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刚体的运动可以分为平动、转动、复合运动。
1.解:
蹬伸期间可以认为是一个匀加速的过程
已知:
X=0.45m,t=0.2秒
根据X=V0t+1/2at2,
0.45m=1/2a(0.2)2
a=22.5m/s2
VT=at=22.5×
0.2=4.5m/s
蹬伸的末速度可以看成是腾起的初速度。
根据公式:
H=V2/2g,H=1.02m
答;
人体腾起的初速度为4.5m/s,中心上升的高度为1.02m。
2.解:
计算出铅球的水平分行速度以及飞行的总时间,就可以将铅球的水平飞行距离计算出来。
水平飞行速度:
Vx=10×
COS45°
垂直飞行速度:
Vy=10×
SIN45°
铅球垂直上升的时间:
t=Vy/g;
铅球垂直上升高度:
h=(Vy)2/2g
根据自由落体运动公式;
h+2=1/2gT2,求出T
铅球的水平飞行距离:
X=Vx×
(t+T)=11.5m
答:
水平飞行的距离为11.5m。
6.答:
量出铅球的飞行的水平飞行距离S,测出它的总飞行时间T,以及铅球的出手高度H,选取出手时的高度为原点高度。
就可以根据公式;
Vx=S/T,-H=VyT-1/2gT2,分别计算出水平与垂直速度,并求出出手角度。
第三章
一、名词解释:
1.力2.人体外力3.人体内力4.支撑反作用力5.动量定理
二、简答1.影响力的作用效果的三个要素2.人体运动中所受到的外力
3.内力、外力两者之间关系4.重量与质量的区别5.正确理解和应用牛顿第三定律应注意哪几点6.在体育运动中,为什么要强调动作的连贯性。
7.动量定理在体育运动中的应用8.简述牛顿三定律的定义及其应用?
9.跳远起跳时积极摆腿、摆臂且在摆动时腿、臂的制动的生物力学的意义?
三、计算题:
1.体重60公斤的体操运动员,从3.2米高处做单杠下法,落在海绵垫上,经0.4秒停止,此时运动员重心离垫高度0.7米,求运动员两脚所受到的平均冲力。
重力加速度g=9.8m/s2
2.一体重60千克的运动员,在完成纵跳实验时,通过测力台测得其竖直方向上的冲量为240牛顿·
秒,踏跳时间为0.2秒,起跳开始瞬间竖直方向上的初速度V0y=0。
问:
该运动员的平均起跳力有多大?
重力加速度g=10m/s2
一、1.力是物体间的相互作用,力的作用离不开物体。
2.人体外力:
如果把人体看成一个力学系统,那么来自于人体外界的力称为外力。
例如重力、支撑反作用力、摩擦力等。
只有外力才能引起人体的整体运动。
3.人体内力:
人体内部各部分相互作用的力称为人体内力。
例如,肌肉力、韧带张力、软骨应力、骨的应力都属于人体的内力。
4.支撑反作用力:
当人体处于支撑状态时,人体以某种形式对支撑点或支撑面施加作用时,支撑点或支撑面产生大小相等、方向相反的反作用力作用于人体上,这种力叫支撑反作用力。
5.动量定理:
物体在运动过程中,在某段时间内动量的改变等于所受合外力在这段时间内的冲量。
二、1.影响力的作用效果的三个要素:
大小、方向和作用点。
力的矢量性。
2.a重力大小与方向:
,方向:
指向地球心g=9.8m/s/sb摩擦力分静摩擦力和滑动摩擦力c弹性力
3.在跑、跳等动作中,人们一般都知道要跑得跟快、跳得更高更远就必须加大蹬地力量,实际上人体所获得的动力并不是人的蹬地力,而是地面对人的反作用力,这就是人向后下用力而身体却向前上方运动的原因。
要获得较大的反作用力作为人体运动的动力,必须加大人的蹬地力,这又取决于人体肌肉活动引起的对地面作用力的大小。
肌肉活动是主动的,为了提高人体运动效果,最重要的是提高肌肉收缩的力量(内力),以加大蹬地力从而得到一个大的反作用力(外力),使人体运动状态发生变化。
另外,实践中采取一些措施,利用外部条件在一定程度上也可提高地面对人体的作用力,例如,在跑些、跳鞋上安上钉子,起跑时用起跑器等。
4.质量是物体内含物质的多少,是惯性大小的量度,是物质本身的属性,其大小不随物质位置的变动而改变;
重量是物质所受到地球吸引力的大小,是产生重力加速度的原因,其大小随物体位置的改变而变化,同一物体在不同的纬度或高度上,其重量不同。
