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运动生物力学分析范文1
中图分类号：G832 文献标识码：A
0前言
体操是我国传统优势运动项目，举国体制使得竞技体操得到快速发展。从历次奥运会中国获得奖牌来看，竞技体操获得的奖牌所占总奖牌的比重在四分之一波动。然而荣耀的背后有鲜为人知的痛苦，由于体操项目具有难、新、力、美、稳的特征，运动损伤现象日趋严重，导致现在运动员过早退役，使运动员的运动生涯提前结束。训练的非科学性造成我国体操运动员严重的运动损伤，影响其进入优秀体操运动员的行列，这不仅给国家带来极大的人才浪费，而且影响我国竞技体操整体水平的提高。因此，分析体操运动过程中容易损伤部位损伤机制，为预防和减少运动损伤、设计专项训练方法等有指导意义。
1运动损伤
1.1运动损伤的概况
运动损伤可分为两类，即慢性劳损性伤和急性一次致伤。前者主要是训练过度、教学组织不当的结果。此类损伤主要有手腕、踝关节的各种慢性创伤性腱鞘炎等；后者最常见的是落地或失手时姿势失常而致伤，此类损伤主要有骨折、摔伤等。研究表明，慢性损伤多于急性损伤。
体操是指练习者在地面上、持轻器械或在器械上，完成依据人体生理、解剖特征及人体运动生物力学原理设计的各种不同难度动作，在空间上展示身体技艺，表现力量、健康、美丽、智慧的一种实践活动。J.E.Taunton提到由于竞技体操竞争较激烈，过去十年竞技体操的队伍不断壮大，由于青少年的骨骼发育不完全，没有针对性的科学的训练方法，足踝、腕骨关节、腰等极易受到损伤。
1.2运动损伤导致运动员过早退役
随着竞技体操动作难度的不断发展和竞争越来越激烈，运动损伤已成为我国体操运动员退役的主要原因。何晓敏以国家队和专业队现役和退役的运动员为研究对象，指出历届奥运女子体操冠军的最佳年龄平均为21岁左右，甚至还有高龄而我国运动员在18岁以前就退役了，潜力还未得到完全发挥，主要原因就是运动性损伤。
2易受伤部位损伤机制
2.1腕部骨关节损伤部位机制分析
体操运动员腕部骨、关节的变异和损伤较常见，学者调查了50名体操运动员，X线征象分析发现体操长期训练导致的损伤主要表现在桡骨远端骨骺骨折、尺骨茎突骨折和舟骨骨折。被调查对象均处于青春期或青春前期，他们的骨骺较周围纤维软骨脆弱，致使其可塑性较强容易损伤。支撑动作对舟、月骨、桡骨远端骨骺关节面施加力量不平衡，则可以形成扭错应力，当这个应力超过了骨骺所能承受的最大限度，骨骺就会破裂。
肌腱是一种索条状没有弹力的组织，当肌肉收缩时肌腱紧张并拉成直线。人体的活动是依靠肌肉的收缩与肌腱的牵引实现的。因此，当肌腱绕过关节或骨骼的隆起部位时，为避免紧张的肌腱滑脱深筋膜就在这些部位增厚成环状或宽平的支持带将肌腱固定，如手腕部位的腕背侧韧带等。
2.2腰部受力特点及损伤的力学分析
腰椎是脊柱的主要承载部分，也是运动损伤的多发部位。所以对于力量型的运动员来说，腰椎的损伤往往意味着运动生涯的结束即过早的退役。采用生物力学的方法研究腰椎运动的力学性质，了解其承载的机制，不仅可以掌握科学的发力动作，充分发挥运动潜能，还可以避免损伤并延长运动寿命。外国学者指出自由体操中空翻、下桥等甩腰动作的多次反复练习，长期的疲劳导致腰椎损伤，腰部是运动链中的核心部位，核心部位的损伤直接影响动作技术的提高。
3损伤的康复和预防
任何运动都要遵循人体生物学、解剖学和力学上的规律，利用所学知识指导训练预防和避免一些损伤，还可以有助提高训练的效果。训练负荷不宜太大，合理安排运动量是防止运动损伤高发生率的有效措施。加强核心力量训练。竞技体操中，身体始终处于非平衡状态的位移之中，核心部位是人体动力链的中间环节，如果核心力量弱则身体的平衡能力、稳定性则弱。体操运动员落地时通过两脚踝、膝、髋关节等合理弯曲来减缓压力负荷对人体的伤害并控制平衡。所以，体操运动员经常要控腰来维持平衡，通过腰部核心部位肌肉力量的整体协调用力保证落地稳定性避免损伤。
4小结
体操运动员运动损伤一般为疲劳积累成的慢性劳损。关于我国体操运动损伤的研究越来越广泛，运动损伤的年轻化趋势令人担忧。运动损伤的预防就显得尤为重要，结合运动生物力学更科学地组织训练，加强核心力量训练，有效地提高运动技术并预防运动损伤的发生。预防运动性损伤的一套科学理论体系以及国家相关部门对国家运动员因伤退役的安抚措施有待健全和完善。
参考文献
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运动生物力学分析范文2
关键词：优秀跆拳道运动员；远距离进攻型后横踢；踢击速度
中图分类号：G804.66文献标识码：A文章编 号：1007-3612(2011)04-0064-04
Biomechanics Research on the Offensive Back Turning Kickin Long Distance of Elite Tae Kwon Do Players
HAO Ying1，DUAN Haijun1，JI Zhongqiu2
(1.College of Physical Education，Northwest Normal University ，Lanzhou 730070，Gansu China; 2.College of Sports and Physical Educati on，Beijing Normal University，Beijing 100875，China)
Abstract: The offensive back turning kick in long distance is the one of main weak links o f elite Tae Kwon Do players.By using the sport biomechanics research to gatherthe data of this technology of elite Tae Kwon Do players，and with parametric an alysis，the result shows: the strength shortage of lower limb influence the star t speed.The sequence error of swing leg at the starting phase affects the starttime interval and the pulling distance between the feet when launching; the gra vity acceleration comes lower in the restoration period which causes the longertime of the restoration period.In order to improve the player’s technique cont inuously，the research provides the theoretical reference for the sport’s devel opment.
