运动生物力学的基本原理Ⅰ：如何描述人体动作

运动生物力学的基本原理

我们将对以下知识进行介绍：

●人体运动。

●力学名词：

〇运动学和动力学；

〇线性运动和角运动；

〇静态力学和动态力学。

●运动生物力学在抗阻训练中的应用。

●运动生物力学的评估。

我们将会讲解如何对人体动作进行描述，也就是讲解如何描述人体在进行训练或体育运动时的运动情况。对运动生物力学进行说明的关键是将运动学和动力学的动作进行分类。为了与主题（「运动生物力学」教程）保持一致，我们对这些基础原理的应用进行说明。

Ⅰ.如何描述人体动作

对运动生物力学的研究包含了很多门学科的知识和很多专业术语。在２０世纪７０年代早期，最常用的描述人体动作的术语来自生物力学学科。生物力学是生物、人体生理系统和力学原理的综合学科。我们将使用这些标准参考系统对人体运动涉及的力学原理进行讲解。在解剖学参考系统中，使用力学原理描述人体动作的关键因素是运动学和动力学的相关特征。

运动学和动力学

运动学描述了人体的动作，也就是事物移动的方式，包括不同体形的运动员的动作顺序，或是对运动距离、速度和加速度等变量的评估。

动力学描述了产生动作的力或在运动中产生的力，包括地面反作用力、弹力、转矩和内部肌肉收缩产生的力。另一种辨别运动学和动力学的方法是：运动学会对人体动作进行描述，而动力学会对人体动作的成因（或效果）进行描述。

线性运动和角运动

事物的运动形式可以分为３种。

●线性运动（直线运动）。

●角运动（弧形运动或扭转运动）。

●线性运动与角运动的混合体，通常被称为一般运动。

运动学和动力学都可以描述和定义人体的线性运动和角运动。

在体育项目中，一般运动是最常见的运动形式。角运动往往是运动的主导形式，因为运动员需要完成的动作常常是挥动四肢或绕关节进行扭转的结果。

线性运动是指动作的运动轨迹呈直线的运动。当物体的移动或是运动员的移动满足如下条件时，那么线性运动也可被称为平移。

●同样的距离。

●同样的方向。

●同样的时间段。

可想而知，平移在运动员的运动中很少出现，因为运动员身体的某些部分常常比其它部分移动得更快，且并不总是朝同一方向移动。比如，在１００米短跑比赛中，运动员都想要以起点至终点的最短路线完成运动，而最短的路线正是起点至终点的直线。但是，冲刺动作是由四肢以关节为中心的旋转产生的，而且在运动过程中运动员的重心会不断地上下移动。

描述角运动的术语有很多。例如教练常常使用的旋转、扭转、挥动、转圈、转向、脚尖旋转、翻滚和扭动。这些词都代表着物体或运动员正在以某个角度或多个角度进行角运动。在体操、滑板、篮球、跳水、花样滑冰一类的运动中，运动员使用的动作包括转体四分之一周（９０度）、转体半周（１８０度）、转体一周（３６０度）。风车扣篮就是指篮球运动员（以肩关节为轴，将上肢）３６０度旋转后，将球扣入篮筐。

角运动需要绕旋转轴进行旋转才能完成，运动员可以将旋转轴当作车轮的轮轴或是门上的蝴蝶铰。人的身体中有许多关节，它们都可以作为运动的旋转轴。最明显的旋转动作发生在手臂和双腿处：上臂以肩关节为旋转轴，前臂以肘关节为旋转轴，手部则以腕关节为旋转轴；髋关节是腿部运动的旋转轴，膝关节是小腿动作的旋转轴，而踝关节是脚部运动的旋转轴。走路和跑步等动作，需要运动员四肢各部分（如脚、小腿和大腿）以各关节为旋转轴进行扭转，共同完成动作。

由于角向旋转以关节为中心，因此四肢的长度就成了决定动作完成的效率高低的关键。在人体的发育过程中，每个人的四肢长度都会发生改变且每个人的情况都各不相同。这种长度和外形上的区别使运动器材的大小也各不相同。最常见的例子就是儿童使用的运动器材的尺寸与专业运动员使用的运动器材的尺寸完全不同。

所有的人体运动都可以被称为一般运动，一般运动是线性运动和角运动的混合体。即使是仅需要运动员保持某一姿势的运动，其中也包含着很多线性运动和角运动。

●体操运动员在横杆上保持平衡是很好的例子。体操运动员在保持平衡时，身体仍然在进行着轻微的移动，这样的移动中包括了一些线性运动，但是主要运动依然是以关节和接触横杆的脚部为中心的角运动。

●跳台滑雪运动员为了尽可能减少空气阻力、加大加速度，会在出发前保持蹲伏姿势。保持蹲伏姿势向下滑动是线性运动的典型例子。但是运动员并没有在整个过程中一直保持这个身体姿势，且向下滑动的轨迹也并非完全呈直线。运动员在运动过程中做出的任何动作都具有角运动的特征。

也许轮椅竞速赛才是最直观的角运动与线性运动的混合体。在轮椅竞速赛中，运动员的手臂需要旋转轮子，形成挥舞式的角运动。轮椅的运动带着轮椅和运动员一同前进，从而运动员和轮椅可以完成线性运动。同时，轮子和运动员的手臂正在进行角运动。角运动和线性运动的混合体就是一般运动。

静态力学和动态力学

描述人体动作的最后一种方式就是将运动生物力学分为静态力学和动态力学。静态力学和动态力学也是力学的经典分支，就像运动学和动力学、线性运动和角运动一样。人体的某个动作可能会完全符合力学中的一个分类，也可能不会完全符合。但是，人们需要使用这样的分类对人体运动进行观察和评估。

●静态力学所描述的动作的运行状态恒定不变，包括以固定速度运动或是完全静止不动（因为静止也是一种恒定的状态）。

●动态力学所描述的动作的运行状态不断发生改变，包括速度的增加。需要注意的是，动作中发生的所有改变都是加速度（或减速度）的一种。

体育应用

借助运动器械提升速度

人类通常无法像动物那样快速地奔跑，但是当运动员使用球棒、球拍或球杆进行击打时，击打产生的球速是非常快的。棒球和垒球的投手常常可以产生超过１６０千米／小时的投掷速度；优秀的跳跃发球可以使排球在离开运动员手部时，获得１２０千米／小时至１２９千米／小时的速度；网球中的发球动作可以产生２０９千米／小时以上的速度；冰球中的击打动作可以带来高达２０１千米／小时的速度；高尔夫中的发球动作可以带来２４１千米／小时左右的速度；羽毛球中的击打动作可以带来２７０千米／小时的速度。相比之下，最快的速度是回力球中的击打动作带来的速度，为２９０千米／小时以上。

知识小结

人体动作描述

●运动学对动作进行描述，也就是描述事物是如何移动的。

●动力学对产生动作的力或在运动中产生的力进行描述。

●运动可以是线性运动（运动轨迹呈直线）、角运动（运动轨迹呈圆弧或以旋转形式进行运动）或二者混合。

●静态力学对运动状态恒定的动作进行描述。

●动态力学对运动状态不断发生改变的动作进行描述。

这些力学描述词都可以应用到如抗阻训练一类的领域中。