动生物力学的运动学与转动力学两方面对进步崩拳动作进行分析，深层揭示该拳法内在的特点与规律。
1 崩拳的运动特点
崩拳是左右拳轮番向前直打的练习方法。出拳时，既要求有速度，有力量，又要求保持周身完整，与步法进退起落整齐合拍。步法则完全左脚直向前进，右脚尽力后蹬，再向前紧跟步的单一形式，落脚后重心仍在右脚。身法要求屈膝蹲身，高矮一致。
（1）预备式三体式。（见图1）
（2）进步右崩拳为例
第一步 由三体式开始，身体方向不变，两手变拳握紧，左拳拳眼向上，肘部微屈，右拳拳心翻转向上，右肘紧靠右腰部，前臂贴于腹部右侧，眼看左拳。（见图2）
第二步 左脚尽力向前迈一步，右脚随即向前跟半步，重心仍坐于右腿。在进步的同时，右拳顺着左臂方向直向前旋转打出，拳眼向上，左拳收回停于腰部左侧、拳心向上，目视右拳。（见图3，图4）
2 生物力学的运动学分析
在分析整个动作之前先建立两个参照系：静参照系O和动参照系Q和一个运动点f（右拳头），（见图4）。
（1）当运动员由图2动作到图3动作的过程中，动参照系Q相对于静参照系0产生运动，该运动称为牵引运动，此时对应的速度为牵引速度v1表示。
（2）当运动员由图3动作到图4动作的过程中，动点f相对于动参考系Q产生了运动，该运动称为相对运动，此时对应的速度为相对速度v2表示。
（3）当运动员由图2动作到图四动作的过程中，动点f相对于静参考系O产生了运动，该运动称为绝对运动，此时对应的速度为绝对速度v3表示。
综上所述，动点的绝对速度等于牵引速度与相对速度的矢量和，即v3=v1+v2。由此可见进步崩拳的上步动作（完全左脚直向前进，右脚尽力后蹬，再向前跟步的单一形式）再结合转腰、送髋、探肩、冲拳等一系列的动作，大大加快了出拳的速度。
若运动员单独原地出拳我们会发现：其牵引速度为零，即绝对速度等于相对速度，这样便大大减小了运动员出拳的速度。而且在形意拳中师父们特别注重牵引速度的练习（前脚竭力向前迈步，后腿尽力后蹬做动作的练习），在练习该拳前，首先便是该步法的练习，讲究迈步如行犁，落脚如生根，要求下盘灵活且稳定。这样在进攻中有助于快速出拳冲击对手，在防守中迅速撤回保护自己。
3 生物力学的转动力学分析
3.1腰部的转动力学分析
（1）形意拳的崩拳出拳前要求：右肘紧靠右腰部，前臂贴于腹部右侧；出拳时要求：从人体胸前（膻中穴附近）旋转出拳。即，拳谱中所说的：手护胸，肘摩肋，拳从口出。（见图5）
（2）更为重要的一点是崩拳在出拳过程中要求腰髋迅速的转动，从图三与图四的比较中可以换看出：运动员的重心点Q点并没有多大变化但以竖坐标为轴腰髋扭转却很明显。为了便于分析我们将人体颈部以下和腿部以上的躯体视为一个圆柱体。如图5所示（此时可视双臂紧贴身体）
设该圆柱体质量为M，半径为R，高为h，密度为p。
因为理论上对于质量为m的质点，如果它离转轴的垂直距离为r，
那么这个质点对该转轴的转动惯量为I=mr2
所以圆柱体的转动惯量
若运动员的双臂不紧贴身体，即与身体有一定的距离时。由上面的公式可以粗略的推断出：圆柱的半径将增大。此时的圆柱体的转动惯量用I2表示，则I1
3.2前臂的转动力学分析
形意拳的崩拳在出拳过程要求右臂旋转而出，这样做的作用主要有两点：
