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生物力学

生物力学是与作用于人体的内部力量和外部力量以及这些力量产生的影响有关的科学。

动力学是对运动原因的研究,即力和扭矩,例如跳跃时脚和地面之间的力。运动学是关于进行活动所花费的运动的研究。

距离和位移

距离(路径的长度遵循的路径)和位移(连接起始点和终点的直线的长度)是用来描述身体运动的数量。例如在400m轨道上的400m比赛中,距离为400米,但其位移将为零米(同一点开始和结束)。

速度和速度

速度和速度描述了身体从一个位置移动到另一个位置的速度。平均值速度通过将距离除以时间来获得身体,并通过将位移除以(例如在25m长的游泳池中参加50m比赛的游泳运动员,他在71秒内完成比赛 - 距离为50m,排量为0m(游泳者又回来了),因此速度为50/71 = 0.70m/s,速度和速度是0/71 = 0 m/s

  • 速度和速度=距离旅行÷花费时间

加速度

加速度定义为速度相对于时间变化的速率。

  • 平均加速度=(最终速度 - 初始速度)÷经过的时间

摘自牛顿的第二定律:

  • 力=质量X加速度
  • 加速=力÷质量

如果短跑运动员的质量为60kg,并且在起始块上施加的力为600N,则加速度= 600÷60 = 10毫秒

由于重力加速

虽然身体在空中,但由于重力约为9.81m/s²,它会受到向下加速度的下降加速度。

向量和标量

距离和速度可以用大小(数量)描述,称为标量。位移,速度和加速度需要大小和方向,称为向量。

矢量的组件

胸口
图1
速度组件
图2

让我们考虑图1中药球速度的水平和垂直成分。

图2表明药球的释放角度为35°,释放的速度为12米/秒。

  • 垂直组件VV = 12 x sin 35°= 6.88 m/sec
  • 水平分量VH = 12 x cos 35°= 9.82 m/sec

现在让我们考虑药球将水平传播的距离(其位移)。

距离(d)=((v²×sinø×cosø) +(v×cosø×sqrt((v×sinø)² + 2GH)))÷g

其中v = 12,Ø= 35,h = 2m(射击的高度在释放时的地面上方)和g = 9.81

  • d =((12²×sin35×cos35) +(12×cos35×sqrt(((12×sin35)² + 2 x 9.81 x 2)))÷9.81
  • d = 16.22m

可以从方程式确定镜头的飞行时间:

  • 飞行时间=距离(d)÷速度(VH)
  • 飞行时间= 16.22÷9.82 = 1.65秒

均匀加速运动

当身体在整个时间间隔内经历相同的加速度时,据说其加速度是恒定或统一的,并且适用以下方程式:

  • 最终速度=初始速度 +(加速度x时间)
  • 距离=(初始速度x时间) +(½x加速度x时间²)

力矩(扭矩)

力矩或扭矩(τ)的力矩是在垂直距离与关节或旋转点的力施加力。

扭矩(τ=rfsinθ)取决于三个数量:

  • 将轴连接到力点(R)的杆臂的长度
  • 施加的力(f)
  • 力矢量与杠杆臂(sinθ)之间的角度

角运动学

角距离和位移

当旋转的身体从一个位置移动到另一个位置时,其移动的角度距离等于角路径的长度。旋转身体体验的角位移与身体的初始位置和最终位置之间的角度相似。

角运动通常在1弧度= 57.3°的弧度中表达

角速,速度和加速度

  • 角速度=角位移÷时间
  • 角速度=角位移÷时间
  • 角加速度=(最终角速度 - 初始角速度)÷时间

角动量

角动量定义为角速度X惯性矩矩。

在整个运动中,角动量一直保持不变,提供了系统以外的任何东西,都可以动作转折。这被称为角动量的法律保护。(例如,如果溜冰者已经旋转,将手臂移到侧面,那么旋转速度将会改变,但是角动量将保持不变)。

线性动力学

动力学关注导致身体运动的原因。

动量,惯性,质量,重量和力

  • 势头:质量X速度
  • 惯性:不愿改变自己在做的事情
  • 大量的:以千克(kg)测量的物体组成的物质的数量 - 不受重力影响
  • 重量:由于重力-9.81m/s²引起的力
  • 力量:导致身体状态(休息/运动)变化的推动或拉动动作与质量X加速度成正比。它是在纽顿(N)中测量的,其中1N是在1公斤质量的体内产生1 m/s²的力

外部或内力的分类取决于“系统”的定义。在生物力学上,身体被视为“系统”,因此系统的一部分在“系统”的另一部分施加的任何力都被称为内力。所有其他力量都是外部的。

牛顿运动定律[1]

  • 第一法:每个身体都以直线的休息状态或运动状态继续,除非被施加在外部力量上改变这种状态
  • 第二定律:身体动量的变化速率与导致其力的力成正比,并且变化朝向i的方向i起作用。
  • 第三定律:对于每个动作,都有一个平等和相反的反应或者对于一个身体在另一个身体上施加的每种力

牛顿重力定律[1]

  • 任何两个物质的粒子都以与质量的产物成正比的力相互吸引

动能

动能是移动物体所拥有的机械能。

动能=½x质量x速度²(焦耳)

功率定义为使用或从其他形式创建能量的速率。

  • 电源=所用的能量÷花费的时间
  • 电源=(力x距离)÷花费时间
  • 电源=力x速度

角动力学

翻译和夫妇

通过身体中心作用的力导致运动(翻译)。一项作用线不穿过人体重心的力称为偏心力,并导致运动和旋转。

例如,如果您穿过对象的中心,它将向前向前移动。如果您推到物体的一侧(偏心力),它将向前移动并旋转。

一对夫妇是两个相等和相反力的布置,导致身体旋转。

杠杆

杠杆是一个刚性结构,在一个点上铰接,并在其他两个位置施加力。对杠杆作用的两种力量是反对运动和引起运动的力的重量。铰链被称为支点。有关更多详细信息,请参阅页面杠杆

Bernoulli效应

如果一个物体的顶部和平坦的底部(例如飞机的机翼),则空气将不得不在机翼顶部行驶,而不是底部。为了使两个气流同时到达机翼的后部,流过机翼顶部的空气将必须更快地流动,从而在机翼上方的压力较小(空气较薄)的压力较小,而飞机将升起。这被称为Bernoulli效应。


参考

  1. Hay,J.G。(1993)运动技术的生物力学。第四版。伦敦,Prentice-Hall International(英国)有限公司p。64-68

页面参考

如果您在工作中引用此页面的信息,则此页面的引用是:

  • Mackenzie,B。(2004)生物力学[www]可从:https://www.massivemidi.com亚搏体育官方APP下载/biomechanics.htm获得[访问