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人体生物力学的研究方法范文1
关键词：乒乓球；运动生物力学；研究方法；研究领域
中图分类号：G804.6文献标识码：B文章编号：1007-3612(2007)10-1381-03
随着现代科技水平的不断提高，运动生物力学研究手段与方法也不断地更新，研究内容和层次不断深入、系统，运动生物力学的研究方法在许多运动项目中有了广泛的应用，对于认识运动项目技术的规律和提高运动技术水平，起到了重要的作用。
对于运动生物力学的原理和方法在乒乓球运动项目中的应用，国内外已进行了许多研究，但已有的研究不够系统和深入，所用的运动生物力学研究方法比较单一，乒乓球专项化的运动生物力学仪器很少，对于乒乓球与球台或球拍碰撞的原理、乒乓球飞行的运动状态、乒乓球动作技术原理等有些方面揭示得还不够全面或尚未揭示，对于运动器材、服装的研究很少。
近年来，国际乒联对乒乓球竞赛规则的三大改革，以及现代世界乒乓球技术的迅猛发展，都要求我们要借助于科技的力量和手段，更加全面地、深刻地认识乒乓球运动的规律，不断地更新观念，技术上不断创新进步，训练方法上要更加科学合理，以促进乒乓球运动的发展。本文根据乒乓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、以及乒乓球运动发展的实际需求，对运动生物力学在乒乓球运动中应用的研究领域和研究方法的发展趋势进行展望，以期对乒乓球运动规律有更加深刻而全面的认识，为运动生物力学如何更好地结合乒乓球专项特点为乒乓球运动实践服务提供借鉴。
1运动生物力学在乒乓球运动中应用的研究领域的展望
从运动生物力学角度来看，乒乓球运动是通过乒乓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、动量矩落到对方台面，与台面发生碰撞，反弹后再与对方的球拍相碰撞。归纳起来，乒乓球项目中的运动包括：运动员的运动（动作技术）、乒乓球在空中的运动（速度、旋转、弧线）、乒乓球的碰撞运动（乒乓球与球台或球拍碰撞）。对乒乓球这三个方面的运动生物力学研究分析需要一定的设备仪器与方法。与乒乓球运动相关联的还有球、球台、球拍等器材以及运动员的服装。
以往对乒乓球运动的运动生物力学研究在上述方面已进行过一定的研究，但对于乒乓球与球台或球拍碰撞的原理、乒乓球飞行的运动状态、乒乓球动作技术原理等有些方面尚未揭示，或揭示得还不够全面，对于运动器材、服装的研究很少。根据运动生物力学和乒乓球运动的发展趋势，运动生物力学在乒乓球运动中应用的研究领域，可以预计运动技术研究仍将会占较大比例，同时，在全民健身、运动医学、康复医学、运动器材、服装及实验仪器设备等方面也会开展研制。具体可以开展以下几个方面的研究：
1） 动作技术诊断；
2） 乒乓球与球拍碰撞、与球台碰撞的研究；
3） 对乒乓球拍运动的研究；
4） 乒乓球拍、乒乓球运动鞋的研制与优化；
5） 乒乓球运动员肌肉、骨骼力学特性的研究；
6） 乒乓球专项测试仪器的开发；
7） 乒乓球运动员损伤机理和预防的研究。
2运动生物力学研究方法在乒乓球运动中的应用与展望
按研究方法划分，运动生物力学应用在乒乓球运动中的研究大体可分为两类: 一是力学理论研究方法，二是实验研究方法。两者应当紧密结合，才能使运动生物力学更好地在运动实践中应用。
2.1运动生物力学的力学理论研究方法在乒乓球运动项目中的应用与展望该研究方法因为是通过模拟手段对人体运动仿真，一般包括5个步骤：1) 确定运动恃征，建立目标函数；2) 选择模型确定刚体的自由度；3) 建立动力学模型（拉氏方法、Kane方法、雅各宾法等）；4) 实测已知数据并求解；5) 根据求解结果解释运动规律，这一步骤是将求得的数学规律化为体育运动语言对运动技术进行合理的指导。
纵观运动生物力学在乒乓球运动中应用的现状，可以看到，以往用的最多的是运用力学原理对一些现象进行解释。而利用力学理论研究的方法却很少。根据此研究方法，可以对乒乓球中许多问题进行研究。
如对于乒乓球运动员的伤病的研究，至今还没有在击球过程中对腕、肘、肩关节、颈椎、腰椎等的关节力和力矩的定量分析，而对其认识有助于对乒乓球运动员运动损伤的认识和预防。可以利用力学理论研究的方法对关节力和力矩进行推算。以计算上肢各关节的关节力和力矩为例。首先确定乒乓球运动员击球过程中上肢的运动特征。二、建立上肢模型，整个上肢可分为上臂、前臂和手（包括器械）三个部分，根据上肢实际的生理结构和以往生物力学建模的经验，可将人体上肢简化为3刚体7自由度的物理模型。三、运用多刚体系统动力学理论中的Kane方法，建立系统运动学和动力学方程，四、通过摄像的方法获取上肢的运动学参数以及郑秀媛公布的人体环节参数，求出腕、肘、肩关节的关节力和力矩。五、根据关节力和力矩对乒乓球运动员的伤病进行认识。
2.2运动生物力学的实验研究方法在乒乓球运动中的应用和展望运动生物力的实验研究方法在乒乓球运动项目中应用现状是，动力学研究几乎没有，运动学测试也不多，所运用到的生物力学仪器很少。所以实验研究方法在乒乓球运动项目中有极大的发展空间。
2.2.1常用的生物力学仪器将在乒乓球项目中的广泛应用许多已经在其他专项中运用较为广泛的生物力学仪器在乒乓球运动项目中尚未广泛使用。比如，三维测力台，肌电仪，足底压力鞋垫。