Key words: outstanding Tae Kwon Do players; offensive back turning kickthrough long distance; velocity of attack
在跆拳道的众多腿法技术中，横踢技术以动作简洁迅速、击打效果好等特点成为最常用 、最有实用价值的技法［1］。由于比赛中的或然性，根据时机、战术组合的不同需 要，运动 员往往采用有别于标准后横踢的技术动作［2］，远距离进攻型后横踢技术就是其中 的一种， 它是指从距离较远的位置主动发起的后横踢［3］。动作形式与后横踢［4］基 本相同，但因其进 攻距离长，导致支撑脚向攻击方向有较大的位移［5］。作为后横踢在竞技中的变形 动作，远 距离进攻性后横踢常与步法相结合使用，如踮步、跳换步、前进步等［6］，它也可 以是直接从原地发起的远距离进攻。
我国开展跆拳道运动的时间相对较短，整体实力水平发展不均衡，未形成夺金的群体优 势［7］。造成落后的原因是多方面的，腿法技术运用的熟练和优劣程度是衡量一个 运动员技 能水平的主要指标［8］。目前，国内缺乏对高水平运动员腿法技术的深入研究，这 将严重制 约我国跆拳道训练的发展水平［9］。因此，有必要将更加接近实战的技术动作进行 科学、系统的分析，为我国跆拳道科学化训练提供理论支持。
1 实验对象与方法
1.1 实验对象
研究对象为14名队跆拳道运动员，其 中9名为健将级运动员，5名国家一级运动员。
1.2 研究方法
1.2.1 三维标定使用一个包括25个标记点的PEAK三维框架，型号为003-C，对拍摄空间进行三维标定。 误差分析使用运动员样本量为：n=5，测量次数为2次，运动员实际身高和解析软件APAS SYS TEM 2003解析后身高标准差平均为0.014，能满足本次研究的要求。
1.2.2 现场拍摄采用日本产JVC GR-DVL9800SH高速数码摄相机对跆拳道运动员在实验控制条件下三维同步定 点拍摄，拍摄时，一部摄像机的主光轴与运动的主平面垂直，摄像机高度为1.24 m，拍摄 距离为12 m，拍摄速度为100 帧/s。
拍摄时，要求运动员站左架，以右腿为摆动腿，尽可能远的调整自己与目标物之间的距 离，以最大能力踢击目标。要求运动员踢击与自己肋部高度相同的靶位。为了保证运动技术 的稳定性，对每一位研究对象的6次三种远距离进攻型后横踢技术动作进行拍摄，征求教练员意见，选取质量较高的2次动作进行解析。
1.2.3 影像解析对运动技术录像采用美国APAS SYSTEM 2003软件分析。根据扎齐奥尔斯基人体模型［10 ］ ，构造人体16个主要的模型参数，对整个动作进行解析。对数据采用DLT法处理，用数据滤 波法进行平滑，截断频率为6，并输出相关数据参数。将动作参数与动作结构原理相结合进 行分析研究。
2 结果与分析
在保证动作完整性的前提下，根据横踢技术动作的任务与性质，将远距离进攻型后横踢 划分为步伐阶段、启动阶段、提膝阶段［11］、踢击阶段［12］和还原阶段［13］，并将步伐以外 的阶段统称为击打阶段。实验涉及的三种远距离进攻型后横踢动作，具有相同的技术特点， 击打阶段前的踮步、跳换步都是由于场上战术安排或双方对峙时变化的需要进行的步伐调整 。三种动作有无步伐或步伐实施的方法影响到击打阶段初速度的获得，从而对完成动作的速 度产生影响，但并不会影响击打阶段的技术构成。
2.1 远距离进攻型后横踢技术的时间特征分析竞技跆拳道中，完成动作的速度是影响技术效果的重要因素。时间是反映完成动作快慢的最 直接的运动学参数，对不同性别研究对象的三种动作各阶段时间进行独立样本T检验， 结果显示各阶段时间在男女运动员之间并没有显著性差异。
图1 击打阶段中各阶段时间分布图
对击打阶段的时间特征分析，观察到启动阶段、提膝阶段、踢击阶段和还原阶段分别占 整个击打阶段的22.13%、18.04%、16.21%、43.62%。通过相关分析，启动阶段、提膝阶 段和 还原阶段用时与击打阶段用时存在显著相关关系，说明这三个阶段是影响整体技术的关键阶 段。其中，还原阶段耗时最多，占总体时间的43.39%，平均在0.316 s，表明运动员消耗 了近 一半时间还原，明显表现出运动员还原能力的不足。踢击时间占总时间的比例相比其它几个 阶段最短，表现出积极的踢击，有利于时机的把握和提高击响效果。而启动阶段时间占总时 间的22.13%，耗时长，明显大于提膝和踢击阶段，是研究中反映出的突出问题。从动作结 构 上看，启动阶段的动作幅度小于提膝和踢击阶段，消耗时间也应较短。动作时程分布的不均 衡表明运动员在动作节奏上存在问题，进而会影响整体动作的发力效果。