5
(1)作用力和反作用力分别作用在不同的物体上,分别产生各自的效应。
它们不同于一对平衡力。
如踢足球,脚对球的作用力为F,作用在球上,使球产生加速度和形变。
而球对脚的作用力F,同时作用在脚上,使脚产生向后,的加速度和受到压迫。
虽然二力大小相等,但作用在不同的物体上,产生不同的效果。
(2)作用力和反作用力互为存在条件。
它们总是同时产生、同时存在,同时消失。
(3)作用力和反作用力必是同种性质的力。
如果作用力是摩擦力,反作用力也是摩擦力;
如果作用力是弹性力,反作用力一定也是弹性力。
(4)作用力与反作用力等值反向,沿同一直线这一规律,不受相互作用的两物体的运动状态的影响。
不管它们处于静止状态还是运动状态,相互作用力的上述规律仍然成立。
6.在体育运动中合理地利用惯性,可使肌肉的放松、收缩适时、有节奏,动作更加经济协调,减少能量消耗,即通常讲的使“巧劲”。
如保持一定的速度比改变速度要容易、省力得多,因此,在长距离游泳、赛跑中,提倡用适宜的较稳定的速度游、跑。
在体操中,特别注意动作的连贯性,尽可能避免频繁地改变运动速度,以减少不必要的负荷。
例如,上举杠铃、单杠及撑杆跳高中的引体向上动作,如能保持动作的连贯性,则能较容易地完成动作。
反之,动作中途停顿,则会加大动作的难度,甚至会导致动作的失败。
7.1)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。
这要求在发挥最大力量的同时,延长力的作用时间。
根据人体肌肉的用力特点,如果有意识地放慢动作的速度来延长作用时间,会降低肌肉收缩力量,不利于肌肉的爆发收缩,也就不能达到增加冲量的目的,。
正确的作法是,在保证发挥肌肉最大用力的同时,通过延长力的作用距离来延长作用时间。
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。
由动量定理可知,如果动量的变化量是一个常量,即冲量值也应是一个常量。
这时延长作用时间,就可以减少冲力的大小。
3)运用动量定理还可以计算人体运动中的一些力学参数。
在跳跃项目中,用测力台测出踏跳力随时间的变化曲线,就可以求出人体所受的冲量,运用动量定理,则可求出人体腾空的速度。
在另一些情况下,在动作的电影图片上可以计算出人体或器械的运动速度。
反过来,也可以计算出相应的平均冲力大小。
8.若物体A对物体B作用一力FAB,则物体B同时以力FBA反作用物体A,两力的大小相等,方向相反,并在同一直线—上。
在走、跑、跳等动作中,人体所获得的动力是人蹬地过程中,地面给人体的反作用力。
要获得较大的反作用力作为人体运动的动力,必须加大人的蹬地力。
为了寻求更大的对人体作用的地面反作用力,实践中采取一些措施,如选择坚硬的场地,在跑鞋上安上钉子,起跑时用起跑器。
9.跳远时,摆动腿向前向下摆动,越过重心之后向前向上加速摆动。
即将离地瞬间摆动腿积极制动。
制动是一个减速过程,mg-N=maN<
mg引起动量传递时身体上提。
同时减轻对起跳腿的压力,加速上摆,便于离开地面,获得大的支撑反作用力。
如果摆臂时不制动,起跳腿被迫压弯,不利于摆动腿离开地面
1.解:
由自由落体运动的速度、位移公式
vt=gt
h=gt2/2
代入数据得
vt=9.8t
3.2-0.7=9.8t2/2
求解得vt=7(m/s)
由动量定理Ft=mvt-mv0得
(N–mg)t=mvt-mv0
(N–60x9.8)0.4=60x0–60x(-7)
N=1638(N)
运动员两脚所受到的平均冲力为1638牛顿。
2.解:
由冲量的定义式I=Ft得
240=(N–60x10)0.2
则N=2600(N)
运动员的平均起跳力为2600牛顿。
第四章人体运动的静力学
1、力偶和力偶矩的概念是什么?
2、什么是稳定角?
起跑“预备“姿势时,为何重心要尽量前移?
3、试分析拔河相持不下时(人体保持后倾姿势),作用人体的有哪些力?
什么样的姿势更为有利?
4、人体保持平衡的力学条件是什么?
这些条件可以用什么方程表示出来?
。
5、举例说明人体平衡的特点,在体育运动中有何意义?