三维测力台可以反映地面对人体的反作用力。运动员击球的力最终是通过人体蹬地面，同时地面给人体的反作用力而实现的。而对乒乓球运动员地面反作用力的动力学特征的描述至今尚无。
通过在运动员的鞋子里放上压力鞋垫，可以得出在移动过程中，脚底压力的分布图，可以为乒乓球运动员鞋子的设计提供参数。
通过肌电仪可对完成某动作所参与的肌肉活动的强度和时间进行描述，确定主要的参与肌群。用在乒乓球运动员身上，就可以很清楚的知道完成某动作的肌肉用力顺序是什么，哪些是主动肌，哪些是被动肌，可为力量训练提供参考。
2.2.2开发乒乓球专项化、反馈快速化的运动技术测试仪器这是运动生物力学测试仪器的发展趋势，至今为止，在乒乓球界中尚无有此类测试仪器的研发成功。近年来其他运动项目共用运动学、动力学及生物学指标，测试仪器的质量、功能、效率不断提高，同时，某些运动项目专用的测试仪器不断出现。例如，体操项目单杠、双杠、高低杠、跳马、吊环的测力系统、赛艇多参数遥测分析系统、起跑蹬力测试系统、蹬冰力测试系统、游泳出发测力系统等。
其他专项的研究可为乒乓球专项化的测试仪器提供借鉴，比如考虑是否可以在乒乓球拍上安装加速度传感仪。随着科学技术的迅速发展，加速度传感器体积和质量都可以做到非常小，精度可以达到很高，此仪器可以实时监控球拍三个方向上的速度、加速度和角速度，并可据此推算球拍的受力情况，以及击打乒乓球后，球体获得的初速度。而对乒乓球拍的运动情况的所做的研究非常之少。
如果这些设想可以实现的话，将丰富乒乓球理论知识，对乒乓球运动的实践将会有快捷的帮助。
2.2.3多机同步测试的研究多机同步测试研究是运动生物力学研究的发展趋势。人体运动十分复杂，因此，多机同步测试方法对各项运动技术研究十分重要。由于多机同步测试研究需要的仪器多、经费多、时间长、技术人员多，而且多数动力学指标和生物学指标的测试在正式大赛中很难进行，所以，多机同步研究的报道较少。随着科学技术的进步和对运动技术研究的深入，多机同步测试研究将会得到较快发展。
对于乒乓球这项精密的运动，以往的研究多是从一维的视角来进行的，对乒乓球运动的生物力学的研究应朝着多维的研究视角发展。比如，将摄像系统和测力台系统同步的测试方法，综合运动学和动力学的数据对乒乓球运动进行更加深入、全面的认识。
2.2.4生物反馈技术将在乒乓球运动技术训练中应用运动生物力学测试中提供给运动员、教练员的技术动作的速度、幅度、方向、力量等指标数据，运动员在训练中很难掌握，如将测试的数据转换成声、光信号直接提示给运动员，表示其当前的动作是否达到了要求或某个范围，运动员接收到声、光信号后，便马上做出反应，调整动作的幅度、强度、速度等就容易得多。这方面研究在其他专项中已经取得了一定进展，例如北京体育大学金季春教授指导其博士生闫松华所研制的用于短跑训练的“测试鞋”，对每一步的着地时间和腾空时间进行实时监控，正朝着生物反馈的方向发展。
生物反馈技术在乒乓球运动技术训练中的应用也是乒乓球运动项目生物力学发展的趋势。
2.3将力学理论研究方法和实验研究方法紧密结合是运动生物力学在乒乓球运动中应用的研究方法的发展趋势力学理论研究方法的基础是经典力学理论，并应用它解释分析生物体运动及探索其运动规律。力学理论研究方法优点是能使研究工作更加严谨和深人，但由于模拟研究目标和对运动数学化描述的困难，这类研究难度很大，且研究结果与运动实践尚有一定的距离。所以力学理论研究方法必须辅之实验和经验，才能使它在实际应用方面的作用得以发挥，力学理论方法与实验测试方法两者应当紧密结合。前者提供了运动普遍规律，对分析有理论指导意义，后者是理论研究与实际应用的桥梁，能使研究更好地为运动实际服务。实验研究方法，通过各种实验手段，测试记录体育运动过程，并以此作为依据，结合经验，对运动技术进行分析对比，从而提出改进技术的意见和建议。这种研究方式是以具体运动员的具体动作作为研究对象。
实验通常用高速摄影、录像、测力台测得运动学和外力参数，用肌电测试仪测得人体内力参数，然后通过数据处理和分析，来诊断运动技术的优劣及动作的合理性。这种方法以实验手段为主，与运动实践联系紧密，能对运动员的技术训练直接施加影响。但由于该方法研究和实验的对象是具有个体特征的人，不可避免地造成对共性的运动规律研究的困难，从而使研究结论难以达到理论升华。因此实验方法必须和力学理论研究共同发展、相辅相成，才能使运动生物力学学科渐趋深入完善。
用理论力学理论研究方法和实验研究的方法对乒乓球运动进行运动生物力学的研究，将提供认识乒乓球运动规律的多维视角，会对乒乓球运动规律有更加深刻而全面的认识，进而可使运动生物力学更好地为乒乓球实践服务。是运动生物力学在乒乓球运动中应用的发展趋势。
3总结
根据乒乓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、以及乒乓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，对乒乓球运动中的多个领域进行分析和研究，是运动生物力学在乒乓球运动项目中的研究发展趋势。
参考文献：
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［3］ 王向东，刘学贞，等.运动生物力学方法学研究现状及发展趋势［J］.中国体育科技，2003 (2)：15-18.
［4］ 忻鼎亮.运动生物力学的力学理论研究方法［J］.体育科学.1994（4）：37-40.
