标题：运动生物力学
概述
运动生物力学
sports biomechanics 或 Biomechanics in Sports
应用力学原理和方法研究生物体的外在机械运动的生物力学分支。狭义的运动生物力学研究体育运动中人体的运动规律。按照力学观点，人体或一般生物体的运动是神经系统、肌肉系统和骨骼系统协同工作的结果。神经系统控制肌肉系统，产生对骨骼系统的作用力以完成各种机械动作。运动生物力学的任务是研究人体或一般生物体在外界力和内部受控的肌力作用下的机械运动规律，它不讨论神经、肌肉和骨骼系统的内部机制，后者属于神经生理学、软组织力学和骨力学的研究范畴（生物固体力学）。在运动生物力学中，神经系统的控制和反馈过程以简明的控制规律代替 ， 肌肉活动简化为受控的力矩发生器，作为研究对象的人体模型可忽略肌肉变形对质量分布的影响，简化为由多个刚性环节组成的多刚体系统。相邻环节之间以关节相连接，在受控的肌力作用下产生围绕关节的相对转动，并影响系统的整体运动。
对于人体运动的研究最早可追溯到15世纪达·芬奇在力学和解剖学基础上对人体运动器官的形态和机能的解释。18世纪已出现对猫在空中转体现象的实验和理论研究。运动生物力学作为一门学科是20世纪60年代在体育运动、计算技术和实验技术蓬勃发展的推动下形成的。70年代中H.哈兹将人体的神经-肌肉-骨骼大系统作为研究对象，利用复杂的数学模型进行数值计算，以解释最基本的实验现象。T.R.凯恩将描述人体运动的坐标区分为内变量和外变量，前者描述肢体的相对运动，为可控变量；后者描述人体的整体运动，由动力学方程确定。这种简化的研究方法有可能将力学原理直接用于人体实际运动的仿真和理论分析。由于生物体存在个体之间的差异性，实验研究在运动生物力学中占有特殊重要地位。实验运动生物力学利用高速摄影和计算机解析、光电计时器、加速度计、关节角变化、肌电仪和测力台等工具量测人体运动过程中各环节的运动学参数以及外力和内力的变化规律。
在实践中，运动生物力学主要用于确定各专项体育运动的技术原理，作为运动员的技术诊断和改进训练方法的理论依据。此外，运动生物力学在运动创伤的防治，运动和康复器械的改进，仿生机械如步行机器人的设计等方面也有重要作用。同时还为运动员选材提供了依据。
研究方法的分类
运动生物力学从研究的形式上，可分为理论研究方法和实验研究方法两大类，实验研究方法又分实验室测量法和运动测量法。从研究的领域上，可分为物理学研究方法、生物学研究方法和系统研究方法。从研究材料的来源上可分为原始资料数据的采集整理和资料分析方法。研究运动项目主要以运动学和动力学研究方法为主，生物学的研究方法为辅，综合运用多种实验手段。 美国的理查德·C.尼尔森把运动生物力学的研究方法大致概括为如下五种：（1）研究特定的运动项目或其中的某一环节的生物力学，这种主要对于运动员、尤其是只对某一运动专项感兴趣的教练员非常有用。（2）研究多个运动项目中共同包含的运动动作（如着地、起跑等动作）的生物力学。最大好处是建立一种一般性的理论，这个理论是建立在经典力学定律之上，或是建立在共同的神经控制模式之上。（3）被称为运动生物力学的评定方法，如从能耗观点去评价运动技术的优劣等。（4）指对某一专项运动所涉及的生理学、运动学、动力学以及专项特点等有关方面进行综合考虑。（5）讨论在运动中人体器官的生物力学。 中国的周里将研究的方法分为高速摄影（二维与三维）、录像、测力、肌电、肌力测试系统、同步测试、理论分析和CT、核磁共振其他方法。[1]
研究方法的发展
未来数年运动生物力学的研究方法发展趋势可归纳为： 1.竞技体育技术测试研究方法的发展趋势，是向着适合于各个运动项目需要的、能现场及时反馈测试分析结果的仪器设备与方法和提供详细测试分析报告的仪器设备与方法两条并行的途径发展。（1）三维跟踪摄像、摄影测量方法的推广；（2）摄像、摄影精度逐步提高；（3）三维摄像、摄影测量逐步普及；（4）影像测量点识别、采集的自动化；（5）足底压力分布测试三维化；（6）运动技术测试仪器专项化、反馈快速化；（7）数学力学模型和人体运动仿真使用化等；以后主要是对经典力学分析、力学模型研究、运动技术最佳化、人体运动仿真、肌肉力学模型等方面进行重点研究，使研究方法和测量手段进一步向科学化和合理化发展。