【正文】 素生理作用機制。請聯(lián)系骨骼肌的生物力學特性說明投擲運動最后用力的超越器械動作原理。詳述跑的過程中為什么要送髖。簡述動作結構、動作系統(tǒng)、運動行為之間的關系。詳述影響拋射體遠度的生物力學機制。試述人體內力與人體外力的相對性及其相互關系。 1香蕉球的力學原理。 1如何減少游泳中的阻力？1詳述鞭打動作的力學機制？ 1在跳遠起跳過程中，擺動腿和擺動臂應如何擺動，試述其生物力學意義？ 1簡述運動生物力學研究的一般程式？ 1詳述在運動生物力學研究中建立人體力學模型的意義？模型的種類有那些？ 1簡述關節(jié)軟骨的營養(yǎng)吸收機制。 1簡述關節(jié)軟骨的形變滲透的營養(yǎng)潤滑機制對運動的訓練和健身運動時，關節(jié)功能的保持和損傷的指導意義。 1試述肌肉力量和肌肉收縮速度的變化關系對力量訓練的指導意義。 試述腰椎間盤的構造和主要生物力學的特征。 2試述下蹲膝關節(jié)屈曲約為90186。時，迅速起跳，起跳高度的主要生物力學因素。2跳高的助跑速度一般為78米/秒，慢于全速跑，但可以通踏跳獲得較高的起跳高度，其主要的生物力學因素有哪些？答案：“生命要力學化”主要講的是研究生命物體要從力學的角度看問題；例如，人體的運動是肌肉收縮產生力量的結果，心臟的泵血、血液循環(huán)等都離不開力。所以在研究生命物體時要從力學的角度看問題。而“力學要生命化”則主要講的是從生命的特點來看力學問題，也就是從生理、心理的特點看問題。生命物體不同于簡單物體，他有思想、有自我意識，所以在分析生命物體受力時，要從生命物體的特點看力學問題。①運動生物力學與運動解剖學：運動生物力學研究人體的運動動作，必然涉及到人體運動器系的形態(tài)結構，特別是運動器系的形態(tài)結構與其功能的統(tǒng)一性和相互制約性。②運動生物力學與運動生理學：運動生物力學研究人體的運動動作，必然涉及到肌肉活動的本體感受器、信息正負反饋和神經控制。這些都是正確實現(xiàn)人體運動動作過程中必不可少的條件，也是人體運動的重要特征。運動中能量的供給，釋放能量的完成，是反映人體肌肉活動功率或整體活動效率的重要依據(jù)。③運動生物力學與力學：應用經典力學理論于活體（人體）有適應的一面，同時還存在著不服從或不完全服從的另一面。如何擺脫用簡單的力學原理解釋復雜的人體高級運動本質的機械論思想，正確認識人體運動中豐富的物理學內容，需要尋求更適合研究活體運動力學規(guī)律的數(shù)學工具或分析方法。這也正是運動生物力學理論研究的基礎工作和重要工作。④運動生物力學與運動技術：運動生物力學研究的核心是人體運動動作，運動動作是以一定的運動技術、技能的要求來體現(xiàn)的，人體表現(xiàn)出的個體之間動作技術千差萬別，要研究引起差別的原因，研究人體運動技術極其變化的原因，尋找運動技術的合理化和最佳化，對于運動技術、身體素質訓練方法的有效性和最佳化，也需要從運動生物力學理論中找到依據(jù)。運動生物力學在體育科學學科體系中研究內容豐富，研究問題復雜，領域寬廣，涉及到生物學、力學、體育學等學科的交叉，從而形成了良好的學科互補與融合，促進了運動生物力學學科的進步和發(fā)展。隨著測試手段的改進和現(xiàn)代高科技的發(fā)展，運動生物力學的發(fā)展任重而道遠?？v觀國內外運動生物力學的研究領域，可以看到該學科的發(fā)展趨勢是：㈠基礎研究。研究人體基本體育動作的生物力學原理如走、跑、跳的生物力學，研究人體運動器系的生物力學，如膝關節(jié)的運動學與動力學、脊柱的生物力學、肌肉活動時肌電對復雜運動中的肌力評價，神經肌肉對運動的支配、運動控制、運動能量等；生物力學在康復診斷評價中的研究，活體結構下的材料力學和彈性力學，生物材料的本構方程，關節(jié)受力的形態(tài)分析和關節(jié)界面的數(shù)學力學模型，研究人體運動動作的神經肌肉控制和反饋，矯正動作的生物力學機制等。