运动生物力学的原理与应用

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1、運動生物力學的原理與應用運動生物力學的原理與應用美和技術學院美和技術學院97.05.251何謂運動生物力學何謂運動生物力學?運動生物力學(Biomechanics):是運動學(Kinematics)和生物力學(Kinesiology)整合而成的一門科學。運動生物力學:是描寫、分析與評估人體運動時，身體之內在與外在力量，以及這些力量所造成影響的一門科學(Hay,1993)2 力 學動力學力矩功、能、功率時間慣性摩擦力運動學位移速度加速度牛頓第一運動定律平衡牛頓第二運動定律碰撞動量守恆定律機械效率動量-衝量牛頓第三運動定律 運動生物力學架構圖運動生物力學架構圖3運動生物力學的發展方向運動生物力學的

2、發展方向找尋各種運動的最佳技術:定性分析與定量分析探究肌肉骨骼系統的最佳用力方式:槓桿原理、力學特性、協調。運動器材方面的研究:增進成績、預防傷害(跑鞋.標槍)研究方法的發展:同步分析、資料修勻的方法生物力學儀器的發展:儀器不斷更新、資料處理時間縮短4運動學運動學(Kinematics)(Kinematics)只描述物體運動，不考慮引起運動之原因力之研究。運動學之參數(Kinematic parameter)時間(Time)位移(Displacement)速度(Velocity)V=x/t加速度(Acceleration)a=V/t5動力學動力學(Kinetics)(Kinetics)討探力與

3、運動之間關係的研究牛頓第二運動定律 F=ma衝量動量等式定律 F t=m V6平衡與穩定原理平衡與穩定原理(Principles of balance and stability)重心平衡的種類影響平衡的因素力矩7人體重心（一）人體重心（一）重心(Center of gravity,COG)身體各部位受到地球引力的作用,把各個部位的引力加起來，這些引力合力的作用點就是COG。重心受年齡、性別、身體結構的影響COG是身體最大肌力所在，是產生大力量的原點。人體站立時重心在第二薦椎前方一吋處。8人體重心（二）9平衡的種類平衡的種類穩定平衡 無論物體如何移動，其重心一定上升，如單槓懸垂.雙槓槓上支撐。

4、不穩定平衡 物體原來姿勢，不增加位移，位置稍有傾斜，重心會下降，如起跑姿勢，手倒立。隨遇平衡 如物體移動，仍為平衡者，物體位置變動時，重心既不升高，也不降低，如不倒翁。10影響平衡的因素影響平衡的因素重心在支撐基底面內支撑基底:身體和支撐表面之間所圍成的面積。物體重心在基底面內，亦即重心線在基底面內，此物體就穩定平衡，重心線愈靠近基底邊線，愈不穩定。基底面大小重量重心高度:重心愈靠近基底，愈穩定。迴旋:向前迴旋運動，增加物體穩定性。11力矩原理之應用力矩原理之應用推門:擲鐵餅:翹翹板:單槓大迴環下降時，身體充份伸展，使重心遠離握點，加大力臂上升時，身體稍微彎曲，使重心接近握點，縮小力臂向下力矩

5、大於向上力矩，故能旋轉不停12運動運動(Motion)平移運動平移運動(translatory motion)(translatory motion)當外力施加於物體質心時，該物體沿直線移動。不管外力作用於物體的何處，該物體僅能做線性運動。轉動運動轉動運動(rotary motion)(rotary motion)發生於當外力施加於物體偏離重心的位置時。不管外力作用於物體何處，物體只能做轉動性移動。速度速度 （velocityvelocity）表示單位時間內移動的距離。加速度指單位時間內速度的增加量。減速度指單位時間內速度的減少量。13 動量動量（Momentum）一個運動中的物體之直線動量，

6、等於物體質量與其速度的乘積。直線動量()m(質量)V(速度)。影響直線動量的因素包括物體的質量與物體的速度要改變一個物體的動量，就必需給予一個動量，一個正的(加速)力量可使動量增加，一個負的(減速)力量會使物體的動量減少，如果淨力量為零，則物體的動量不會改變。14衝量衝量(Impulse)衝量 J=F t 表示作用力(F)持續作用一段時間t的累積效應。力量與力量作用時間的乘積稱為衝量。衝量衝量-動量定理動量定理F t=m V一個力量的衝量等於其所產生之動量變化。在相同動量條件下，力量與力量的作用時間成反比。因此，只要衝量保持不變，可以用時間來換取力量。牛頓運動定律牛頓運動定律（Newtons