人体生物力学的研究方法范文2
关键词 生物力学 步态 最新进展 应用领域
中图分类号：R743 文献标识码：A
步行是人们在日常生活中最基本的运动方式，而步态是指人类步行的行为特征。步态生物力学研究是运用力学方法和技术，并基于人体机能解剖学和生理学的基本理论对人体行走功能状态进行测量、分析、评价的应用研究。吴剑等（2002）在“步态生物力学研究进展”中对2002年之前的研究进展进行了论述，随着科学技术的发展和三维步态分析仪器开发利用，国内外对步态研究的进程也呈现出逐步加快的趋势，但目前在众多的研究成果中，还没有对新时期步态生物力学的研究进展进行的研究，因此本文通过对步态生物力学的研究进行分析，旨在为促进步态生物力学的研究进程，为以后的研究奠定基础。
1步态的一般生物力学研究进展
1.1步态周期
步态周期是指从一侧足跟着地到该足跟再次着地所构成的周期。一个步态周期分为支撑相与摆动相2个相位。支撑相在整个步态周期中约占60%；摆动相约占40%。而跑动时支撑相约占整个步态周期的65%，摆动相约占35%。一条腿在一个完整的步态周期中经历的状态依次为：足跟着地、足放平、支撑、足尖离地、腿弯曲摆动、腿伸直向外摆动、然后足跟着地，进入新的步态周期。前4个状态是支撑相，后3个状态是摆动相。步态周期与身高的差异不显著。
1.2步长与跨步长
步长是指同侧足跟或足尖到迈步后足跟或足尖之间的距离，正常成人的步长值约为150―160cm。跨步长是指行走时一侧足跟到对侧足跟之间的最大距离，正常成年人的跨步长约为127cm，正常成年人随着年龄的增长，其跨步长与年龄成负相关，与身高成正相关，另外跨步长与步频也有相关关系。
1.3步频与步速
步频是指行走时每分钟迈出的步数，步频=60（s）/步长平均时间（s）。步速是指步行的平均速度（m/s）。对20-39岁、40-59岁、60-79岁三个年龄段的正常成人进行步态分析表明：20-39岁年龄段的正常成人的步频为1.9412，步速为1.2616；40-59岁年龄段的步频为1.8117，步速为1.0514；60-79岁年龄段的步频为1.7621，步速为0.9524 。
1.4身体质心起伏
人起步时，虽然地面作用于人的脚底的静摩擦力对人这一质点组不做功，但这一静摩擦力对人的质心做功，正因为这个功使人的质心动能增大，人才得以起步运行。另一方面，质心动能的获得，是以人体各质点克服静摩擦力相对于质心做功为代价的。这一代价来源于人体各质点间相互作用的非保守力的功。对于一个健康的成人，当其正常行走时，质心起伏的幅度约为4.4cm。
1.5关节角度
人体下肢步态运动可以简化为一个四刚体模型（包括躯干）。对于髋关节和膝关节，围绕静止站立位有曲屈和伸展两个方向，定义伸展为角度负向，弯曲为角度正向；对于踝关节有背屈和跖屈两个方向，定义背屈为角度负方向，跖屈为角度正方向。Grabiner等认为膝关节必须在支撑期完全伸直，在摆动期屈曲大约60是教谋匾跫？
2步态生物力学研究的应用
2.1功能检测与评定
步态生物力学的研究对象为生物体的移动状态，测量参数具有自主控制成分。步行的对称性和圆滑性可以根据步态分析所得的参数（包括：运动学、步态时间―距离参数和动力学参数）进行推测，稳定性和波动性可根据重心位移和力的作用点进行判断，其速度、节奏和持久性的判断则是根据步速、步频和步行的持续距离。从已有的研究中，主要对妊娠期妇女、老年人、“三瘫一截”（脑瘫、截瘫、偏瘫、截肢）的残疾者、肥胖人群的行走人群进行功能检测与评定。
邱纪方等对20例痉挛型脑瘫患儿及青年，连续进行了步态的评测（包括运动分析），其测量指标分别为：屈髋畸形（改良托马斯试验）、膝关节伸展、绳肌长度（角）、比目鱼肌长度、腓肠肌长度等。其结果表明：所有指标均与CCC具有良好的一致性（0.67～0.96）；观测者间一致性随测量指标的改变而有较大改变，CCC为0.34～0.87。髋外伸展的CCC左髋是0.34，右髋为0.42。
李艳霞等采用比利时Footscan USB2平板式足底压测试系统对体质量指数>28 kg/m2的肥胖学生进行动态足底压力测试，以此探索肥胖人群足底压力参数的分布规律。
周有礼等通过对的动力学分析，解决了孕妇完整人体检测资料缺乏的困境，为发现妊娠妇女步态研究奠定了基础，但是缺乏具体的评价指标。
王琳等采用横向比较性研究设计法对中国青春期前BMI（体重指数）小于30 kg/ m2的男性肥胖儿童和体重正常的男性儿童在步态和姿势控制方面是否存在差别进行了研究，结果显示：肥胖儿童在步态的稳定性和姿势控制上均不如正常儿童的稳定。
2.2疾病的预防
人体生物力学的研究方法范文3
关键词：网球发球；生物力学；文献综述
动作构成技术，因此动作是我们研究的重点。而用生物力学的知识和方法去研究网球的发球特征，研究方法和研究内容无疑是最重要的一环，而研究方法又离不开研究设备，可以说目前研究设备也从一定程度上直接影响了这篇论文成果的好坏。关于发球生物力学的研究有人做过专门的统计。蒋婷在她的《国内网球生物力研究现状及发展―基于2007-2011年4种文献来源计量分析》中指出2007-2011年，核心期刊、优秀硕士论文、博士论文、重要会议各自研究网球技术生物力学所占的比例分别为12.9%、51.6%、3.2%、32.2%，其中优秀硕士论文研究网球生物力学的最多，占51.6%。此外，5年中，核心期刊发表的关于网球生物力学的论文仅4篇，充分说明这类研究并没有成为热点。根据文献论文内容的主要特征，结合生物力学及网球项目相关理论，可以将检索到的论文分别归入3个不同的研究方向，即技术分析（运动学、用力学、生物学）、损伤（骨、肌肉）、装备（鞋、拍弦）。从本次统计来看，技术分析独占鳌头，共计23篇，占74.2%；其他方面的研究相对较少，损伤12.9%（4篇），装备12.9%（4篇）。技术动作分析受到更多的关注，主要是因为技术分析的设备日益进步和完善，生物力学研究受仪器设备的制约。这篇文章很全面的介绍了目前国内一些比较有价值的论文的分布情况及总体研究情况，让我们对整个研究水平有了初步的印象。