6、举例说明人体重心与动作技术的关系。
1.大小相等、方向相反、作用线相互平行但不重合的两个力作用在物体上,
物体同样会产生转动,这一对力称为力偶。
力偶中的一个力的大小F乘上两个力作用线之间的垂直距离d,即Fd,力与力偶臂的乘积称为力偶矩。
2.所谓稳定角是重心垂直投影线和重心至支撑面边缘相应点的连线间的夹
角。
尽量前移,可以尽可能减小人体在前后方向上的稳定角,有利于人体快速打破平衡,高质量的完成起跑动作。
3.当拔河相持不下时,作用人体上的力有3个,分别是人体受到竖直向下的
重力、绳子给人向前的拉力与地面给人向后的摩擦力。
人体尽量后倾,将重心放低。
4.合外力为0,和外力矩为0。
5.
(1)人体不能处于绝对静止的状态
人体在维持平衡的过程中,不可能是绝对静止的。
呼吸系统和血液循环系统的存在造成了人体总重心在一定范围内波动,由于肌肉的张力不能维持恒定,因此人体的动作不可能保持不变。
(2)人体内力在维持平衡中发挥了重要作用在某些静力性姿势中,维持平衡的不仅仅是重力与支撑反作用力。
而是由重力矩与肌肉的和韧带共同维持的。
如“十字支撑”。
(3)人体的补偿动作人体在维持平衡姿势的过程中,重心失衡时,人体借助补偿动作在一定范围内抵消不合适的动作。
如快向后倾倒时,人的胳膊尽量前伸,以维持平衡。
(4)人体具有自我控制、调节和恢复平衡的能力人体通过训练,可以完成一些从力学角度看非常困难的平衡动作,如吊环“前水平”与高台定车。
(5)人体平衡受心理因素的影响比如女子平衡木的比赛,在平常的训练中可以保持平衡,但在重大比赛中由于心理因素没有调节好而失败。
(6)人体的平衡动作要消耗肌肉的生理能从力学角度看,静止状态不能引起机械功,因为力的作用没有引起任何位移。
然而人体的平衡离不开肌肉的的收缩作用,必然要消耗一定的生理能量。
6.①环节移动方向与重心的移动方向相一致时,将重心提前向环节移动倾斜,
有利于完成技术动作。
如在百米跑的预备动作中,重心前移,有利于打破平衡,
有利于人体快速起跑。
②重心与平衡的关系,降低人体的重心,有利于保持平衡。
③在腾空状态下,动作变化不改变人体重心运动轨迹,如跳远的腾空动作。
第五章
1.人体转动动作的基本形式有哪些。
2.什么是角速度、角加速度,他们分别和线速度、线加速度有什么关系
3.列出平动和转动的运动学基本公式加以对照。
4.何谓转动惯量,影响转动惯量大小的因素有哪些。
5.转动定律的基本内容是什么,它与牛顿的第二定律有什么联系。
6.何谓动量矩守恒定律,举例说明在体育运动中的应用。
7.踢足球的大脚长传球时,要求直腿摆动的目的是什么,分析这一动作腿的角速度、线速度和转动惯量三者之间
的关系。
8.为什么转动物体总是轻的一头绕重的一头旋转。
1.