㈡應用研究。包括對優(yōu)秀運動員各項動作技術的生物力學診斷（技術分析）、運動技術的優(yōu)化、生物力學的技術在不同運動項目訓練中的應用、教學實踐與訓練中的力學問題、教學方法方面的生物力學、運動過程中各肌群（原動肌、協(xié)同肌、對抗?。┕ぷ魈攸c（參加工作的實踐順序、力量大小等）的研究、運動器系損傷的生物力學機制及物理康復手段的研究、運動生物力學與選材研究，以及研究、設計符合人體生物力學原理的運動器材及體育鍛煉的各類健身用品等。㈢方法學及測試手段的研究。包括：高速錄象開始應用，錄象解析代替了一部分影片解析；專向技術測試的傳感器有所進展，如彈力調節(jié)器可安裝于彈跳板上調節(jié)彈力大?。粶y試數(shù)據(jù)采集計算機化和參數(shù)遙測技術研究；多指標、多學科的綜合測試及同步測試；影像解析中圖象識別技術的研究；適合于測量活體系統(tǒng)生物力學參數(shù)的新方法、新手段、新儀器的研究；測量參數(shù)數(shù)字化過程的分析方法的研究。①各向異性。由于骨的結構為中間多孔介質的夾層結構材料，因此這種材料是各向異性體（不同方向的力學性質不同）。②彈性和堅固性。骨的有機成分組成網狀結構，使骨具有彈性。骨的無機成分填充在有機物的網狀結構中，使骨具有堅固性，能承受各種形式的應力。③骨是人體理想的結構材料。骨在人體中起著承重和杠桿作用。它不僅強度大而且重量輕。④耐沖擊力和持續(xù)力差。骨對沖擊力的抵抗比較??；耐持續(xù)性能也比較差，同其它材料相比，抗疲勞性能亦差。⑤機械力對骨結構的影響。在骨承受載荷的限度內，成人骨對機械力的反應是由應力的值所決定的，骨對生理應力刺激的反應往往處于平衡狀態(tài)，應力越大，骨的增生和密度增厚越強。⑥應力強度的方向性。由于骨結構中骨密質和骨松質中的密度不同，它們承受的力量也就不同。①收縮成分。由肌小節(jié)的肌球（凝）蛋白和肌纖（動）蛋白微絲組成，在靜息狀態(tài)下其應力為零，但長度可自由伸縮?；钚誀顟B(tài)下，具有產生張力和引起收縮的能力，由于是人體主動控制的，因而稱主動張力。 ②并聯(lián)彈性成分。由肌束膜和肌纖維膜等結締組織組成，為非線形粘彈性體，被牽拉時產生彈力，稱被動張力。③串聯(lián)彈性成分。由肌原纖維本身的橫橋和Z線等組成，是具有一定阻尼的非線性彈性體，當收縮成分興奮收縮時，串聯(lián)的彈性成分伸展吸收一部分張力，緩和張力的急劇變化，進而實現(xiàn)肌肉收縮的第二種機制。 投擲運動最后用力的超越器械動作，目的是為了在肌肉收縮前給予一定程度的拉長，為后繼的發(fā)力動作做好準備。跑的過程中送髖主要目的是為了增加步幅。當送髖后使骨盆以支撐腿一側髖關節(jié)上一點固定，保證了骨盆有三個自由度，即：骨盆可以繞三軸轉動：繞矢狀軸上提；繞冠狀軸俯仰；繞垂直軸旋轉。因此加大了動作幅度，也就加大了步幅。如果不送髖，在髖關節(jié)兩側兩點固定，髖關節(jié)只有一個自由度，腿只能做鐘擺式運動，髖關節(jié)也就沒有參加運動，步幅就會受到限制，影響跑速。運動行為具有目的性，為實現(xiàn)其目的，需要由若干單一動作組成動作系統(tǒng)，而動作系統(tǒng)的組成基本單位是動作，動作具有動作結構，動作須有合理的結構。動作組成的動作系統(tǒng)應當是合理的，動作系統(tǒng)的合理性與運動行為的目的性是一致的。 公式S=(V02sin2α)/g……………(1) (1) 出手速度；………(2)出手角度；…………………(3)出手高度；……………………(1) 若將人體看作一個力學系統(tǒng)，則人體內部各部分相互作用的力稱為人體內力。 (2) 若將人體確定為研究對象，即人體力學系統(tǒng)，那么外界對人體作用的力稱人體外力。 (3) 內力和外力的區(qū)分是相對的。如何確定某個力是內力或是外力，取決于研究對象。由于研究對象的不同，同一個力既可看作內力又可看作外力。 (4) 人體內力不能直接引起人體整體的運動，但可以通過人體與外界環(huán)境的相互作用，這時人體內力的合效應可以引起人體特定外力，從而使人體發(fā)生整體。 (5) 人體內力和外力是相互聯(lián)系的，內力是人體運動的必要條件，但內力只有通過外力才能使人體產生整體運動。1答：當球體受到一個偏心力，在流體中即有平動又轉動，由于球體表面并非光滑，和空氣本身具有粘滯性，使空氣在球體表面形成一定厚度的環(huán)層流，隨著球體一起轉動；在球體的上方，環(huán)流的方向與空氣流向相同，在球體的下方，環(huán)流的方向與空氣流向相反，所以上方的速度大于下方的速度，由流體力學的伯努利方程，可知上方的壓強小于下方的壓強，從而造成壓力差，上方壓力小于下方壓力，由此，將改變球的運動方向，使球的運動軌跡向上偏轉。1答：⑴減少迎水面積，保持流線型，S型；⑵與粘滯系數(shù)（光滑度），體表面積等因素有關；⑶減少造波，避免上下用力（興波阻力）；⑷減少回返速度，減少肢體回返阻力；⑸減少體表摩擦力。13（8264）鞭打動作的目的是使末端環(huán)節(jié)的線速度加快，主要采取制動，使動量矩發(fā)生轉移，傳至動作環(huán)節(jié)末端，增大末端環(huán)節(jié)的加速度。下面以擲標槍出手階段為例，分析鞭打動作的原理。在擲標槍的出手階段，運動員的身體由下肢、腰、大臂、小臂、手依次制動，使動量矩由下傳至運動環(huán)節(jié)末端，以加大出手速度。單拿大、小臂來說，假設開始時大、小臂都以W1的角速度轉動，當大臂制動時小臂就以W2的角速度轉動。（要求有圖示）假如∑M=0那麼，(I1+I2)W1=I2W2W2=I1/I2W1+W1由公式看出，要想增大W2，就必須增大I1/I2，所以，我們必須動員更多環(huán)節(jié)參加制動和增大初速度W1。1跳遠起跳過程分為著地、緩沖、蹬伸、離地四個階段，就此分析：① 著地階段：起跳腳踏板著地，擺動腿由后向前擺動，兩臂由后向前加速擺，使身體獲得向前的加速度；②緩沖階段：起跳腿被迫彎曲，擺動腿、兩臂繼續(xù)向前擺動，使身體繼續(xù)保持向前的加速度，使地面給人的反作用力增大。③蹬伸階段：起跳腿伸直、蹬起，兩臂向前向上擺動，給人體一個斜向上的加速度，使地面給人體的支撐反作用增大。（因為擺動腿和兩臂的加速前擺，使人體獲得一個向下的力m2a,而N=mg+m2a，因此增大了地面給人的支撐反作用力。）④離地階段：離地瞬間擺動腿和兩臂突然制動，開始擺動腿和兩臂向上方擺動所獲得的動量，帶動整個身體騰起更高，延長身體在空中的作用時間。1①將生物活體—運動中的人體簡化成某種特定的模型，如研究跳高運動員起跳后的拋物線，即把人體簡化為質點—人體總重心。②按照預定的數(shù)理邏輯，選擇合適的數(shù)學工具，并參考已成熟的程式經修正后進行理論分析。③按照預定的數(shù)理邏輯以及測試裝備的技術進步所提供的可能性，設計試驗及現(xiàn)場檢測的方案，進行直接或間接測量。④判斷檢測的數(shù)據(jù)，按照預定的數(shù)理邏輯進行全面的整理，并將結果（可能的話應歸納整理成公式）與理論分析的結果進行比較，相互修正，相互補充。⑤重新回到抽象的模型上，從模型與生物活體—運動中的人體區(qū)別中，確定研究結論的局限性與適用范圍。1 ①建立人體力學模型在生物力學研究中起到了由“生物學——力學”的橋梁作用；②力學的研究對象是物體，其內部結構清晰明朗，對它的研究結果要求準確化；而生物學的研究對象是活體，其自身包括許多運動器系系統(tǒng)，內部結構復雜多變，很難將其準確量化。