马大慧在《运动生物力学在网球运动中的应用分析》中给我们提出了一些比较好的运动生物力学与网球运动的结合点，我们可以从运动生物力学的力学理论研究方法，实验研究方法，力学理论研究方法和实验研究方法紧密结合等方法去研究网球的特征，当然这些方法也可以用到发球的研究中去，使我们的方法更具有科学性和方向性。下面从研究方法和内容方面入手对所查阅到的文献进行简单阐述。
刘卉（2000）以6名国青网球运动员和2名北京队青年网球运动员的大力发球为研究对象。采用美国Peak三维高速录像系统进行拍摄，拍摄频率为120帧/s。采用爱捷人体信息研究所的录像分析系统对发球动作技术的运动学数据进行测量与分析。依据对录像带的观察及发球实验时的现场评价，对每个运动员三个好球中质量最好的一次进行解析。所得数字化数据采用数字滤波法进行平滑处理。她的研究揭示网球大力发球属鞭打类动作的特征并论证和全面阐述了网球大力发球技术的运动生物力学原理。同时通过对运动员发球技术的对比，得出抛球的方向、高度和身体下蹲的深度均会对整个发球动作技术起重要影响；通过对下肢运动的观察，提出影响“搔背”动作阶段的因素主要是下肢蹬伸、躯干扭转、屈肘和上臂外旋的幅度、速度及它们之间的配合，同时还认为“搔背”动作时身体各环节活动的同步性是高质量合理动作的特征；提出击球动作并非挥拍动作的自然过渡和延伸，而是有其本身技术特征的相对独立的动作技术；她还通过对身体各环节最大速度出现时间的比较，认为可将鞭打动作的基本理论作为网球发球动作技术的理论基础。这篇文章在国内具有比较高的地位，无论是研究对象还是研究方法对后来的研究者提供了很好的参考，同时所得出的结论对我们平时训练也很有参考意义。
刘保华（2008）以2007年9月在北京举办的中国网球公开赛中5名优秀女子网球单打运动员为研究对象。采用两台100HZ的摄像机在比赛现场进行拍摄，对我国顶尖女子网球运动员彭帅与4名世界顶尖女子网球运动员发球技术的速度特征进行了生物力学分析。研究结果表明在第一发球速度上，4位世界优秀运动员明显高于彭帅。4位世界优秀女子网球运动员在球拍速度、右手速度、右手腕速度、右肩速度、右肘速度右髓与身体重心的速度这7个参数因子载荷值的贡献排序运用较为合理，而彭帅则不够合理，表现在球拍的因子载荷值明显低于右手与右手腕。这篇文章从科学的角度分析了彭帅发球当中所存在的问题，可以据此对她做出指导
林建健（2009）选取2名职业网球运动员，4名专业网球运动员和6名业余网球运动员为测试对象利用，Qualisys红外远射测试系统（六个镜头）对运动员发球动作过程进行测试。拍摄频率为200幅/秒。同时用Kistle测力台系统与Qualisys同步，采集运动员的动力学数据。结果显示：在抛球过程中我国高水平运动员抛球臂关节角度变化幅度和屈膝最大角度均小于低水平运动员。在蹬伸过程中，我国高水平运动员膝关节最大角度和腿部发力效率均大于低水平运动员，膝关节最大角度和最小肘关节角度均小于国外优秀运动员。在击球过程中，我过高水平运动员身体各环节最大角度速度和击球高度与身高比均大于低水平运动员，且具有显著性差异。对比国内的高水平和低水平选手特征，可以使低水平的选手找到自己的问题所在，从而有目的改进。
蒋川（2009）年以我国优秀网球运动员杨意民、国际著名选手阿加西和张德培为研究对象。利用两个PULNIX摄像头（频率为120Hz）采用定点、定焦、定距的方式进行外同步拍摄方式，对杨意民大力发球动作进行拍摄。采用美国ARIEL三维图像解析系统对杨意民、阿加西和张德培的技术动作进行解析。阿加西和张德培的发球技术动作录像由美国ARIEL公司提供，拍摄频率为50HZ。结果发现：杨意民发球时身体主要环节的用力顺序符合鞭打动作规律，且击球点的高度较为合理。但是其抛球技术还有待改进，其抛球最高点与击球点之间的落差较两位世界级运动员的偏大，即杨意民在抛球环节存在抛球过高的问题。杨意民的挥拍臂形成有效的用力前，“搔背”姿势所需时间明显过长，且拍头最低点高于身体重心高度，反映出杨意民的“搔背”动作不够充分。杨意民的挥拍速度以及拍头速度较阿加西、张德培存在较大差距，尤其是在击一球瞬间，阿加西的拍头速度是杨意民的1.69倍，而张德培的拍头速度更是达到杨意民的1.71倍之多。杨意民下肢蹬伸充分，但在脚蹬离地面时身体重心上升的速度和击球时身体重心的高度跟世界顶级选手相比仍有一定差距。
孙宇亮（2011）以2009年底在江门网球训练基地冬训的8名国家网球队女队员为研究对象。研究对象站右发球区，大力发球。利用两个ZOOHz的高速摄像头对运动员进行同步拍摄。利用直接线性转换（DLT）算法对二维图像进行三维重构。数据处理采用北京体育大学视迅解析系统对运动学指标进行解析，应用Qtools、EXCel等数据处理软件进行计算。根据国家网球队教练的评价，每名运动员取三个好球中质量最好的一次进行解析。所得数字化数据采用数字滤波法进行平滑处理。得出结论有：我国网球运动员发球时抛球较高，建议降低抛球高度。相对于FB技术，FU技术能使运动员获得更大幅度的躯干扭转角度。根据运动员实际情况选择合适的缓冲技术。缓冲结束时刻，部分运动员存在过度顶髓的现象。这造成下肢发力不充分，最终导致球速下降。建议在此时刻保证重心投影位于在两腿之间。“搔背”动作是典型的超越器械动作，下肢的充分蹬伸是此动作完成质量的保证。因此运动员在平时的训练中应注意下肢的爆发力训练。这篇文章的研究方法和结论都有具体意义，值得国家队的女队员进行参考。