(1)有支点有实体轴的转动
(2)有支点无实体轴的转动(3)无支点无实体轴的空中单轴转动(4)无支点无实体轴的空中多轴向复合运动。
2.物体在单位时间内转过的角度叫角速度,单位时间内角速度的变化量叫角加速度。
3.平动:
,
转动:
4.描述物体转动时保持原来转动状态能力的物理量。
质量以及质量分布及转轴的位置有关。
5.刚体绕固定轴转动时,转动惯量与角加速度的乘积,等于作用于刚体上的合外力矩。
6.无支持状态为人体腾空状态。
除重力以外,将人体看成一个整体系统,那么它受到的合外力矩为0,其总动量矩将保持不变——即为动量矩守恒定律。
①肢体的相向运动:
腾空状态下(不计空气阻力),人体一部分肢体以一定的动量矩绕转轴的某一方向转动时,另一部分肢体就会以大小相等的动量矩绕同一转轴相反方向转动,这种现象称为“相向运动”。
这时的动量矩矢量和等于0。
②空中角速度的变化由于角动量为常量,所有转动的角速度与转动惯量成反比.腾空后的团身减小转动惯量,加快转动的角速度。
7.在角速度相同的情况下,离转轴越远,线速度越大。
直腿摆动时,足部能获得较大的速度,能把球踢的更远。
在这一动作中,腿的角速度相同,线速度于角速度成正比,转动惯量取决于大腿的质量及质心到转轴的距离。
8.转动物体轻的一头绕重的一头旋转,物体质心离转轴近,转动惯量小,转动状态易改变。
若转动物体重的一头绕轻的一头旋转,物体质心离转轴远,转动惯量大,转动状态不易改变。
第六章肌肉生物力学
一、名词解释1、肌肉的激活状态2、肌肉静息长度3、肌肉松弛现象
二、简述1、载荷对肌肉收缩力学特性的影响。
2、简述肌肉的三元素模型。
一、1、肌肉的激活状态:
肌肉兴奋时其收缩成分力学状态的变化。
2、肌肉静息长度:
肌肉兴奋时,其收缩元表现最大张力时的长度。
3、肌肉松弛现象:
被拉长的肌肉其收缩力随时间的延长而下降的特性。
二、1、载荷对肌肉收缩力学特性的影响。
(1)载荷可以使动作的潜伏期延长;
(2)载荷使动作的收缩幅度减小;
(3)载荷使动作的收缩速度下降。
肌肉结构力学模型由三个元件组成,又称三元素模型。
这三个元件是以肌肉各组成部分对肌肉活动的作用为依据,对肌肉结构进行简化得到的。
收缩元;
它代表肌节中的肌动蛋白微丝以及肌球蛋白微丝。
兴奋时产生张力,称主动张力。
并联弹性元;
它代表肌束膜以及肌纤维膜等结缔组织。
当被牵拉时产生张力,称被动张力。
串联弹性元;
代表肌微丝,横桥以及闰盘的固有弹性。
当收缩元兴奋后,使肌肉具有弹性。
第七章
1.上肢推、拉动作的定义举例说明2.鞭打动作及其意义3.下肢基本运动形式有哪几种。
4.摆动5.躯干扭转6.相向运动7.人体单个关节活动的三个典型杠杆8.关节活动顺序性原理9.大、小关节10.缓冲的意义11.摆动动作的作用
1.[1]推的动作:
在克服阻力时,上肢由屈曲到伸展状态的动作过程。
如:
推铅球等动作[2]拉的动作:
在克服阻力时,上肢由伸展到屈曲状态的动作过程。
划船、游泳的滑臂等动作。
推拉组合动作:
如撑杆跳等
2.鞭打动作:
在克服阻力或自体位移的过程中,上肢各环节依次加速和制动,使末端环节产生极大速度的动作形式。
投掷标枪的最后用力动作等
鞭打动作时,上肢首先向鞭打动作的反方向挥动,并处于屈的状态,然后上肢“运动链”的近侧端首先加速转动,带动上肢各环节依次加速,并制动,形成类似鞭打动作形式,并使环节末端产生极大速度。
3.[1]缓冲动作:
在抵抗外力作用的过程中,下肢由伸展转为屈曲状态的动作过程。
[2]蹬伸动作:
在克服阻力过程中,下肢由屈曲状态,进行积极伸展的动作过程。
[3]鞭打动作:
同上肢鞭打。
体操的“振浪”动作、自由泳的打腿动作等全身基本运动形式
4.摆动:
身体某一部分完成“主要”动作时,身体另一部分配合“主要”动作进行加速摆动的动作。
5.躯干扭转:
身体各部分完成动作时,躯干上下肢体同时绕躯干纵轴反向转动的动作形式。
6.相向运动:
人体处于无支撑的腾空状态完成动作时,由于人体两端无约束,身体一部分向某一方向活动(转动)时,身体另一部分回同时产生相反方向活动(转动)。
把身体两部分相互接近或远离的动作形式称为相向运动。
7.人体单个关节活动的三个典型杠杆
平衡杠杆:
支点在中间,肌肉拉力臂约等于阻力臂。
寰枕关节
省力杠杆:
支点在一端,肌肉拉力臂大于阻力臂。
踝关节提踵
速度杠杆:
支点在一端,肌肉拉力臂小于阻力臂。
屈臂弯举、踢腿等
8.关节活动顺序性原理
大关节首先产生活动原理:
当需要克服大的阻力,或要表现大的运动速度时,运动链中各关节的肌肉虽然同时用力,但其中大关节总是首先产生活动,并依照关节大小顺序,表现出一定的先后顺序。
根据关节大小表现出大关节首先产生活动的顺序性原理。
活动顺序性原理的意义:
充分发挥大关节的潜力,有利于动作技术的合理完成小关节活动重要性
9.配置的肌肉生理横断面大的关节称大关节,反之称小关节。
10.
