运动生物力学的原理与应用

按一下以編輯母片標題樣式,按一下以編輯母片,第二層,第三層,第四層,第五層,*,運動生物力學的原理與應用,美和技術學院,廖逢錦 博士,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),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,運動生物力學的發展方向,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,運動學(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,/t,動力學(Kinetics),討探力與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 V,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,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。,人體重心（二）,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。,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。,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。,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,向下力矩大於向上力矩，故能旋轉不停,運動(Motion),平移運動(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(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（velocity）,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。,動量,（Momentum）,一個運動中的物體之直線動量，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。,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-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,（Newtons Laws）,牛頓的運動定律,(Laws of Motion),慣性定律,(the law of inertia),說明動者恆動,靜者恆靜的物理概念。,加速度定律,(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,(the law of counterforce),當甲物以一,作用力撞擊乙,物時,乙,物也會以,相等大小,方向相反,之,作用力,回作用在,甲物上,。,槓桿(Levers)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),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,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運動範圍。,角力、柔道之大小外刈動作、摔動作。,臀摔的槓桿原理,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。,走路的生物力學（一）,Stride length,：同一腳兩次接處地面間的距離。,Stride frequency,：時間內的步數。,Gait 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,Double support phase,Swing phase(擺動周期),走路的生物力學（二）,Stance phase(,站立周期),Heel strike Foot flat Mid stance Heel off Toe off,Swing phase,(擺動周期),Initial swing（加速）Mid swing Terminal swing（減速）,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,跑時軀幹較前傾,走路與跑步GRF比較圖,游泳的生物力學,浮力(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(Propelling force),阻力(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）,。,蛙泳窄蹬腿為何較快？,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 position,Power Position,Power 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,謝謝聆聽,敬請指教,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?,