BrianJ.Gordon（2006）通过三维录像解析法对9名优秀的网球运动员进行了测试。他们在上臂和前臂套上了带有标志球的环，在肩关节周围皮肤上贴了标志球。由于计算关节和环节的扭转角度。结果详细阐明了发球过程中人体各部分的扭转情况，指出在临近击球时刻，肩关节屈伸运动和内收外展运动对于拍头速度的贡献微不足道。这篇文章的研究结果使得我们平时的一些错误观念得到了重新的认识。
综合研究的情况来看，国外学者利用运动生物力学手段对网球发球动作技术做了大量研究，并且阐明了一些发球动作的客观规律。对现今存在的各种各样的技术动作提供了科学理论上的支持，对学习和改进发球技术做了有益的探索和贡献。有的从肌肉发力顺序方面探讨，有的从核心部位探讨，也有的从动作模式探讨，还有从肌电方面入手等等，可以说已经取得了一定的成绩，而且随着研究设备的技术提高，研究的水平也在提高，但是大多数的研究还是将中国的运动员数据直接和外国运动员的数据直接进行对比，我觉得这存在一定的问题，且不论身高的不同，中国运动员的肌纤维类型与他们也会有不同等等，或者是否可以将他们的数据可以和现在排名较高的亚洲球手进行对比，比如，现世界排名17的日本球员锦织圭等等。再者，我觉得在发球最佳模式的研究方面还有所欠缺，看我们是否能找到一个最适合我们的发球模型。让大家在练习的时候心里有具体的数据可依。作为研究来讲，我们最好是能把各个方面的情况考虑清楚最好，或者就某一方面作最细致的研究。随着未来各种仪器设备的更新提高，研究水平也会越来越深，可以说，生物力学在网球领域的研究还有很大的空间。（作者单位：北京体育大学）
参考文献：
[1] 蒋婷.国内网球生物力研究现状及发展―基于2007-2011年4种文献来源计量分析[J].运动，2012，（08）.
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[8] 邹廷铸.我国高水平网球运动员四种发球动作的生物力学研究[D].北京体育大学，2011.
人体生物力学的研究方法范文4
【关键词】乒乓球；运动学；发展；高速摄影
一、前言
随着现代科技的发展，运动生物力学研究方法越来越多的应用在了竞技体育上。它研究人体的各类动作技术，帮助建立动作技术的原理及模型，以助于指导教学与训练。而运动学作为运动生物力学的主要组成部分，则广泛的使用在了乒乓球技术动作的研究当中。
二、乒乓球技术动作的运动学研究发展现状
吴焕群（1981）采用比较连续照片的方法，即人手工对连续相片上的关节点进行标记，再将同一关节点的轨迹用曲线描述出来的方法，较详细地对郭跃华的弧圈球技术进行了全面的剖析，虽然运动学的特征量未给出，精确度不高，但这个研究应该是开创了运动生物力学方法在乒乓球运动研究中的先河。
许绍发等[1] （1987）用两台EPL高速摄影机以100格/s同频同步对北京队1名运动员的直拍反面、直拍正面击球的技术动作（关节运动幅度、球拍倾角及最大球速）进行了拍摄，得出直拍反面击球技术的可行性。
这项实验结果为当时极具争议性的话题“是否应该推广直拍反面进攻”做出了明确量化的论证，为“直拍横打”的普及与发展做出了重要贡献。
西安体育学院董树英[2] （1988）等采用加速度传感器、高速摄影的方法，调查了四个省市发球较好的运动员，通过获取高低抛发球的挥拍加速度、挥拍动作各时相的时值，定量比较得出高低抛发球的差异。
这是运动生物力学技术第一次使用在发球动作技术的研究上，为高抛球技术的推广以及数十年的“长春”打下了坚实理论基础。
张辉[3] （1995）采用三维高速录像分析法，第一次对四名优秀直拍快攻运动员的创新技术“直拍反面拉弧圈球”进行了运动学分析。
其中值得注意的是，实验中的4名运动员均为健将级，其动作具有极大的学习价值。但4名运动员在反面拉过程中，各环节（肩、肘、腕、拍）达最大速度的时间顺序却有3种方式，并不符合鞭打动作中关节发力顺序的要求。
柳天扬[4][5] （1995）对刘国梁、孔令辉等正手近台攻打前冲弧圈球技术的运动学特征进行了分析与研究。第一次较完整地阐述了优秀乒乓球选手正手近台攻打前冲弧圈球技术的生物力学特点与规律。结果发现正手近台反冲前冲弧圈球技术相对于纯粹的前冲弧圈球技术本身（从下旋到前冲） 具有绝对的速度优势。
这一测量结果为攻打前冲弧圈球的技术动作进行了理论上的肯定。
陈洁等（2001） [6]对10名体校运动员的直拍四面攻技术的击球速度、旋转、力量作了实验研究，并对其主要技术在比赛中的运用情况进行了统计和分析，以了解直拍四面攻技术的可行性及其特点。研究表明： 直拍四面攻可以用正手正、反面和反手正、反面的四个击球进攻，各个面都具有各自不同的功能和作用，击球速度、旋转、力量以及主要技术在比赛综合运用上没有技术死角。
但不足的是，由于没有相关的动力仪器设备测试，文章中所得正面、反面攻球力量大小是以飞行距离的长短比较进行的。严格来说，只有保证在球出手角度一致的情况下，才能做出准确的判断。
黄诚 [7] （2004）采用MotionAnalysis系统对两名上海体院运动员的直拍横打和横拍反手回击弧圈球两种技术动作进行了拍摄。结果显示：直拍横打和横拍反手位回击弧圈相比，直拍横打技术各阶段的挥拍速率都比横拍的小，远台时比较明显，近台相差不大，直拍横打技术比较适合在近台、时回击弧圈球。但为什么直拍横打速率较小，文章并没有进行深入的研究。