2.关于模型参数的选择和确定，取决于参数的功能，即区分敏感参数和常规参数，并且使这些参数定量化和具有可比性。关于数据采集，首先是数据采集的标准化，然后是对数据进行力学分析和评价，更重要的是对所采集的数据进行模型模拟，因为模型模拟可以产生有关自变量对应变量影响的系列信息，并建立两类变量之间的数—力关系，从而为技术分析、技术控制和技术最佳化提出预测，为运动损伤、康复手段的选择提供方案。 3.运动器系的力学负荷、负荷分布和负荷能力以及运动器官、组织和系统的材料力学是预防生物力学的基础。重力、支持力、相互作用力、介质阻力以及摩擦力可作为对运动器系的负荷。通常使用但并未充分证明是否可靠的指标有最大力、最大加速度、最大力矩、最大力梯度以及冲量、角冲量和它们的持续时间。所谓“最大”值也只是相对极限值。人体机能代偿能力的储备性决定了绝对最大值是不可计测的。近年来关于运动器械，包括鞋、服装方面的生物力学研究已引起人们的重视，这将是一个很有吸引力且富有商业价值的领域。 4.测量技术、遥测技术和肌肉动力学测量技术（包括离体或在体肌肉动力学测量过程）将成为今后发展的重点，实验方法与理论模型相结合的综合研究日趋增加，主要趋向是遥测无线部分数据发射与数据采集装置的小型化和测量过程及结果分析的快速化。[1]
图书信息
  书 名: 运动生物力学
作　者：陆爱云 
出版社： 人民体育出版社
出版时间： 2010年06月
ISBN: 9787500937203
开本： 16开
定价: 36.00 元
内容简介
《运动生物力学》是根据全国体育院校教材建设规划的要求并结合教学的实际需要，在总结及参考国内外教材的基础上编写而成。
本教材按照全国体育院校教材委员会的要求， 由上海体育学院主持，全国部分体育学院和师范大学体育学院的运动生物力学教师协作编写而成。第一章《绪论》 由刘宇教授编写；第二章《人体动作结构的生物力学基础》由陆阿明、周里、杨金田教授编写；第三章《人体运动技术分析的生物力学原理》 由郭静茹、陆阿明、周继和、陆爱云教授编写；第四章《运动技术分析的一般方法与测量手段》由潘慧炬教授、伍勰副教授编写；第五章《人体运动技术的生物力学分析》 由周继和、钱竞光教授、伍勰副教授编写；第六章 《运动器系的生物力学与损伤》 由张胜年副教授、周里、陆爱云教授编写；第七章《肌肉力量训练的基础和应用》 由张胜年副教授、郑澜、陆爱云教授编写。陆爱云、陆阿明、刘宇教授、张胜年和伍勰副教授对全书内容进行了串编，并最后进行了修改定稿。邹亮畴、严波涛教授参与了教材编写纲目的讨论，对教材体系的改编提出了有益的意见：本教材在编写过程中得到上海体育学院和人民体育出版社有关领导的关心与支持，此外还得到其他多方面同仁的协作，在此一并表示深切的感谢。
图书目录
第一章 绪论
一、运动生物学的概念
二、运动生物学的任务
三、运动生物学的课程内容及研究方法
四、运动生物学的应用实例
五、运动生物学的历史回顾与发展
第二章 人体动作结构的生物力学基础
第一节 人体动作结构的基本形式
一、人体动作结构和动作系统
二、人体基本运动动作形式
第二节 人体运动的复杂性
一、人体运动器系的机能特征
二、骨、关节、肌肉的相互作用
第三节 人体简化模型与惯性参数
一、人体简化模型
二、人体质心
三、人体转动惯量
第三章 人体运动的生物力学原理
第一节 人体运动的时空特征分析
一、人体运动的表现形式
二、人体运动的时空特征
三、人体运动的描述
第二节 人体运动的平衡与稳定
一、人体平衡的力学条件
二、体育运动中的人体平衡
第三节 人体运动的改变及其原因
一、人体运动中的内外力及其关系
二、人体或器械运动状态的改变及其规律
第四节 人体运动的功能及其转化
一、功与能
二、体育运动中的功能转换
三、影响速度的力学因素
第五节 体育运动中的流体力学
一、流体力学基本知识
二、水对人体的阻力和动力
三、空气对人体的作用
四、空气对器械的作用
第四章 动作技术分析的一般方法与测量手段
第五章 动作技术的生物力学
第六章 运动器系的生物力学与损伤
第七章 肌肉力量训练的基础理论与应用
附录1 三角函数表
附录2 人体惯性参数
附录3 人体运动特征指标
附录4 希腊字母表
参考文献
……