生物力学研究方向
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生物力学研究方向范文第1篇
【关键词】皮划艇（静水）；项目特征；生物力学；研究应用
一、前言
皮划艇（静水）200m作为全新纳入奥运会中的比赛项目。其相比较于500米以及1000米而言，距离更短，竞争也相对更为激烈，因此该项目对于运动员的技术以及素质有着更高的要求，使得该项目的运动特征受到了大量运动员以及科研人员的重视。研究项目特征以及生物力学有着极为现实的意义，对我国的体育竞技水平有着极大的促进作用。
二、项目特征研究
1.运动环境
作为水上运动中的一个项目，皮划艇项目中的艇和人的重心在上面，浮力中心则在下面，一旦出现偏差便会出现翻转力矩，导致人艇系统将会持续在不平稳状态。该项运动要保证运动员在不平衡过程中可以很好的控制身体姿势，运用正确的划桨动作使艇得到水的推动力[1]。若艇处于不平衡状态中，为了使艇可以平稳而快速的前进，将对运动员的身体控制能力以及平衡力有着极高的要求。
2.运动属性
该项目一般的比赛时间处于40s～60s间，和300米短跑所需时间相近，然而却和短跑要克服重力进行大肌肉群做工有所不同，皮划艇不需要进行承受重力，因此肌肉群的负荷较小。主要是进行磷酸原系统以及乳酸糖酵解进行供能，主要是进行无氧供能，消耗的全部能量中仅仅有10%～20%为有氧供能，比赛全程是一种力竭性做功过程[2]。皮划艇作为一项快速无氧为主进行周期性的项目，运动员对于耐力、速度力量、乳酸耐受力和最大力量等能力都有着极高的要求。
3.竞速结构
竞速结构就是在皮划艇比赛的整个过程中对各阶段所需速度加以分配以及节奏安排，研究人员通常将皮划艇全程分为起航、加速以及途中与冲刺四个部分。合理的竞速结构能够对运动员所具有的生物学机制进行最大程度的调动。由于皮划艇是一项水上运动，在处于静止过程中保持平衡非常困难，在起航前将会出现显著地晃动，所以要将比赛全程分为航前准备、冲刺、起航以及途中四个阶段。
航前准备阶段是使艇保持静止于水面上得到出发指令，但是由于皮划艇相对较窄，一旦运动员重心稳定性不佳，要想保证整体的平衡，便要调动大量的肌肉进行维持平衡，将会使划桨做功的肌肉量下降，对出发后的第一浆划行质量造成不利影响，最终对比赛成绩造成影响。所以航前准备对于平衡能力以及中心稳定性有着极高的要求。起航阶段是由静止不断加速至稳定状态，此时要保证一个合理的浆频，并非是浆频越快越好，一旦频率过快将会对体能造成极大的消耗。途中阶段此时艇速非常稳定，此阶段时间以及路程都很长，只有控制好浆频以及划桨节奏，确保一个稳定的途中速度，便要利用速度力量对途中速度加以不断的维持。冲刺阶段则要具有极强的爆发力，在确保每浆效果的基础上最大限度提升浆频，以此来取得最快速度，此时艇速呈现显著地提升。
三、生物力学方法应用和展望
运动生物力学对于竞技体育领域而言，主要是将其运用在合理的训练以及测试中，以技术角度实现对运动员的监控。主要的监控形式对运动员的实时运动技术动力学参数以及运动学参数进行测定，同时对参数做出诊断以及评价，以此作为指导运动技术所学的理论基础。录像解析作为运动学指标获取的主要手段，将划桨过程中的身体、艇速、浆角以及位移等方面的角度、角速度的变化情况加以分析，以此作为训练的技术支撑。在皮划艇前进过程中流水和浆叶间存在的相互作用不仅仅是主要的动力源，同时也是重要的阻力源，对水-浆作用力已经成为主要的动力学研究指标[3]。采用三维运动学能够将皮划艇中水面上的所有的运动指标进行获取，然而在皮划艇监控当中，对艇运动现象造成的原因解释主要是利用水流动力学，从而实现对运动技术进行正确的评价。
四、结语
皮划艇运动相比其他运动而言，对运动员所具有的平衡力以及身体控制能力有着较高的要求。作为皮划艇项目研究中最为关键的阶段，起航准备将对整个比赛成绩造成直接的影响。皮划艇运动对于运动员体能要求相对较高，要想提高比赛成绩，便要在体能的基础上对能量的利用率加以不断的提升。而生物力学将是一种完善运动技术的重要方式，也将是今后研究的重点内容。通过不断的研究提升我国的皮划艇竞技水平，使我国成为一个运动强国。
参考文献：
[1]赵云涛，曹妮娜.浅谈在动作和能量代谢视角下如何进行静水皮划艇项目训练[J].科技展望，2016，07（07）：266+268.
