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运动力学基础

（一）人体生物力学的概念

1、人体力的种类力学是研究物体间相互作用的力与物体发生位移（运动）之间关系的物理学分支。自然界常见的力有重力、引力、压力等，这些力作用于物体使之发生位置或状态的改变，物体之间发生位置变化的过程称之为运动。与人体运动有关的力主要有内力和外力两种。

（1）内力是指人体内部各种组织器官相互作用的力。其中最重要的首先是肌肉收缩所产生的主动拉力，是维持人体姿势和产生运动的动力；其次是各种组织器官的被动阻力，包括肌肉、骨、软骨、关节囊、韧带、筋膜等受压力或拉力作用时对抗变形的阻力，躯体的惯性力和内脏器官间的摩擦力及其固定装置(如腹膜、肠系膜、大血管等)的阻力等。

（2）外力是指外界环境作用于人体的力，包括重力、器械的阻力、支撑反作用力、摩擦力及流体作用力。各种外力经常被利用来作为运动训练的负荷，这种负荷要求肢体运动的方向和力量与之相适应，因而选择投入工作的肌群及其收缩强度，这是肌力训练的方法学理论基础。

2、人体杠杆人的躯体运动遵循杠杆原理，各种复杂动作都可分解为一系列的杠杆运动。杠杆包括支点、力点和阻力点。支点到力点的垂直距离为力臂，支点到阻力点的垂直距离为阻力臂。根据杠杆上三个点的不同位置关系，可将杠杆分成三类：

（1）第1类杠杆（平衡杠杆）其支点位于力点与阻力点之间。如头颅与脊柱的连结，支点位于寰枕关节的额状轴上，力点(如斜方肌、肩胛提肌、头夹肌等的作用点)在支点的后方，阻力点(头的重心)位于支点的前方。主要作用是传递动力和保持平衡，支点靠近力点时有增大速度和幅度的作用，支点靠近阻力点时有省力的作用。

（2）第2类杠杆（省力杠杆）其阻力点位于力点和支点的之间。如站立位提踵时，以跖趾关节为支点，小腿三头肌以粗大的跟腱附着于跟骨上的止点为力点，人体重力通过距骨体形成阻力点，在跗骨与跖骨构成的杠杆中位于支点和力点之间。这类杠杆力臂始终大于阻力臂，可用较小的力来克服较大的阻力，有利于作功。

（3）第3类杠杆（速度杠杆）其力点位于阻力点和支点的之间。如肱二头肌屈起前臂的动作，支点在肘关节中心，力点(肱二头肌在桡骨粗隆上的止点)在支点和阻力点(手及所持重物的重心)的中间。此类杠杆因为力臂始终小于阻力臂，力必须大于阻力才能引起运动，不省力，但可以获得较大的运动速度。人体活动大部分是速度杠杆。

（二）运动平面和运动轴

记述人体运动通常采用基本姿势位，将人体运动的方向用三个相互垂直的平面和轴来表示。

1、基本姿势位

（1）基本姿势位是人体运动的始发姿势。身体直立，面向前，双目平视，双足并立，足尖向前，双手下垂于身体两侧，掌心贴于体侧。

（2）解剖学体位是阐述人体各部位结构位置关系时采用的体位。身体直立，双眼向前平视，两脚跟靠拢，足尖向前，两上肢垂于躯干两侧，手掌向前。

2、基本运动平面人体可分为三个基本运动平面，即矢状面、额状面和水平面，相互间呈垂直状。矢状面是与人体侧面向平行的面，把人分为左右两部分；额状面是与身体前或后面平行的面，把身体分为前后两部分；水平面则是与地面平行的面，把人体分为上下两部分。

3、基本运动轴与基本运动平面相适应，有矢状轴、额状轴和垂直轴3个基本运动轴。矢状轴是沿前后方向垂直通过额状面的轴；额状轴是沿左右方向垂直通过矢状面的轴；垂直轴是沿上下方向垂直通过水平面的轴。

（三）骨骼的生物力学特性

骨主要由细胞、胶原纤维与羟磷灰石组成，有密质骨与松质骨之分，二者的强度与刚度不同。成人成熟密质骨的极限应力值为：压缩＞拉伸＞剪切。影响骨骼强度与刚度的因素：

（１）应力肌肉收缩时产生的压应力可减少或抵消作用于骨的拉应力，保护骨免受拉伸骨折。

（２）载荷速度骨的能量储存，随着载荷速度增加而增加。骨折时所储能量要释放出来。在低速下能量可通过单个裂纹散失，使骨及软组织保持相对完整性；但在高速下，所储更大能量不能通过单个裂纹散失，故可发生粉碎性骨折及广泛的软组织损伤。

（３）骨的大小、形状和特性骨的横截面积(大小)及骨组织在中轴周围的分布(形状)均影响骨的强度。

（四）关节的力学特性

关节面的形态及结构决定了关节可能活动的轴，所有的关节运动都可以分解为环绕三个相互垂直的轴心，沿三个相互垂直的平面上进行运动。即环绕额状轴在矢状面上的运动，环绕矢状轴在额状面上的运动，环绕垂直轴在水平面上的运动。关节轴的活动方向就是自由度，具有两个以上自由度的关节都可做绕环运动。

1、关节的分型

（1）单轴关节围绕一个运动轴而在一个平面上运动，如指间关节（滑车关节），近侧、远侧桡尺关节(车轴关节)的屈伸运动。

（2）双轴关节围绕两个互为垂直的运动轴并在两个平面上运动，包括：桡腕关节（椭圆关节）、拇指腕掌关节（鞍状关节）的屈伸