人体的基本运动原理可分为杠杆、关节活动顺序性、鞭打动作、缓冲与蹬伸、摆动动作和相向运动等六大原理。
(一)杠杆原理
在解剖生物力学中,能够构成杠杆的物体性状相当复杂。杠杆也就是在力的作用下能绕一个固定的支点或支撑轴转动的坚硬物,人体的动作是以骨骼当作杠杆、关节当作支点,而肌肉收缩的方向为作用力或拉力方向所形成的杠杆系统。坚硬的骨头好比一根没有弹性的棒子,在肌肉拉力(动力)的作用下能绕关节轴(支点)作用,并克服阻力而做功。由于其作用的形式与杠杆相同,故称为骨杠杆。
杠杆的构成要素(包括:施力点、支点、阻力点及力臂)
从上式可以看出,想要使杠杆达到平衡,动力臂是阻力臂的几倍,动力就是阻力的几分之一,也就是当杠杆的一端发生较小变化时,其另一端则会发生较大变化。杠杆原理之所以会发生作用,是由于支点的存在。
那么杠杆究竟发挥了多大的作用呢?可以用杠杆系数来反映,通常我们只需要使用较小的力(Fb)就可以移动重于其几倍的物体Fa,这个倍数(Fa/Fb)就是杠杆系数。杠杆系数包括静态杠杆系数和动态杠杆系数。
1、杠杆原理及其在运动实践中的应用
杠杆依三要素之位置排列,而分成平衡、省力和费力(速度)三种杠杆。
第一类杠杆属于平衡杠杆,支点在中央,当抗力臂大于施力臂时有利于速度的产生,但当抗力臂小于施力臂时,则有利于力量的产生,如颈椎关节。
虽然身体中也有许多肌肉是不透过杠杆也能够作用的,如动脉的肌肉和括约肌,但对体育运动中直接涉及的杠杆有基本的认知,才不易造成伤害。
杠杆原理亦称杠杆平衡条件。杠杆平衡是包括杠杆处于静止状态或匀速转动的状态。要使杠杆平衡,作用在杠杆上的两个力矩(力与力臂的乘积)大小必须相等。即:动力×动力臂=阻力×阻力臂,用公式表示为F1·L1=F2·L2。
第二类杠杆属于省力杠杆,抗力点在中央,其特点是施力臂长于抗力臂,虽然省力但比较费时,利于力量而不利于速度与运动范围,比如踝关节。生活中的省力杠杆有扳手、钳子、拔钉器、开瓶器、铁皮剪刀、钢丝钳、指甲剪等。
第三类杠杆属于费力杠杆,施力点在中央,其特点与第二类杠杆刚好相反,是抗力臂长于施力臂,省时费力,利于速度和范围而牺牲力量,如肘关节。生活中常见的有镊子,手臂,鱼竿等。
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