徐大鹏[8] （2005）在其《乒乓球直拍横打四项技术上肢动作原理的运动学比较研究》一文中，通过对六名参加辽宁省冬训的优秀直拍运动员进行的三维摄影解析及其数据分析得出结论：直拍横打技术符合人体关节活动顺序性原理，符合人体鞭打动作的要求。
孟杰[9] （2005）采用三维录像分析方法，比较了在比赛场上两名优秀运动的直拍横打拉弧圈技术与横拍反手弧圈技术的异同，并首次对技术动作的完成质量制定了运动学标准。
肖丹丹[10] （2006）《乒乓球正手快攻、弧圈球技术的生物力学研究及步法垫测试系统的研制与实验》应用瑞典产QUALISYS-MCU500红外远射测试系统（6个镜头）对乒乓球运动员正手快攻、弧圈球技术进行测试。
文章的创新点在于，首次将运动学和动作力学两种研究方法结合，对乒乓球技术动作的运动学特征、动力学特征进行了更加全面的测量。同时，自主研发的步法垫测试系统作为专门针对乒乓球的实验仪器，将乒乓球技术动作的运动学研究发展推进一步。
向祖兵[11] （2009）运用ARIEL/APAS三维图像解析系统对我国优秀乒乓球运动员余世钦、朱文涛的反手台内侧拧技术动作进行了三维立体拍摄和解析获得了技术动作过程相关运动学参数。
台内侧拧作为新出现的技术，自然引起了研究者的注意。这篇文章是首次将侧拧技术的运动学参数测量出来。
徐括[12] （2010）运用红外光点采集系统对王浩、马琳直拍横打中的拉下旋技术动作进行了拍摄和解析。
红外光点采集系统是迄今最先进的人体运动捕获系统，它具有自动识别标志功能，能快速、准确的捕获人体关节点的运动轨迹。
崔先友（2013） [13]运用两台高速摄像机同时对削球运动员正手削弧圈球技术和正手前冲弧圈球技术动作进行录制，采用爱里尔运动图像解析系统进行后期的解析与制作，分析比较发现正手削高吊和前冲弧圈球技术的异同。这篇文章首次涉及了向下挥拍的技术动作。
三、小结
从使用的仪器来看，从最初始的普通照相机，到普通精度的摄影机，再发展到如今的高精度的高速摄像测量系统。测试手段也从二维录像转入三维录像，图像解析手段也由人工逐点逐帧解析的方法发展至更准确快速的图像自动识别（如：红外远射测试系统）。从研究的内容来看，主要集中在当时新出现的技术上，如：直拍横打技术、弧圈技术、侧拧技术等。
新技术的出现带来的往往是新旧观念的冲突，此时迫切需要一个科学可靠的数据来进行可行性论证及优劣性的比较论证。运动学测试方法从定量的角度出发，以数据取代经验，为乒乓球新技术的发展研究做出了重要贡献。
【参考文献】
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[3]张辉.对我国部分男子优秀乒乓球直拍运动员反面拉弧圈球技术的研究[D].北京体育大学，1995.
[4]柳天杨.刘国梁正手近台攻打前冲弧圈球技术的运动学特征分析与研究[J].广州体育学院学报，2002（3）.
[5]柳天杨，王新，王家正.孔令辉正手近台反冲前冲弧圈球技术的运动学分析[J].体育学刊，2003（2）.
[6]陈洁.直拍四面攻打法的可行及其技术特点的研究[J].北京体育大学学报，2001（2）.
[7]黄诚.乒乓球直拍横打攻弧圈球技术动作的运动学参数研究[J].运动训练专题研究，2004
[8]徐大鹏.乒乓球直拍横打四项技术上肢动作原理的运动学比较研究[D].沈阳体育学院，2005.
[9]孟杰.乒乓球比赛中王皓与唐鹏的正反手弧圈球技术技术动作的生物力学分析[D].北京体育大学，2005.
[10]肖丹丹.乒乓球正手快攻、弧圈球技术的生物力学研究及步法垫测试系统的研制与实验[D].北京体育大学，2006.
人体生物力学的研究方法范文5
关键词：网球； 正手击球； 发球技术；综述
网球运动已经从贵族走向平民化，越来越多的人开始喜欢并从事网球运动。网球是一项技术性很强的运动，它不仅需要大关节、大肌肉群的运动，而且还有小肌肉群的参与。正手击球是网球诸多技术中最重要的技术，是各种打法都必须具备的主要的得分手段。从某种意义上讲，可称为网球运动员的生命，技术风格是否鲜明、突出主要取决于其正手击球的威力。
1.正手击球动作的生物力学分析
1.1 引拍动作
引拍后摆阶段以手为主的躯干和上肢的转动，以脚为主的躯干和下肢的转动是身体形成了适当的前摆姿势。在网球中，基本上所有的动作都躯干k上下肢体扭转的特征。击触地球时，从准备姿势到后摆完成躯干扭转120 o_ 。网球正手击球中躯干的扭动角约为30。，这表明在完成后摆时，肩轴比髋轴扭转的角度更大，这对拉长肌肉有一定的作用 。在击球过程中肌有拉长一缩短周期的特性。肌肉在后摆阶段进行了预拉伸并储存了弹性势能，后摆期肌肉的离心收缩后紧接着就是向前挥动阶段的向心收缩，不管是后摆的完成时还是在前挥早期，记录到的最大角度可代表预先拉长程度。
1.2 向前挥拍击球
击球时，器械的挥动速度和运动轨迹，决定了击球类型、运动方向、旋转及速度。躯干的转动和下肢的伸展，使球拍向前运动。富吉萨瓦等研究显示，躯干的有力转动对击打手臂的滞后运动极其重要，这样在前摆早起了拉长肩部肌肉”。躯干连续向前转动，在击球时肩轴几乎与底线平行，此时的肩轴领先于髋轴约10。虽然在击打平击球、上旋球、下旋球以及过肩高球时的向前速度不同，已经证实，肩的速度对向前和向上击球速度的作用约为15％_J 。在击球过程中上臂向前运动是正手击球的主要力学特征，它产生向前速度的20％-30％ ，向上速度的20％。
1.3协调链
