体育学院理论课教案本 - 图文
更新时间:2024-03-05 05:36:01 阅读量: 综合文库 文档下载
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体育学院理论课教案本
课程名称 运动生物力学 学年学期 08-09第1学期 任课教师 赵 焕 彬 系 年级 班 第 次课 时间 内 容 目 标 内容提要:生命在于运动。人体的运动的特点是,在意识控制下,一方面遵循力学的普遍规律,另一方面具有其特殊的复杂性。本章从力学结构及运动对这些运动器官的影响两个方面介绍骨、关节、肌肉的生物力学特性。 教学目标:使学生理解骨、关节、肌肉的生物力学特性。掌握运动对骨、关节、肌肉的生物力学特性影响。 重点掌握肌肉的力学特性,为正确分析人体动作奠定理论基础。 教 学 重 点 参考资料 与仪器等 讲 稿 提 纲 第三章 骨、关节、肌肉的生物力学 第一节 骨的生物力学 一、骨的生物力学特征 二、运动对骨的力学性能的影响 第二节 关节生物力学 一、关节的生物力学特征 二、运动对关节力学性能的影响 第三节 肌肉生物力学 一.骨骼肌的力学特性 二.运动对肌肉力学性能的影响 讲 稿 内 容 第三章 骨、关节、肌肉的生物力学 第一节 骨的生物力学 人体共有206块骨,其功能是对人体起支持、运动和保护的作用。骨的外部形态和内部结构不论是从解剖学还是生物力学的角度来看,都是十分复杂的。这种复杂性是由骨的功能适应性所决定的。骨的功能适应性,是指对所担负工作的适应能力。从力学观点来看,骨是理想的等强度优化结构。它不仅在一些不变的外力环境下能表现出承受负荷(力)的优越性,而且在外力条件发生变化时,能通过内部调整,以有利的新的结构的形式来适应新的外部环境。 一、骨的生物力学特征 (一)骨对外力作用的反应 1.骨对简单(单纯)外力作用的反应 (1)拉伸:拉伸载荷是自骨的表面向外施加相等而反向的载荷,在骨内部产生拉应力和拉应变。例,单杠悬垂时上肢骨的受力。 (2)压缩:压缩载荷为加于骨表面的向内而反向的载荷,在骨内部产生压应力和压应变。例,举重举起后上肢和下肢骨的受力。 (3)弯曲:使骨沿其轴线发生弯曲的载荷称为弯曲载荷。在弯曲负荷下,骨骼内不同时产生拉应力(凸侧)和压应力(凹侧)。在最外侧,拉应力和压应力最大,向内逐渐减小,在应力为零的交界处会出现一个不受力作用的“中性轴“。例,负重弯举(杠铃)时前臂的受力。 (4)剪切:标准的剪切载荷是一对大小相等,方向相反,作用线相距很近的力的作用,有使骨发生错动(剪切)的趋势(图3-1),在骨骼内部的剪切面产生剪应力。例,人体运动小腿制动时,股骨髁在胫骨平台上的滑动产生剪应力。 (5)扭转:骨骼受到外力偶的作用而受到的载荷,在骨的内部产生剪应力。例,掷铁饼出手时支撑腿的受力。 2.骨对复合(实际)外力作用的反应 在人体运动中,受到纯粹的上述某一种载荷的情况很少见,大量出现的是复合载荷。复合载荷即是同时受到上述两个或两个以上的载荷作用(分别以人行走和小跑时成人胫骨前内侧面的应力为例)。 (二)骨结构的生物力学特征 骨的结构被广泛认为通过进化过程得到了最优化的设计:即在特定的载荷环境下得到重量最轻的结构。以下从结构优化的角度分三个方面介绍骨结构的生物力学特征。 1.各向异性 由骨内部解剖结构易见骨是一种复合材料结构。复合材料结构的特点就是各向异性,即其力学性能具有较强的对成分和结构的依赖性。应该注意的是,同一块骨的不同部分的力学性能是有差别的(以股骨密度和强度的等高线为例)。 2.壳形(管形)结构 分析表明,骨以其合理的截面和外形而成为一个优良的承力结构。以长骨为例加以说明。 (1)弯曲载荷下长骨结构的优化 (2)扭转载荷下长骨结构的优化 3.均匀强度分布 骨具有强度大,重量轻的特点。如果引入比强度(极限(最高)强度除以比重)和比刚度(弹性模量除以比重)的概念,则可以见到骨的比强度接近于工程上常用的低碳钢,而骨的比刚度可达到低碳钢的三分之一。 二、运动对骨的力学性能的影响 (一)适宜应力对骨的力学性能的良好影响 1.体育锻炼对骨的力学性能的良好影响 长期坚持体育锻炼,可使骨密质增厚,骨变粗,骨面肌肉附着处突起明显,骨小梁的排列根据拉(张)应力和压应力的方向排列更加整齐而有规律。随着形态结构的变化,骨变得更加粗壮和坚固,抗弯曲、抗压缩和抗扭转载荷的能力都有提高。当体育锻炼停止后,骨所获得的变化就会慢慢消失。因此,体育锻炼应经常化,锻炼的项目要多样化。专项训练与全面训练相结合。 2.不同运动项目对骨的力学性能的影响 大量横向和纵向研究表明,负重和冲击性体育运动项目(如跑、跳、投、田径项目、网球和垒球等球类项目)均有助于增加峰值骨量。研究显示,负重运动如跑步可显著增加下肢骨密度,而对非负重的前臂则无影响。网球运动员击球臂骨投射密度增加,用定量CT 测定后发现,运动训练效果主要是使松质骨结构与密度得以改善与提高,能有效增加骨干横断面或横断面惯量矩(骨壁增厚和骨径的增大)。研究表明,体育锻炼的项目不同,对人体各部分骨的影响也不同。经常从事下肢活动的跑、跳项目的运动员,对下肢骨影响较大,对上肢骨影响较小。而经常练习举重的运动员,对上肢和下肢的影响都较大。又如从事多年训练的跳远运动员,踏跳脚的第二跖骨直径增大,芭蕾舞演员的第二、第三跖骨的骨密质,足球运动员第一跖骨的骨密质都有增厚。拳击运动员桡骨骨密质也明显增厚。 3.适宜应力原则
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