下面将对影响整体技术的关键阶段，即启动阶段、提膝阶段和还原阶段，逐一进行分析 ，分阶段探讨造成运动员产生技术问题的主要原因。
2.2 启动阶段技术的分析启动阶段是由警戒式开始至摆动腿脚尖离地瞬间止。从动作构成来看，启动阶段髋关节 屈肌为主动发力肌群，踝关节跖屈使得摆动腿蹬离地面，因此，启动阶段髋关节和踝关节发 力技术是影响启动时间的关键因素。
2.2.1 影响启动阶段髋部技术的关键技术因素分析
图2 启动时髋关节角速度的数据分布图
通过相关因素分析，启动时刻髋关节角速度与启动时间呈显著性负相关关系（P＜0.00 1 ）。髋部角速度是描述大腿与躯干之间夹角变化快慢的物理量，进一步对启动时刻髋关节角 速度数值进行频数分析得到图2，启动时刻髋关节角速度的数值中位线位于下1/2处，即数值 分布半数以上小于平均值，表明大多数运动员启动时刻髋关节角速度较小，并且最大值与最 小值相差较大，说明运动员在此项参数上表现出较大差异，因此，启动时刻髋关节角速度普 遍较慢是影响启动时间较长的关键技术原因。
通过相关分析，启动时刻髋关节速度与启动阶段髋膝发力延迟时间、启动阶段踝关节加 速度最大值出现时刻依次存在显著相关关系。
研究过程中，用髋膝发力延迟时间来表示髋关节和膝关节发力时的先后关系。启动阶段 髋膝发力延迟时间平均为负值，表明从膝关节开始发力到髋关节开始发力的时间极短，甚至 膝关节的发力落后于髋关节，说明运动员启动阶段摆动腿的用力并非由下而上依次进行，而 是存在力量传递的脱节或是用力顺序的错乱。启动阶段踝关节加速度最大值出现时刻均接近 摆动腿脚尖离地瞬间，说明启动阶段踝关节发力时间较晚。虽然启动阶段膝踝发力延迟时间 与此阶段髋关节角速度无显著性相关关系，但是，启动阶段膝踝发力延迟时间为(-0.012± 0.047)s，表明启动阶段膝关节发力早于踝关节，这是摆动腿发力顺序混乱的又一表现。
2.2.2 影响启动阶段踝关节技术的关键技术因素分析通过对启动时刻踝关节角速度的数据进行频数分析后发现，大部分运动员启动时刻踝关 节角速度小于平均水平，因此，启动时刻踝关节角速度普遍偏小是造成启动时间长的主要技 术原因。
进一步研究影响启动时刻踝关节角速度普遍偏小的技术原因后发现，没有参数与它有显 著相关关系，说明启动时刻踝关节角速度普遍偏小是一个原发性技术问题，主要是由运动员 对启动时踝关节发力技术的理解不到位，掌握技术有偏差，造成了错误的技术习惯引起的。2.3 提膝阶段技术的分析提膝阶段是从摆动腿离地瞬间开始，至膝关节屈曲角度变化到最小值。提膝阶段主要完 成了摆动腿大小腿的折叠和支撑腿的拉动，因此，提膝末膝关节的角度和支撑腿向前拉动的 距离是衡量提膝阶段技术优劣的决定性因素。
2.3.1 影响提膝阶段末提膝角度的关键技术因素分析理论上，膝关节绕冠状轴的运动幅度可达135°～140°［14］，即大小腿折叠后夹角 可达4 0°～ 45°。提膝阶段末期膝关节角度平均在94.327°，普遍表现出没有充分的屈膝，即 便 是屈膝最充分的运动员在提膝末期膝关节的角度64.690°也比理论值大。而屈膝最不充分 的 运动员此时膝角达到120.230°，运动员基本没有主动屈膝的表现。这样，严重影响了摆动 腿以髋关节为圆心的转动速度，造成提膝阶段时程延长。因此，屈膝不充分是造成提膝阶段 时程过长的关键因素。进一步分析表明，提膝末期运动员屈膝不充分属于原发性技术问题。2.3.2 影响提膝末支撑脚拉动距离的关键技术因素分析远距离进攻型后横踢制胜的关键之一在于是否在控制与对手的距离时，成功实施远距离 的攻击，击打远度体现了运动员的进攻能力［7］。击打远度是指运动员从启动瞬间 到击中目 标之间的距离，可以分为支撑脚向前拉动的距离，加上击中目标瞬间支撑脚和目标在水平面 投影点之间距离。击中目标瞬间，支撑脚和目标在水平面投影点之间的距离，是由两腿之间 夹角控制的，可以通过柔韧训练得以改善，但会导致平衡的丧失。而支撑脚拉动距离与击打 距离显著相关（P＜0.001），并且支撑脚向前拉动的远近充分显示了运动员的下肢爆 发力，可以通过长期的训练得到充分的改善。