网球的击球过程中，大肌肉群的发力必须与小肌肉群的控制相互配合，所以不只是依靠手臂力量，还必须借助于全身的协调用力才能击出理想的球。有效地利用身体的协调链，在克服惯性后达到的动态平衡中，充分利用反作用力、动量和弹性能，把握好击球时机和节奏，从而打出一记高质量的回球。
根据人体协调链的原理，从腿部、髋部、上体、头肩四个环节对正手击球过程中的触球动作进行分析。
2.发球技术动作的生物力学分析
2.1对网球发球技术的研究
发球的整个过程分为握拍与站位、抛球、过渡、向后引拍、挥拍击球、随挥六个环节。现对抛球，挥拍击球进行精密的分析。现在的技术研究主要是分析世界的优秀发球手一些国际顶级发球高手他们发球技术的优点，加以练习，从而来提高发球的技术和发球的速度。主要区别在向后挥拍和过渡这两个环节。向后挥拍有两种：一种是有下向后上引(如费德勒、纳达尔等等优秀选手)，另一种是由前向上向后引，(如罗迪克、海宁等等)嘲；这两种向后引拍的方式，都是人们效仿的技术，至于那种有利于提高发球的速度，并不太清楚；过渡的方式也有两种：一种是上部并腿，这是大部分选手采用的一种过渡方式(如罗迪克)，其优点是利用重心的快速前移有利于增大发球的力量，其缺点是容易破坏人体的平衡，影响发球的准确性，上步时前脚向内转动，另一种是不上步(如费德勒)，即后脚不移动，其优点是有利于保持人体的平衡，有助于发球的准确性，其缺点是力量稍差。
2.2抛球路线
抛球后，球向上飞行的线路是否垂直，将会影响到球员在击球时的稳定性，如果球被抛出后在水平方向上有较大的速度，那么在对球进行空间上的判断上就会增加难度，在网球的所有击球过程中，对球位置判断的准确都是十分重要的，而假设球如果飞出后只在垂直这一个方向上运行，那么运动员就只需要在一个方向上判断击球的位置。其实在现实的抛球过程在中，都不可能达到绝对的垂直，我们尽量减少抛出的球在飞行线路上与垂直方向的夹角。
2.3超越器械阶段
超越器械动作是投掷动作技术的重要组成部分，同样也是发球的重要组成部分，超越器械是在动作最后的用力开始前，身体(尤其是下肢)以更快的速度向前运动，造成髋部横轴运动速度超越肩部横轴运动速度，使器械落在身体后面，使身体处于扭紧状态，形成下肢在前，上体在后的倾斜姿势。超越器械动作能充分把器械远远地留在身体后面，使器械的工作距离大大增加。由于身体的倾斜使器械和身体的重量压在弯曲的右腿上，这也为最后蹬伸增加了距离@。
3.结论
通过对网球正手击球及发球技术动作综述，得出以下结论：
3.1正手击球
3.1.1根据人体协调链原理，充分而有效地利用身体的每一部分，避免不必要部位的使用，掌握好各部分的发力时机，将对击球动作提供更大的力量同时减少受伤机会。
3.1.2网球正手击球过程中的触球环节，必须充分利用人体的协调链，即腿、髋、上体、头肩四部分协调有序的用力，克服惯性，保持平衡，利用反作用力，大肌肉群收缩存储弹性势能，小肌肉群精确控制，使全身的力量顺畅地传递到球拍上，线动量和角动量完美结合，在恰当的击球点击出一记好球。
3.2发球
3.2.1提高腰腹部肌肉的训练，尤其是原地转肩的爆发性用力与腹肌的训练，提高发球时候身体的扭转性发力；
3.2.2在训练中，加强腿部向上的蹬伸力量的训练，提高发球过程中下肢动作技术的学习，使下肢在蹬地发力时更加符合鞭打动作技术，为上肢挥拍击球提供。（作者单位：云南师范大学）
参考文献：
［1］ 陶志翔等．网球运动教程［M］．北京：北京体育大学出版社，2007．
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［4］ 潘晟．怎样打网球［M］．苏州：苏州大学出版社，1996．
［5］ 刘祖烈． 网球运动中动态球的力学分析，网球天地，1997，5
人体生物力学的研究方法范文6
摘 要 教练员或教师的指导语在运动训练和教学中起着重要的作用，指导语是否简洁明了对运动员的科学训练起着画龙点睛的作用。动作技术原理可以通过教练员在指导语中加以凝炼，在指导时让运动员、学生明确训练的关键所在，能起到意想不到训练、教学的效果。
关键词 动作技术原理 指导语 应用
一、前言
知识如何转化成生产力，是当前我们十分关注的话题，在体育训练中，即如何将体育科学知识应用于训练当中，使很多教练员都在探索的问题。对教练员的训练方法研究的很多，很少有文章对教练员的指导语作专门的研究，特别是将运动生物力学知识贯穿其中的研究少之又少。
本文首先提两个概念界定，第一研究的是新疆地区的教练员的指导语；第二动作技术原理是指完成某项动作技术的基本规律，它适用于任何人，不考虑运动员的性别、体型、运动素质的发展水平和心理因素等个体差异，是具有共性特点的一般规律。
教练员在训练中不能违背动作技术原理，研究各项动作技术确立，动作技术原理，建立动作技术模式来指导教学和训练，在体育教学中，讲清楚动作技术原理是非常重要的，要使学生懂得怎样做和为什么这样做，即不仅要知其然，还要知其所以然。对优秀运动员的动作技术进行生物力学研究，是以生物学和力学理论为基础，通过对高水平的运动实践的检验来总结先进的动作技术原理，建立运动技术模式。如何将动作技术原理转化为教练员简洁的指导语，使运动员在学习和训练中能清晰的明白教练员的意图，能迅速改进训练中出现的错误，值得我们研究。
二、研究对象与方法
新疆第十、十一届全运会的一线教练员和基层教师的指导语，参加运动会的运动员，田径运动中的一些动作技术原理。
（一）访谈法
（二）文献资料法
（三）举例法
三、研究结果与分析
（一）教练员指导语中运用生物力学知识的基本情况