③在運動生物力學學科中將兩者結合為一門學科進行研究，便體現(xiàn)了兩者的矛盾，人體力學模型的出現(xiàn)，從中起到了由“生物學——力學”的橋梁作用，它將人體或人體的某些環(huán)節(jié)簡化為力學模型，使其簡單化，符合力學研究原理，解決了兩者之間的矛盾。種類：①質點：只有質量的大小，而無形狀的大小的模型。②剛體：在任何條件下都不變形的物體稱之為剛體。③實體模型：把人體的200多個環(huán)節(jié)簡化為15個環(huán)節(jié)的模型。1答：關節(jié)軟骨是一種粘彈性、多孔、可滲透材料，在應力作用下，液體可以在組織中流進流出。關節(jié)軟骨自身沒有血管系統(tǒng)，其營養(yǎng)物吸入是由關節(jié)軟骨受力后的形象來實現(xiàn)的。具體為：（1） 關節(jié)為靜止狀態(tài)時，關節(jié)軟骨不發(fā)生形變，無營養(yǎng)物質吸入；（2） 人體運動時，關節(jié)軟骨受壓變薄，液體被擠出軟骨；（3） 放松或關節(jié)伸展時，關節(jié)軟骨象海綿一樣膨脹變厚，將營養(yǎng)物質從骨和關節(jié)腕液中吸入，使關節(jié)軟骨獲得所需營養(yǎng)，這種機制稱之為關節(jié)軟骨營養(yǎng)的滲透循環(huán)。1答：關節(jié)腔的潤滑，關節(jié)軟骨的營養(yǎng)主要是靠關節(jié)軟骨自身的海棉狀壓縮一膨脹的液體吸入來完成，其力學條件是承重受壓和壓力完全解除。即關節(jié)功能的保持，提高和營養(yǎng)的提供來自并取決于適宜的運動。對運動訓練和健身運動的指導和提示是： （1）在長期進行，大運動量，在強度、重負荷、超負荷的各種體能和動作技能訓練時，注重和強調正確合理的技術動作完成訓練，防止關節(jié)受傷。訓練后保證關節(jié)的完全放松和恢復時間，并積極采用多種符合關節(jié)軟骨材料性能和力學性能的恢復措施。 （2）長期堅持適宜的健身運動，在健身運動中，盡量選擇滿足全身各關節(jié)合理受力的運動內容和運動方式。（3）少運動或不運動，關節(jié)軟骨的營養(yǎng)跟不上，力學功能減退，導致“關節(jié)生銹”。過量運動，不注意關節(jié)軟骨受壓后形變的恢復，久而久之，可能會導致關節(jié)軟骨的慢性勞損。1答：希爾方式提示，當骨髂肌收縮時；肌肉力量增加，相對應的是肌肉收縮速度減??；反之，肌肉力量減小時，肌肉的收縮速度增大。對力量訓練的指導及提示主要有以下幾點：（1） 肌肉最快速度收縮時，不可能產生最大的肌肉力量。（2） 肌肉收縮產生最大肌力時，肌肉收縮速度不會盡快。（3） 發(fā)展肌肉力量，應盡量增加訓練負荷。（4） 發(fā)展肌肉快速收縮能力時，應安排適宜的輕負荷力量訓練。（5） 肌肉速度性力量和相應的最大功率輸出能力的發(fā)展，則應合理安排力量和速度的組織訓練。答：腰椎間盤是由腰椎間盤由纖維環(huán)髓核，上下椎體的終極構成的一個完整的充有液體的彈性系統(tǒng)。椎體的終板，是玻璃樣關節(jié)軟骨，在堆間盤上方和下方，形成椎間盤頭、尾的壁。具有形變滲透功能。腰椎間盤的外壁由彈性纖維的纖維環(huán)構成，纖維環(huán)纖維彼此層層斜向交叉，環(huán)繞上下兩端維體終板周緣，附著于椎體。纖維環(huán)中間包繞著髓核。髓核與椎間盤基質，為膠狀液體，具有吸附液體，保持水平衡及髓核內壓的功能。腰椎間盤的主要生物力特征： （1）纖維環(huán)纖維是彈性纖維，形變能力超過自身長度一倍，椎間盤的彈性來源于纖維環(huán)而不是髓核。斜狀交織的纖維環(huán)可使椎體骨之間產生“搖椅”狀運動、旋轉運動和平動。