研究显示，男子支撑脚拉动距离平均为0.402 m，女子为0.237 m，男子运动员向前拉动的 距离大于女子选手，与个别学者［5］的相关研究相悖。支撑脚拉动距离占击打距离 的比重为 男子22.58%、女子15.38%，实际贡献率很低。进一步研究支撑脚拉动距离的实验数值后， 得 出性别对此参数无影响。通过分析支撑脚拉动距离的数值分布，发现多数运动员支撑脚拉动 距离较短。最小值0.097 m与最大值0.593 m相差近0.5 m之多，说明实验对象在此能力上 存 在差距，而此能力可以通过专项训练得到提高。因此，支撑脚拉动距离普遍较短是提膝阶段 技术不合理的另一个表现，应得到重视。
启动时重心到两脚的位置与支撑脚拉动距离呈显著性负相关关系，说明进攻的有效性应与启 动时身体姿势的合理性相一致。重心到两脚的位置是由重心在水平面的投影点到左脚的距离 与重心的投影点到右脚距离的比值求得的，用氡硎荆弘=X重心-X左/X右-X 重心。
标准的预备姿势要求重心在两脚间前1/3处，即氪笾挛 0.5，实验测得的数据表明运 动 员在启动时肫骄 0.790，大于理论的合理值，说明研究对象在启动时重心普遍前压性不 够，在启动时容易造成重心的前后起伏，从而影响了启动效果，而启动时重心到两脚的位置 关系值越大，支撑脚拉动距离会越小。进一步对启动时重心到两脚的位置进行数值分布研究 ，发现多数朐 0.5～1.0之间，靠近理论值，因此，启动时重心到两脚的位置对支撑脚拉 动距离有一定影响，但不是造成支撑脚拉动距离较短的主要技术原因。
重心速度体现了躯体的整体速度，受多方因素的影响。启动时刻重心速度的数值分布图 显示半数以上数值大于平均值1.284 m/s，表明研究对象启动时刻重心速度的数值整体较 大，说明启动时刻重心速度是影响支撑脚拉动距离的直接原因，但不是造成支撑脚拉动距离 较短的主要技术原因。
2.4 还原阶段技术的分析还原阶段是从踢击到脚靶，至摆动腿落地瞬间。它是对方最容易反击的一个环节，还原 过程中，重心下落，进攻腿回收，人体处于单脚支撑的极不稳定平衡状态，还原的速度和程 度是决定防守反击的最重要一环。还原的速度和还原后的身体姿势是评价还原能力的两个重 要方面。
2.4.1 影响还原速度的技术因素分析提高还原阶段的速度，需提高摆动腿收腿的相对速度，以及还原时身体的牵连速度，众 多学者认为摆动腿踝关节在还原阶段的速度峰值小于在踢击阶段的速度峰值，是导致“收比 打慢”的关键原因，即缩短还原时间应该以提高肢体的相对速度为主，提高身体的牵连速度 为辅。然而，本研究结果表明，虽然三种动作摆动腿脚尖最大速度出现的时刻均在击中目标 之前的踢击阶段，没有出现在还原阶段，而且摆动腿脚尖最大速度也远远不如世界优秀选手 (17.62±1.21)m/s的水平［15］，充分说明运动员踢击的绝对速度较低，还原不够 积极，但 是，通过相关性分析发现，摆动腿脚尖最大速度出现的时刻与还原时间无显著相关关系，而 重心加速度最大值与还原时间有显著性相关关系（P
进一步分析重心加速度最大值，观察到数据最大值0.660 m/s和最小值6.500 m/s间差距较 大，多数运动员重心加速度最大值小于平均水平0.212 m/s，这说明还原阶段运动员重心普 遍加速度水平较低，这是导致研究对象还原阶段时间过长的主要直接原因。
通过相关分析，根据技术动作的先后顺序，把影响重心加速度最大值的技术参数关系用 下图表示，箭头方向表示相互影响的因果关系。
图3 影响还原阶段重心加速度最大值的技术参数关系
根据技术动作的先后顺序，对还原阶段之前的各阶段关键技术参数进行相关分析可知， 启动阶段和提膝阶段技术逐级影响提膝末期和击中目标时刻的重心速度，最终影响重心加速 度最大值，可见，重心加速不够是一个继发性技术问题。根据之前对启动阶段和提膝阶段的 技术分析，启动时髋部技术问题，以及提膝阶段屈膝不充分是最终影响重心加速度最大值较 小的根本原因。
击中目标时刻踢击方向和水平方向的夹角表明摆动脚在与目标发生碰撞时的情况。踢击 方向与水平面夹角为0°时，摆动脚与目标发生正向碰撞，能够获得最好的击响效果。本研 究中，踢击方向和水平方向的夹角平均为20.273°，变化范围在0.746°～30.948°之间 。从 踢击方向和水平方向的夹角实验数值的分布来看，大多数运动员踢击方向和水平方向的夹角 在20°左右，表明几乎所有运动员在击打目标瞬间摆动脚脚背与目标物没有正向碰撞，并且 为原发性技术问题。
2.4.2 影响摆动腿落地时重心到两脚位置的技术因素分析摆动腿落地时重心到两脚的位置体现了踢击后还原的程度。落地时，如果重心在水平面 的投影点在两脚之间，人体基本处于有限度的稳定平衡状态，此时，运动员右站式站立，形 成与启动前相反的准备姿势，容易控制重心，有利于攻防衔接。