其一，右手臂旋转而出其定向作用较强。这样有可能冲破对手的阻挡直接攻击到对方。这如同于有复线装置的枪管射出去的高速旋转的子弹，其稳定性和射程都要远于没有复线装置的枪管射出的翻滚的子弹。其实在此过程左臂也有旋转收回的动作，起作用也是增强定向性，两臂反向旋转，前后对拔抻拉，有利于身体的协调与稳定。
其二，手臂旋转而出有利于增加拳向前的冲力。由运动解剖学知识可以知道：直接出拳时只调动了三角肌、冈上肌、冈下肌、小圆肌等肩带肌群和上臂肌群，对于前臂肌群调用的很少；而当手臂随着拳头旋转而出时，更多的调用了肩带肌群、上臂肌群、前臂肌群和手肌肌群。
这样更多的肌肉参与了活动，它们协同作用，曾进了兴奋性，便于收缩与紧张，进而力量增大，冲拳的力量更足、更猛。
4 从人体结构的力学特征对进步崩拳进行分析
人体四肢由近端关节至远端关节，各关节所配置的肌肉的强弱，即肌肉的生理横断面逐渐减小。在生物力学中把关节处所配置的肌肉生理横断面大的称大关节，反之称小关节。这与人体活动时各关节所遇到的阻力矩由近端至远端依次减小的情况是完全一致的。
关节活动顺序的原理告诉我们：“运动中当需要克服大阻力或需要表现出较高的动作速度时，肢体各关节的肌肉虽然都同时用力，但其中大关节总是首先产生活动，并依据关节的大小表现出一定的先后顺序。因此依据关节大小表现出大关节首先发力以克服物体（或环节或肢体）的惰性，便于物体（或环节或肢体）的启动；中等关节次发力，便于物体（或环节或肢体）进一步加速；小关节最后发力，便于控制物体（或环节或肢体）的运动方向和运动幅度。”
形意拳的进步崩拳便充分运用了上述运动的原理：在出拳前，左脚尽力向前迈一步，右脚随即向前跟半步，即首先调动臀大肌、股二头肌、半健肌、半膜肌等大肌肉的活动；再次旋转腰髋，并有向前送肩的动作，该动作整体调用了腹外斜肌、下后锯肌、背阔肌、前锯肌、肩胛肌等相对较大肌肉群的活动；最后，在以上基础之上手臂前冲，拳头旋转而出，该动作调用了三角肌、股二头肌、股三头肌即前臂与手部的横截面积较小的肌肉群。由此可见，进步崩拳动作严格遵循这一规律。否则必然造成动作结构错误、动作幅度、速度、力度受限、身体稳度降低等负面结果，进而影响整体力量的发放，减小崩拳的杀伤力。
以上的原理正如同形意拳诀中所讲的外三合原理一样，在此基础上在着重思想意识的练习，精神的高度集中，加之呼吸的配合，即拳诀中所说的内三合，这便是武术中经常提到的内劲或内劲练习方法。
整体而言，形意拳要求动作协调，肌肉发力顺序连贯，心态平和，意识集中。在练习与实战中，这样的一拳击打出去，其威力不言而喻。武林中所谓的一招制敌与一击必杀之技并非是危言耸听，也不是神秘的传奇，是真实的存在。
5 结论
中华武术中的整劲并不像电视、电影、小说或部分文章上所说的那样神之又神，玄之又玄的东西。它是完全可以用现代科学所证实并解释清楚的。另外值得注意的是，形意拳之崩拳仅是形意拳众多拳法中最为简洁实用的一拳，另外还有劈、钻、炮、横基本四拳。它们都可以直接或间接用上述有关的运动生物学方面的知识加以解释；其实不仅是形意拳，中华武术中几乎所有拳法，它们虽形式万千、练法各异，但都不会脱离内外三合的原理。它们都可以用运动生物力学、生物化学、生理与心理学等方面的知识进行合理的科学化的解释。借助这些学科我们可以更好地了解武术运动对人体结构机能的影响机制，揭示强身健体、防身养生和观赏自娱的客观价值，阐释武术运动对人体锻炼的独特作用，为武术提供科学理论依据。