7、Laws）15牛頓的運動定律牛頓的運動定律(Laws of Motion)慣性定律慣性定律(the law of inertia)(the law of inertia)說明動者恆動,靜者恆靜的物理概念。加速度定律加速度定律(the law of acceleration)(the law of acceleration)F=ma,作用力為質量與加速度的乘積。反作用力定律反作用力定律(the law of counterforce)(the law of counterforce)當甲物以一當甲物以一作用力撞擊乙物時物時,乙物也會以物也會以相等大小相等大小,方向相反之之作用力,回作用在甲甲物上

8、物上。16槓桿槓桿(Levers)(Levers)的運作模式的運作模式 Lever:是一種簡單的機械，其設計是為了提供一個力量時，可用來改變力量大小及方向。目的:省力而不利於速度，費力而利於速度第一型槓桿(First class lever)第二型槓桿(Second class lever)第三型槓桿(Third class lever)17第一型槓桿第一型槓桿支點可以移動位置，以達不同目的機械效益小，利於速度而不利於力量；反之，利於力量而不利於速度。機械效益:力臂/阻力臂阻力矩=阻力阻力臂 力矩=力力臂18第二型槓桿第二型槓桿重點位於支點與力點之間，力臂永遠大於阻力臂。利於力量而不利於速度與

9、運動範圍。角力、柔道之大小外刈動作、摔動作。19臀摔的槓桿原理臀摔的槓桿原理20第三型槓桿第三型槓桿力點在重點和支點之間，力臂小於阻力臂。利於速度、運動範圍，不利於力量。持拍、棒、棍擊球的動作；划船、撐竿動作；踢球動作。21走路的生物力學（一）走路的生物力學（一）Stride lengthStride length：同一腳兩次接處地面間的距離。Stride frequencyStride frequency：時間內的步數。Gait cycleGait cycle：步行周期 在單一步行周期內，每一腳都會經歷兩階段。Stance phase(站立周期)Single support phase Do

10、uble support phase Swing phase(擺動周期)22走路的生物力學（二）走路的生物力學（二）Stance phase(Stance phase(站立周期)Heel strike Foot flat Mid stance Heel off Toe offSwing phase Swing phase(擺動周期)Initial swing（加速）Mid swing Terminal swing（減速）23跑步和走路的差異跑步和走路的差異跑需要較大的平衡 無雙支撐期 飛程期跑需要較大的肌力 肌肉必須快速而有力的收縮跑需要較大的動作範圍（旋轉）跨步與跑步動作幅度大且快跑時軀幹較

11、前傾24走路與跑步走路與跑步GRFGRF比較圖比較圖25游泳的生物力學游泳的生物力學浮力浮力(Buoyancy)(Buoyancy)即身體浸入水中時，使身體飄浮的力量。浮力大小需視骨骼與肌肉佔總重量的比例而定。根據阿基米德原理(Archimedes principle)，作用於沈入液體中物體的浮力大小等於其所排出液體等體積的重量。推進力推進力(Propelling force)(Propelling force)阻力阻力(Resistive forces)(Resistive forces)皮膚阻力（表面摩擦力）。身體在水面上下移動時產生的水波阻力（波浪阻力）。漩渦產生的阻力（亂流阻力）。26

12、蛙泳窄蹬腿為何較快？蛙泳窄蹬腿為何較快？27有效的人體力學之基本原則有效的人體力學之基本原則物體靠近身體重心較寬的支撐基底足部的位置隨著運動方向而調整舉起物體時應避免扭轉儘可能以推、拉、旋轉、滑等方式來代替抬起物體。使用 Power position28Power PositionPower Position使用“power position”的動作要點 膝微彎 上身前傾 背打直 胸和頭保持正直 29謝謝聆聽 敬請指教30習題1.跑步和走路的差異何在？2.何謂牛頓運動定律？請分述之。3.第一類型的槓桿，是支點、力點、重點其中那一點在中央？4.第二類型的槓桿，支點、力點、重點三點槓桿中的那一點在中央？又那種運動是運用這型的槓桿?5.第三類型的槓桿，支點、力點、重點三點槓桿中的那一點在中央？又那種運動是運用這型的槓桿?31