本次研究结果显示，男、女运动员摆动腿落地时重心基本处于两脚之间，但过于接近左 脚的位置，也就是说，运动员摆动腿落地瞬间重心并没有迅速向前，以控制整体的平 衡，而是较为滞后，并且为原发性技术问题。
3 结 论
1)启动阶段、提膝阶段和还原阶段是影响整体技术的关键阶段。
2)摆动腿蹬地时发力顺序错误，髋部力量的不足，以及启动时踝关节的主动发力不足 是启动阶段用时过长的主要技术原因。
3)提膝阶段末期屈膝不足是影响提膝阶段时程过长的原发性技术因素，启动时髋部错误的 发力顺序影响了启动时程，以及提膝阶段支撑脚拉动的距离，启动时身体姿态对支撑脚拉动 距离也有一定影响。
4)还原阶段运动员重心普遍加速度水平较低，是导致研究对象还原阶段时间过长的主要直 接原因，它受到提膝阶段屈膝不充分、启动时髋部技术，以及踢击方向的影响。摆动腿落地 时重心还原不充分属于原发性技术问题。
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运动生物力学分析范文3
摘 要 运动生物力学的测试方法在竞技体育研究领域主要应用于技术研究以及发力原理分析等方面，对于拳击项目相关研究进行梳理，有助于辨析测试方法的应用范围，对今后的相关研究开展起到有意义的参考作用。
关键词 生物力学 方法 拳击
生物力学研究，尤其是运动学、动力学、表面肌电等实验技术逐步应用于拳击科学研究中。运动学方法应用在技术改进和规范程度判断等方面，起到很好的辅导作用。动力学研究对对抗性项目对抗时，力的大小、方向的变化及力作用的效果等进行定量分析，揭示发力原理及规律。表面肌电研究应用于判断动作过程中，哪些肌肉参与收缩，收缩过程中肌纤维发力长短、顺序等，这对科学合理化技术动作和确定不同力量训练方法手段的科学性非常有意义。
李凌云[1]采用生物力学的测试仪器、方法，试图寻找运动生物力学的一些原理和方法在武术领域中应用规律，从生物力学的原理应用在武术中的情况。我们可以将这些方法同样应用于其他同场格斗类项目中，为其他同项群项目的生物力学研究提供理论参考和实践指导。
运动学研究和表面肌电技术在拳击生物力学研究中应用较为广泛。郭峰，张日辉[2]探讨拳击运动员后手直拳动作内部神经肌肉系统协同变化，研究认为后手直拳击打，上肢拮抗肌发挥着重要作用。从肌肉激活顺序判断，动作符合鞭打动作原理，建议加强上肢拮抗肌训练。刘海瑞[3]的实验也得出了相似的结果，分析了拳击出拳击打拳速突然减速的成因。二者在突然降速的研究结果是一致的。拮抗肌放电信号较强也能够在一定意义上解释这一现象的出现，但二者结论中应该加强拮抗肌训练值得商榷，拮抗肌与主动肌、协同肌的协调配合时准确、高效完成技术动作的基础，应该从协调性训练的角度分析更为准确。
王新坤[4]运用爱捷运动录像测试分析系统，对参加2004年全国拳击冠军赛决赛的部分冠军前手直拳作进行运动学特征的研究分析。结果显示：运动员打击瞬间拳速在击中目标之前会突然增加，其研究结果前手直拳打击瞬间是加速的，与刘海瑞，郭峰、张日辉等研究后手直拳击打前速度突降结果相反，其原因有待进一步探讨。岳东升、张翠[5]利用高速摄像与测力台（Kistler）同步测试的方法，对拳击运动员直拳技术动作进行测试，该研究是典型的以运动学研究技术路线，对运动员技术改进有一定意义。
有关动力学研究在拳击中较为少见，相关理论研究中，谷晓红[6]从击打过程中的生物力学原理问题、打击力与作用时间、快速移动与稳定性、鞭打技术与多环节协调运动四个方面对拳击运动中的有关生物力学问题进行了探讨，指出了现存的误区及不足。苏彦炬[7]对不同击打技术的下肢发力特征进行了实验研究，对拳击下肢发力原理，影响击打效果的因素等做了宏观分析，对相关理论研究具有指导意义。
等速肌力测试关节力量从侧面反映肌肉力量，但与动作速度不相符合，存在一定的局限。姜传银[8]等运用等速肌力测试的方法，对拳击、跆拳道散打运动员进行比较研究，发现不同项目，不同肌群在速度力量方面的优势环节。从侧面也反映了不同项目因发力环节不同，不同部位的肌肉力量存在着明显的项目特征。等速测试数据较为精确，但限于单关节测试，动作路线，幅度、速度存在差异，对于专项力量测试存在局限性。