笔者调查了乌鲁木齐市参加新疆第十、十一届全运会的教练员与运动员，就教练员的指导语与运动员是否理解教练员的指导语等问题作了专门调查，运动员结果如下：
表1 您的运动技能知识是从教练或教师指导语中得来的吗
由此表可见，运动员的运动技能知识主要从教练员与教师处获得，若教练员与教师对运动技能理解有误，则可能影响运动员的成绩。
表2 对不同等级的运动员对教练员指导语持疑问的调查结果
通过表2可以看出，运动员的级别高，对教练员指导语持疑问的比例越高。这是因为随着运动员的水平增加，对运动技能的理解加深，求知欲越旺，其主观能动性越大，越渴望了解运动技术原理。若这时教练员没有因势利导，则运动员疑问增加。
对教练员运用指导语作了调查如下：
表3 您在指导语中有意识的运用运动生物力学知识吗
通过对教练员的访谈以及他们对生物力学的知识的了解发现，教练员很少主动将生物力学知识结合指导语运用于训练实践中去，结果导致指导语含糊不清，目的性不强。调查运动员中发现，运动员对素质练习感觉教练员指导语的作用很大，在技术练习中对教练员的指导语理解不清，其实，这也反映出教练员运用生物力学知识到指导语中并不多，因为生物力学知识主要用于动作技术原理方面，教练员主要靠以往的经验在教运动员。
通过对教练员的访谈，发现很少有教练员参加过运动生物力学知识的培训，当然这也和我区这类培训次数少、科研单位的从业人数少有关，这应引起重视。
（二）教练员指导语中动作技术原理在指导语中的举例
1．在田径运动中的应用举例
田径运动中跳高是一项对技术要求较高的项目，作为一名教练员，首先要明白跳高的共同规律与原理，然后将其转化为自己的指导语。在起跳瞬间，运动员所受合力为：支撑力-重力=ma可见，支撑力若想变大，只有将a变大，而a是上臂和摆动腿与躯干的相对速度来衡量的，相对速度越快，a越大，因此，在起跳瞬间，指导语要强调上臂和摆动腿的快速上摆。运动力学中的相向运动原理告诉我们，物体在腾空状态下身体某部分的转动能引起身体另一部分向相反的方向转动，这样，在跳高过杆形成背弓阶段，给队员的指导语是努力仰头，这样，自然形成好的背弓。之后，指导语中要强调迅速将头抬起，小腿自然就会快速上摆，以便顺利过杆。
2．在体操中的应用举例
根据转动守恒定律和动量矩守恒定律可知，转动惯量小则转动速度快，而转动惯量和转动半径有关，转动半径小则转动惯量小。因此，在体操中的一些翻滚动作，如前滚翻、后滚翻、空翻等动作中，教练员给队员的指导语是团身要紧，目的是减小转动惯量，而不仅仅是强调速度。因为运动员自己也想提高速度，心里就会很着急，越是着急越做不好动作。因此，这时的指导语要起到点睛之笔，团身要紧队员可以通过自己身体感受。
3．在短跑中的应用举例
在短跑的加速跑阶段，教练员都在强调速度，我们知道，这一阶段，尽量要发挥地面支撑力的效用。因此，根据力的分解，要尽量的减小垂直方向上的力，增加水平方向的力。这一阶段给运动员的指导语是不要过早地将身体抬起。在平时训练中，仔细观察，若发现运动员上下肢折叠不充分，在指导语中要强调折叠充分。因为上下肢折叠充分，也相当于减小转动半径，从而减小转动惯量，达到增加转动速度的效果。
4．在体育常识中的应用举例
体育教师给学生解答疑问时，若在讲解中加入运动生物力学知识，便可做到有根有据，让学生不仅知其然，还可知其所以然。笔者用一例以飨读者，曾经遇到学生问为什么蹲式起跑比站立式起跑要好。在给学生讲解指导中运用生物力学知识，讲明在起跑瞬间，下肢给地面以作用力，地面反作用于下肢的力是推动人体向前跑的力，这个力可以分解为垂直方向的力和水平方向的力，蹬地角越小水平方向力越大，对速度贡献越大，而蹲踞式起跑正是蹬地角比站立式要小。
（三）教练员指导语的重要性
通过对运动员和学生的访谈发现，认为指导语对其作用很大的所占的百分比分别是：非常重要占12.3%；重要62.7%；一般14.7%；说不清11.3%。可见大多数运动员认为指导语重要，并认为指导语对主要对自己理解技术动作原理很重要，认为指导语对提高教学训练和比赛成绩很有用。通过对比不同水平运动员对指导语的理解水平，发现，运动水平越高的运动员理解指导语的能力越强，但也出现了有趣的现象，即疑问率很高，这从一个侧面反映出其教练没有将生物力学知识很好的运用到指导语中去，与前面的调查相吻合。
四、结论与建议
（一）新疆地区教练员在指导语中运用生物力学知识的不多。有两个方面的原因，一是教练员本身对生物力学知识掌握不足，第二是教练员没有意识到将生物力学知识用在指导语中去。解决这两方面不足的方法是：迅速补习生物力学知识，因为教练员本身有大量的实践经验，只是把这些经验不能很好的表达出来，通过学习，明白其中的动作技术原理，便能达到实践与理论的相互促进。
（二）生物力学知识若能与指导语结合，对训练能起到事半功倍的效果。因为其主要是讲解动作技术原理的一门学科，教练员掌握了运动技术原理，便可针对运动员在某一技术环节中的错误，专门进行指导，提高训练效率。结合的方法是通过学习，有意识的将生物力学知识贯穿于训练中去，通过实践检验理论，通过理论指导实践，互相促进。
（三）运动员普遍感觉教练员在指导语中加入生物力学知识，对自己训练帮助很大，其运动知识主要来源于教练员，教练员掌握科学训练知识队队员形成正确的技术动作至关重要。并且，教练员要利用运动员的求知欲，将正确的知识传授给他们，对培养运动员今后的体育兴趣及良好的体育观念有所帮助。
（四）新疆地区应多举行一些生物力学和训练相关的培训，采用请进来、送出去的方式。如邀请内地有经验的专家讲学，以及将本地相关人员送出去培训。
参考文献：
[1]全国体育学院教材委员会.运动生物力学[M].人民体育出版社.