(1)减少外力作用
(2)缓冲动作是完成动作技术的重要环节(3)准备性动作(4)非代谢能的利用
11.
(1)提高重心相对高度
(2)增加起跳力
第八章动作技术生物力学分析
1、常规的技术分析与诊断报告分为几部分?
2、简述动作技术的生物力学原理对技术训练的指导作用。
1、答:
提出问题和现状描述;
解决途径和办法;
结论和建议;
分析依据。
2、答
(1)运动技术训练必须符合动作技术的生物力学原理。
(2)动作技术训练中要求得各要素的总体最佳化。
(3)通过技术诊断调控技术训练过程。
(4)在技术训练中要区别对待
总复习题
一、名词解释:
(每个3分,共计54分)
题号
名词
章节
难度
1
运动生物力学
0.3
2
动作技术原理
0.5
3
最佳运动技术
4
瞬时速度
2-1
5
平动
6
运动学特征
0.8
7
动量
2-2
8
惯性
9
支撑面
2-3
10
人体重心
2-4
11
稳定角
12
转动惯量
13
肌肉的激活状态
3-2
14
肌肉静息长度
15
肌肉松弛现象
16
缓冲
3-3
17
鞭打动作
18
环节相对重量
4-1
二、填空:
(每空1分,共计60分)
1、一物体以30m/s的初速度、沿与水平方向成60°
角的方向斜向上抛出,当其运动到最高点时,速度大小为 ,方向为 ,加速度为 ,方向 。
2、从运动学观点出发,影响抛射体远度的因素主要有出手、出手和出手。
3、将人体简化为刚体,按机械运动的形式可将人体运动分为、和。
4、影响力作用效果的因素主要有力的、和,通常称其为力的三要素。
5、力不仅可以改变物体的运动状态,亦可以改变物体的形状。
前者称为力作用效果的 效应,后者
称为力作用效果的效应。
6、一质量为10Kg的物体,其速度为4m/s,则其动量为kg·
m/s;
其动能为kg·
(m/s)。
7、一切物体不受力或所受合力为零,物体将保持状态和 状态。
8、一质量为60千克的运动员,以4米/秒2的加速度加速下蹲,则地面对运动员的支撑反作用力为 牛
顿。
(g=10米/秒2)。
9、根据支点与人体重心的位置关系,静力学中将人体的平衡动作分为平衡动作, 平衡动作
和 平衡动作。
10.体平衡的力学条件是为零和为零。
11、根据支点与重心的位置关系,把重心在支撑点下方的平衡动作称为平衡动作。
12、人体转动轴主要分为轴和轴。
13、人体转动惯量的最大特点是其转动惯量的可变性,在体育活动中,通常通过变换的位置和改变来
改变人体的转动惯量,以完成高难度动作。
14、质量是研究物体 惯性大小的物理量,转动惯量是研究物体 惯性大小的物理量。
15、在研究人体整体或某一部分肢体的运动快慢时用来描述,在具体考察人体上某一点的运动快慢
时用来描述。
16、影响人体转动惯量大小的因素主要有、、和。
17、前旋球与有摩擦的固定平面发生斜碰后,其入射角反弹角。
18、从力学条件出发,形成人体转动的力学条件是 不等于零。
19、骨骼的强度与刚度是骨骼力学特性的主要力学指标,其中骨骼的强度越大,说明骨骼抵抗的能力愈强;
骨骼的
刚度越大,说明骨骼抵抗的能力愈强。
20、在体育活动中,人体骨骼的受力形式主要有 种,其中承受 负荷能力最强,承受
负荷能力最小。
21、肌肉结构力学模型由三种元素组成,它们分别是元,弹性元和弹性元。
22、离体肌肉收缩的力学特征与负荷的大小有关,当负荷增大时产生三种变化,动作的延长,肌肉的收缩
减小,动作幅度。
23、肌肉结构力学模型由收缩元、串联弹性元和并联弹性元三种元素组成。
在肌肉收缩时,收缩元产生张
力,并联弹性元产生张力。
24、人体上肢的基本运动形式有、和。
25、人体下肢的基本运动形式有、和。
26、测量板测定一维人体重心是根据 原理完成的。
三、判断、选择题:
(每题2分,共计60分,判断题要求把不正确的改正。
)
1、从力学角度看,运动员踏跳的力量越大,跳的就越高。
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