从拳击相关生物力学研究综述可见，以往研究对技术运动学分析较多，主要技术为前、后手直拳，分析其原因，直拳的运动学分析可近似理解为直线运动，相对实验控制和分析容易把握。而对表面肌电的研究可以对发力顺序与肌肉贡献率进行探讨，研究结果显示出的鲜明的个体化特征，从中提取共性及规律较难。表面肌电技术应用广泛，尤其是对专项训练手段和方法的检测，具有很大发展空间，二者有效结合可以弥补简单运动学分析带来的误差。等速肌力测试可以从侧面反映关节力量，但与专项发力方式速度不同。以运动学结合动力学研究在力量训练相关生物力学研究中是比较成熟的研究手段，对于拳击速度耐力相关研究应该是今后研究的方向 。
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运动生物力学分析范文4
【关键词】 力学原理；垫球；分析；训练
1前言
20世纪末排球竞赛规则进行了重大修改，特别是每球得分制的实施，比赛时间相对缩短，比赛节奏明显加快，在高度紧张和激烈的对抗之中，运动员无论是身体还是精神从始至终处于高度的紧张状态，对运动员的技术、战术提出了更高的要求。排球比赛是运动员运动技术、战术、体能、心理等全方面的较量，运动员能够成功的发挥自己的实际水平，在比赛中有效的组织进攻，主要在于一传能够很好的处理每一个球，才能够避免失分，并且有效的组织起进攻，而且还能够激励队员的士气。在排球比赛中，垫球是主要用于接发球、接扣球、接拦回球以及防守和处理各种困难球的技术，是组织反攻的基础，争取少失分都具有重要意义。而且在扣球中，接扣球还能由被动为主动，稳定情绪，鼓舞士气，促进排球攻防平衡的重要手段。是每一个排球运动员必须熟练掌握的一项排球基本功。垫球过程中，应当遵循一定的生物力学原理，因为力的作用是相互的，作用力与反作用力必定成对出现，在垫球过程中如果不遵循力学规律，势必会导致将球垫飞或者下网的现象出现，影响自己的士气，甚至直接影响比赛成绩。本文采取了搜集资料和对照实验的方法仅对排球中垫球的基本技术发表自己的一点看法，文章仅供参考。
研究目的：阐述生物力学原理在排球垫球动作中占有很重要的地位，使运动员重视理论与实践相结合，以提高运动成绩。
研究方法：对比实验法 资料分析法
2 在比赛中上臂垫球基本姿势的生物力学分析
2.1比赛中垫大力量球的生物力学分析
在垫球的过程中，首先要做好基本的垫球准备动作，处理各种情况下的来球。根据力学作用力与反作用力的性质：两个物体之间的作用总是相互的，一个物体对另一个物体有力的作用,后一个物体一定同时对前一个物体有力的作用.物体间相互作用的这一对力,通常叫做作用力与反作用力.我们来球对上臂的力叫做作用力,上臂对球的作用力就叫反作用力.作用力和反作用力互为因果关系，没有先后，没有主次。说明来球的力有多大，它受到的反作用力也就有多大，对于力量大的球，只是单单的正面迎击，很容易垫飞出界或者下网，我们应当对来球进行力量、速度以及方向的分析，对大力量来球要适当的对其做一下缓冲，在技术动作上称之为卸力。下面对我校普通学习过排球的8名同学作如下实验：试验组经过处理卸力垫击大力量的球；对照组直接垫击大力量的球，每人垫击80次，得到的结果如（图A-1，2）所示：
对来球直接垫击的80个球：
对来球卸力处理的80个球
试验证明，对卸力处理的80个球的成功率明显的比对直接垫击的80个球的成功率大大的提高了。其原理可以表示为：作用力等于反作用力，但是经过处理后反作用力等于作用力减去缓冲力（缓冲力为正值）。这说明：无论在比赛过程中，还是在训练过程中，其技术动作都能够遵循某一力学规律，巧妙的运用力学原理处理技术上的问题，本身就是一个提高，将力学原理运用到实践中，就是技术的提高，而所谓的“球感”也可以说是运动员本人能够下意识的利用力学原理来处理实践中的问题了，这样就能更有效的控制球，将球垫到理想的位置，为进攻奠定良好的基础，也就是掌握了垫球的生物力学原理。
下面对排球垫球的技术动作进行生物力学分析：“在垫重球过程中，由于来球速度快，力量大，触球后球体的自身的反弹力也大。因此不但不能直接迎击来球，还应采取含胸收腹的动作，帮助手臂随球后撤并适当放松肌肉，以缓冲来球力量。同时，用手臂和手腕动作来控制垫球的方向和角度。击球的手型和部位，应根据来球的情况而作变动，当击球点稍高并靠近身体时，仍可用前臂垫球；当击球点底而距身体较远时，就要用曲肘翘腕的动作把球垫在手腕上部。” 垫球过程中的“含胸”、“收腹”、“手臂随球后撤”、等动作都是卸力动作，其目的和作用主要是用来缓冲大力来球的冲力，将球有效的控制住、组织进攻，能够有效的组织防守，是排球防守垫球的重要手段。
2.2比赛中垫中等力量球的生物力学分析
