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1、单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,運動生物力學原理與應用,美和技術學院,廖逢錦 博士,第1页,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一門科學(hay,1993),第2页,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,
2、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,第3页,運動生物力學發展方向,找尋各種運動最正确技術,:定性分析與定量分析,探究肌肉骨骼系統,最正确用力,方式,:槓桿原理、力學特征、,協調,。,運動器材方面研究,:增進成績、預防傷害(跑鞋.標槍),研究方法發展,:同时分析、資料修勻方法,生物力學儀器發展,:,儀器不斷更新,、資料處理時間縮短,第4页,運動學(kinematics),只,描述,物體運動，,不考慮引发運動之原因力,之研究,。,運動學之,參數,(kinematic parameter),時間(time)
3、,位移(displacement),速度(velocity)v=,x/t,加速度(acceleration)a=,v,/t,第5页,動力學(kinetics),討探力與運動之間關係研究,牛頓第二運動定律 f=ma,衝量動量等式定律 f t=m v,第6页,平衡與穩定原理(principles of balance and stability),重心,平衡種類,影響平衡原因,力矩,第7页,人體重心（一）,重心(center of gravity,cog),身體各部位受到地球引力作用,把各個部位引力加起來，這些引力协力作用點就是cog。,重心受年齡、性別、身體結構影響,cog是身體最大肌力所在，是
4、產生大力量原點。,人體站立時重心在第二薦椎前方一吋處。,第8页,人體重心（二）,第9页,平衡種類,穩定平衡,無論物體怎样移動，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。,第10页,影響平衡原因,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，
5、增加物體穩定性。,第11页,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，使重心靠近握點，縮小力臂,向下力矩大於向上力矩，故能旋轉不停,第12页,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。,不论外力作用於物體何處，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位置時。,不论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距離。,加速度指單位時間內速度增加量。
6、,減速度指單位時間內速度減少许。,第13页,動量,（momentum）,一個運動中物體之直線動量，等於物體質量與其速度乘積。,直線動量()m(質量)v(速度)。,影響直線動量原因包含物體質量與物體速度,要改變一個物體動量，就必需給予一個動量，一個正(加速)力量可使動量增加，一個負(減速)力量會使物體動量減少，假如淨力量為零，則物體動量不會改變。,第14页,衝量(impulse),衝量 j=f t 表示作用力(f)持續作用一段時間t累積效應。,力量與力量作用時間乘積稱為衝量。,衝量-動量定理,f t=m v,一個力量衝量等於其所產生之動量變化。在相同動量條件下，力量與力量作用時間成反比。,所以，
7、只要衝量保持不變，能够用時間來換取力量。,牛頓運動定律,（newtons laws）,第15页,牛頓運動定律,(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,。,第16页,槓桿(levers)運作模式,lever:是一種簡單機械，其設計是為了提供一個力量時，可
8、用來改變力量大小及方向。,目标: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17页,第一型槓桿,支點可以移動位置，以達不同目,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18页,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。,第19页,臀摔槓桿原理,第20页,第三型槓桿,力點在重點和支點之間，力
9、臂小於阻力臂。,利於速度、運動範圍，不利於力量。,持拍、棒、棍擊球動作；划船、撐竿動作；踢球動作。,第21页,走路生物力學（一）,stride length,：同一腳兩次接處地面間距離。,stride frequency,：時間內步數。,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),第22页,走路生物力學（二）,stance phase(,站立周期),heel strike foot flat mid sta
10、nce heel off toe off,swing phase,(擺動周期),initial swing（加速）mid swing terminal swing（減速）,第23页,跑步和走路差異,跑需要較大平衡,無雙支撐期,飛程期,跑需要較大肌力,肌肉必須快速而有力收縮,跑需要較大動作範圍（旋轉）,跨步與跑步動作幅度大且快,跑時軀幹較前傾,第24页,走路與跑步grf比較圖,第25页,游泳生物力學,浮力(buoyancy),即身體浸入水中時，使身體飄浮力量。,浮力大小需視骨骼與肌肉佔總重量百分比而定。,根據阿基米德原理(archimedes principle)，作用於沈入液體中物體浮力大小等
11、於其所排出液體等體積重量。,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水波阻力,（波浪阻力）,。,漩渦產生阻力,（亂流阻力）,。,第26页,蛙泳窄蹬腿為何較快？,第27页,第28页,有效人體力學之基本原則,物體靠近身體重心,較寬支撐基底,足部位置隨著運動方向而調整,舉起物體時應防止扭轉,儘可能以推、拉、旋轉、滑等方式來代替抬起物體。,使用 power position,第29页,power position,power position,使用“power position”動作要點,膝微彎,上身前傾,
12、背打直,胸和頭保持正直,第30页,謝謝聆聽,敬請指教,第31页,習題,1.跑步和走路差異何在？,2.何謂牛頓運動定律？請分述之。,3.第一類型槓桿，是支點、力點、重點其中那一點在中央？,4.第二類型槓桿，支點、力點、重點三點槓桿中那一點在中央？又那種運動是運用這型槓桿?,5.第三類型槓桿，支點、力點、重點三點槓桿中那一點在中央？又那種運動是運用這型槓桿?,第32页,運動生物力學原理與應用,美和技術學院,廖逢錦 博士,第1页,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)整合而成一門科學。,運動生物力學
13、: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一門科學(hay,1993),第2页,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,第3页,運動生物力學發展方向,找尋各種運動最正确技術,:定性分析與定量分析,探究肌肉骨骼系統,最正确用力,方式,:槓桿原理、力學特征、,協調,。,運動器材方面研究,:增進成績、預防傷害(跑鞋.標槍),研究方法發展,:同时分析、資料修勻方法,生物力學儀器發展,:,儀器不斷更新,、
14、資料處理時間縮短,第4页,運動學(kinematics),只,描述,物體運動，,不考慮引发運動之原因力,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,第5页,動力學(kinetics),討探力與運動之間關係研究,牛頓第二運動定律 f=ma,衝量動量等式定律 f t=m v,第6页,平衡與穩定原理(principles of balance and stability),重心,平衡種類,影響平衡原因,力矩,第7页,人體重心（一）,重
15、心(center of gravity,cog),身體各部位受到地球引力作用,把各個部位引力加起來，這些引力协力作用點就是cog。,重心受年齡、性別、身體結構影響,cog是身體最大肌力所在，是產生大力量原點。,人體站立時重心在第二薦椎前方一吋處。,第8页,人體重心（二）,第9页,平衡種類,穩定平衡,無論物體怎样移動，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。,第10页,影響平衡原因,重心在支撐基底面內,支撑基底:身體和支撐表
16、面之間所圍成面積。,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。,第11页,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，使重心靠近握點，縮小力臂,向下力矩大於向上力矩，故能旋轉不停,第12页,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。,不论外力作用於物體何處，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位置時。,不论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距離。,加速度指單位時間內速度增加量。,減速度指單位時間內速度減少许。,第13页,動量,（momentum）,一個運動中物體之直線動量，等於物體質量與其速度乘積。,直線動量()m(質量)v(速度)。,影響直線動量原因包含物體質量與物體速度,要改變