垫击中等力量球“准备姿势、击球点和手型与垫重球的手型基本相同，由于来球的力量稍微减弱，相对球速减慢，手臂迎击球的动作的速度要慢，手臂要放松，主要靠来球本身的反弹力将球垫起，击球时要蹬地、跟腰、提肩压腕、向前抬臂的动作击球的后下部。”通过对技术动作的分析我们可以得到以下结论：同垫击重球的动作以及击球方式来讲，垫击重球的“含胸”、“收腹”、“手臂随球后撤”卸力动作基本没有了，相反加上了“蹬地”、“跟腰”、“提肩压腕”、“向前抬臂”的击球动作，从力学的角度分析，中等力量的来球作用到手臂上的力相对于重球来讲已经减弱，因此垫击中等力量球时不用“卸力”动作基本上就能够垫到位了，甚至有时随着来球力量减弱反而要给来球一定的力量，以便将球顺利垫击到二传手中。其技术用力学表示：垫击球的力等于球的反作用力加上上臂对球的力，技术动作要领中的蹬地、跟腰、提肩压腕、向前抬臂都是给球力量的动作。这也充分证明了垫击球要根据来球力量的性质决定。力量稍大，给球的力量则应当相应减小；来球力量较小，给球的力量应当适当增大。
2.3比赛中垫击轻球的生物力学分析
垫击轻球的动作要领“当球飞到腹前约一臂距离时，两臂夹紧前伸，插入球下，同时配合蹬地、跟腰、提肩、顶肘、压腕、抬臂等全身协调动作迎向来球，身体重心随着击球动作向前上方移动。”同以上两种垫球方式比较，垫击轻球时“蹬地、跟腰、提肩、顶肘、压腕、抬臂”以及“身体重心随着击球动作向前上方移动”都是用力性质的动作，根据生物力学作用力与反作用力的性质分析：由于轻球的力量很小，速度很慢，如果只是靠其反弹力来击球，根据作用力等于反作用力很难将球垫高或者垫到相应的位置，因此要主动击球，给球适当的力量，这样球的出手力量等于球本身的反作用力加上手臂给球的作用力，就加大了球的出手力量，将球垫击到相应的位置。
3 比赛中双臂垫球方向的生物力学分析
在排球比赛中，会出现多种情况，因此在接发球时，除了集中力量加快自己的脚步移动，还要提前判断自己身边的情况，对于身体体侧的球就应当注意自己垫球的技术了，根据反弹力的性质：当力作用到某一物体上，随着力作用的角度不同，其反弹的角度也随之改变。体侧垫球的技术就是利用力的反弹性质来完成对球的有效控制的。所谓体侧垫球就是在体侧用双手击球，左垫球时，先以左脚前脚掌内侧蹬地，左脚向左跨一步，重心移至左脚，保持两膝弯曲，同时两臂向左侧伸出，左臂抬高于右臂，右肩微向下倾斜。击球时，用转体和收腹的动作，配合提肩抬臂在身体左侧稍前的位置接住来球，用两前臂垫击球的下部。右侧垫球动作相反。垫击体侧的球更要掌握好技术动作，以左侧垫球为例，体侧垫球时两臂向左侧伸出，左臂抬高于右臂，右肩微向下倾斜。这个技术动作要求运动员的手臂内侧要对准二传队员，当球作用到手臂时，由于反作用力球会按照一定的路线向固定的方位反弹回去，同时要注意判断来球的力量大小，利用“卸力”、“主动击球”等技术动作将球平稳的传到二传手中。“转体”和“收腹”是为了加大自己对球的有效控制，同时增加了对球的力量控制，而身体重心的移动是为了使自己保持身体平衡，同时为了让自己的脚下灵活，便于移动。
通过对技术动作的分析，充分说明了在垫球过程中，生物力学原理在排球垫球运动中每一个环节都能够运用得到，能够熟练的掌握好生物力学原理，将理论与实践充分的结合起来，在比赛中可能会更好的发挥一传的作用。
4.结语
本文简要论述了在各种情况下垫球时运用的生物力学原理，通过对技术动作的分析，充分说明了在垫球过程中，生物力学原理在排球垫球过程中每一个环节都能够运用得到，能够熟练的掌握好生物力学原理，将理论与实践结合起来，在现在激烈的比赛中更好的发挥一传的作用。从而减少失误，有效的组织进攻，鼓舞队员的士气，激励每一个球员奋发拼搏，提高获胜几率。
参考文献
运动生物力学分析范文5
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：
[1] 陆爱云.运动生物力学[M].人民体育出版社.2008.12：2-4.
[2] 陆爱云.运动生物力学[M].人民体育出版社.2008.12：270.
[3] 刘有志.篮球运动中膝关节损伤的机制、原因和对策[J].职业时空.2010.3.
[4] 陆裕朴.胥少汀，等.实用骨科大全[M].人民军医出版社.1997.3：1082.
[5] 李欣.篮球运动中常见伤病的调查分析与预防[J].2007.5.
[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.
运动生物力学分析范文6
关键词：足底压力分布、踝关节、专项运动
生物力学的研究范围包括整个人体，足部生物力学的研究是其中重要的一部分。由于体育运动中，运动损伤的多发性使其成为众多科研项目的焦点内容。其中，踝关节损伤是所有运动损伤中最常见的运动损伤之一。这类损伤经常发生在篮球、排球和足球等通常需要迅速敏捷地跑动、急停和跳起的项目中。因此，不同专项足踝部的伤病发生机制与防治已成为学术界研究的热点。此外，随着专项运动员和教练员对专项运动鞋的防伤能力和功能表现力的要求越来越高，对不同专项动作中足踝部的生物力学特征研究就显得尤为紧迫和重要。本文在阅读大量相关文献的基础上，应用目前最先进的足底压力分布测试系统，对网球、足球2个专项的6名男子大学生运动员进行了2个特征动作的足部的生物力学分析。试图通过不同项目指标的对比分析得出不同专项的足底压力和运动学特征，从而为足踝部损伤研究和运动鞋专项化的相关领域提供实验依据和理论基础。
1.研究方法：
1.1文献资料法
1.2实验法
1.3对比分析法
2.研究对象：本研究选取湖北大学体育学院6名本科生为研究对象，其中三名为足球专项，3名为网球专项。6名受试者均无下肢足底足踝病痛史。
3.实验器材：1.Novel Pedar system （鞋垫式足底压力测量系统）――垂直压力测量/静止状态和运动状态. 2.身高、体重测量器
4.实验步骤：
4.1.进行Novel Pedar system 足底压力分布测试系统的连接和调试。
4.2要求受试者均穿着运动服装、体操鞋，测量受试者身高、体重后登记受试者情况。
4.3选择符合各受试者鞋内底尺码的测试鞋垫，确保测试鞋垫边缘无折痕，鞋垫大小与鞋内底边缘吻合，配戴测试设备后，受试者进行3-5分钟适应性动作练习。
4.4采集网球、足球2个项目运动员各自专项特征动作的足底压力分布数据，共2个特征动作分别是网球项目中网前急停反手截击球（右手执拍）， 足球项目中的急停转身跑左转90度，每人每个动作测试三次，2次动作间隔2分钟。
5.测试指标：
压力峰值：分区内所有传感器在测试阶段内受到的最大合力。
压强峰值：分区内每个传感器在测试阶段内所受压强的最大值。
压力峰值百分比：某分区压力峰值占前中后足的压力峰值总和的百分比。
6.实验数据处理：
6.1采用Excel进行数据分析。
6.2选取网球和足球受试者三次动作取平均值进行分析。
6.3将每只鞋垫分为前足区、中足区、后足区三个分区，这三个分区覆盖了整个足底，此外在定前足区内义了三个特定区域，第一跖趾关节区、趾区、除趾外其他四趾^。
7.实验结果与分析：
7.1网球（网前急停反手截击球）
在网球急停反手截击动作中从跑动、急停到最后的截击步仍然以前足的承载为主趾区的压力峰值尤其显著、后足尤其是支撑脚后足的受力从跑动截击过程有不断增大的趋势，中足几乎不受力，支撑脚的足底压力峰值普遍大于发力脚，急停和截击步足底受力大于跑动步。
7.2足球（急停左转向跑）
由跑动到急停，足球运动员的前足受力面积变小，前足受力集中到前足的局部。
在跑动步离地蹬伸阶段，趾对身体向前移动起着举足轻重的作用，但在急停步的落地缓冲阶段，趾的作用减弱，其他四趾对地的制动作用增大。我们从左脚和右脚的跑动步和急停步对足球急停左转向跑动作的足底压力进行分析可以看出从跑动步到急停步，前足压力峰值明显降低后足的压力峰值明显增大，但前足内侧的压强峰值始终维持较高的水平。
两个项目足底压力分布的对比：
1.第一跖趾关节和趾的足底受力模式。第一跖趾关节区和趾区是前足受力明显的两个特殊区域，这两个位于前足内侧的区域通常是各个动作中前足压力峰值和压强峰值发生的区域。此外，比起缓冲阶段它们在足部主动发力的离地蹬伸阶段起着更重要的推动人体向前的作用。
2.网球运动中，趾区的足底压力峰值表现显著，显示了网球运动中趾作为推动人体重心移动的最后一个小关节，其支撑稳定性和关节力量比起第一跖趾关节更为重要，足球运动中不论是第一跖趾关节区还是趾区都表现出2个项目动作中最大的压强峰值。比较2个项目前足内侧压强峰值情况，可以得到足球项目动作前足内侧压强峰值较大，网球项目动作较小。
3.对比网球急停反手截击球和足球急停转向跑动作，从跑动到急停时后足均有受力增大的变化趋势，因此急停阶段后足明显的受力增大趋势是由于急停阶段为了增大身体重心向后的加速度，运动员必须增大对地受力面积以增大对地反作用力从而达到急停的目的，尽管后足受力增幅较大并且分担了前足载荷的很大部分但是从压力峰值百分比上仍然可以看出，前足依然是急停阶段最主要的承载区域。
8.结论：
8.1足部承担离地蹬伸任务时前足承担主要载荷，中后足受力不显著，足部承担落地缓冲任务时后足和中足受力增大，前、中、后足共同承担身体载荷。
8.2足球项目前足内侧压强峰值最大，网球相对较小。
8.3网球运动中，趾区的压强峰值超过第一跖趾关节区，足球运动中，第一跖趾关节区和趾区压强峰值大。
9.建议：
综上所述我们从运动生物力学的角度出发，对2个专项的运动鞋设计提出以下建议：
9.1网球运动网前截击等动作需要其专项鞋考虑到指在网球特征动作中的重要作用和影响应当增大鞋底跖趾关节部位的灵活性以及趾区域足底支撑的稳定性，以利于趾部位在网球动作中更好的充当最后关节支撑面的作用。
9.2足球运动专项鞋应当具备良好的前足减震缓冲能力并提供稳定性来抵抗踝关节在跖屈位置时的内翻力，通过对鞋面材料进行加厚和加固以增加运动员踢球的舒适度同时提供正常的距下关节灵活性。
参考文献：
[1]王兰美， 郭业民， 潘志国. 人体足底压力分布研究与应用[J]. 机械制造与自动化， 2005， 34（1）：35-38.