生物力学研究方向范文第2篇
摘 要：以运动和力学的紧密关系为依据，阐述运动生物力学与体育教学原理交融渗透、密不可分。以散打教学为切入点，对散打教学中运用生物力学知识的重要性，运动生物力学知识在散打教学中的应用做了浅析，得出在散打教学中传授生物力学知识，有助于教师选择正确的方法和手段，使教学合理、科学，提高教学质量目的，促进教师自身理论水平的提高。目的是为体育教学的改革的进一步深化提供参考。
关键词：生物力学 运动 散打 教学
散打是一种以腿法为主的武技，实战中步法的灵活运用对保证充发挥腿的威力，取得实战的胜利具有极其重要的意义。但在教学中由于教师忽视人体组织结构的解剖与生理特点，导致教学效果不明显，甚至学生运动性损伤等情况比比皆是。运动生物力学应用于散打教学，不仅有利于对动作的理解和分析，而且可以对动作技术推陈出新。在跆拳教学中，如何运用运动生物力学知识指导教学，这是我们散打教师和教练探讨的热点。
一、散打教学中运用生物力学知识的重要性
体育教学在向学生传授运动技术的同时，必须首先讲解运动技术的物力学特性，教会学生掌握合乎力学原理的技术动作，在掌握合理技术基础上，尽量使每个学生按照其自身特点去改进技术动作。在力的作用，人体和由人所带动的运动器械的运动状态要发生数值和方向上变化，要揭示运动发生的原因和变化的情况，就必须研究运动的动力学特征。力学的基本任务是研究物体的运动和物体受力的关系。散打教学中，任何技术动作都是在人体自身的外力与内力的整体作用下完成的，运动物力学是体育教学存在和发展的最重要的理论依据之一，体育教学与动生物力学原理交融渗透、密不可分。作为一名合格的体育教师，必须运动生理学、技能学、生物力学等基础知识都有所了解。而在这些基础性学科中，生物力学将使体育教师对人体运动的原理、影响人体运动的内力外力作用，以及使物体产生运动的原因等有更好的理解，可帮助体育教识别技术。更为重要的是体育教师在教学中结合运动技术讲授运动生力学知识，学生容易理解和掌握，克服了在教学中局限于对技术运动外的描述，能够有效分析技术动作的优劣。
二、运动生物力学知识在散打教学中的应用
（一）身体平衡的破坏
在散打搏击项群中并非始终要求提高身体稳度保持平衡状态，有时反而需要快速破坏自身或对方身体的平衡。
1.主动进攻与防守。散打运动中攻防交替变换频繁。然而无论进攻是防守都应体现一个“快”字，即身体或肢体要快速启动。要达到这一目的，运动员必须在有利于自己启动的方向上有意识的减小自身的稳度，以快速破坏平衡而提高启动速度。例如，某运动员在连续进攻中，前一进攻动作完成后如何为后一进攻动作奠定基础，使之便于身体动作加速，为肌肉正常工作创造条件就显得十分重要。防守中也是如此，既要考虑自身的稳度，又要注意为反击创造条件。如果防守时过分增大稳度是不利反击的。一般情况下主动降低自身的稳度，破坏其平衡的方法有：在提身体重心的同时将重心投影点移至支撑面的边缘处，或者改变步态减小
支撑面积，或者改变身体的姿势等，已达到降低身体在运动方向的稳定度的目的。
2.破坏对方的平衡。从力学角度看，双方在技术上的对抗实际上是双方在某一方向的稳定程度对抗。只要一方在某一方向的稳度明显大于对方的稳度，在一定的力矩作用下就能首先使对方失去平衡。根据影响身体平衡的因素我们知道，对方重心的投影点至支撑面边缘最近方向便是他身体平衡最不稳定的方向，若能抓住此时机沿此方向施力，很容易破坏对方身体的平衡。要想沿某一方向破坏对方的平衡，进攻还必须注意调节好自身支撑面的形状和重心投影点的位置，以加强本的再进攻方向的稳度，这样才能达到在保护自己的前提下破坏他人的
衡。
（二）身体平衡的主动恢复
当运动员身体的平衡受到破坏又不能借稳定力矩恢复初始平衡时，人体还能采用一些措施主动地恢复平衡。
1.补偿运动。当运动员身体开始失去平衡而倾斜时，人体的相应环节发生位置的改变，以调整人体姿势，使身体重心的投影点重新回到支撑内，恢复初始平衡。例如人体重心向左偏移时，人体的上肢或躯干主动向右移动以抵消重心的偏移量。
2.改变支撑面。当运动员偏平衡位置较远，平衡严重受到破坏时，补偿动作便失去作用。这时人体可以采用改变支撑点，形成新的支撑面的方法重新建立平衡或恢复初始平衡状态。改变支撑面的方法有两种：一是沿着重心偏移方向扩大支撑面，使重心投影点位于新的支撑面，使重心投影点位于新的支撑面；另一种方法是改变支撑面的形状，使人体重心投影点重新回到新的支撑面内。
（三）重心位置偏前或偏后的实战姿势
1.重心位置偏前的实战姿势特点。当两脚呈前后站立支撑时，如身体过于前倾，躯干与水平面的夹角偏小，则使身体迁移。此时，前腿各环节受力大于后腿。这种实战姿势是不利于进攻的。因为进攻就要体现一定的效果（动作速度和击打力量），而制约打击效果的直接因素之一是整个身体运动的幅度。因此，只有将身体重心适当后移，才能达到使身体更好迁移的目的，才便于腿的进攻。根据运动中移动重心原则可知，支撑重心的腿，能使身体做奔腾、跳跃动作，还能抬腿移步；非支撑重心的腿（虚腿）则可以做横踢和下劈以及移步动作，
但不能是身体腾起、跳跃。由此看来，身体重心在水平面的投影与支撑脚的间距影响着身体的稳定性，虚腿只起辅助作用，进攻则全靠虚腿。从身体迁移的幅度、速度和击打力量考虑，重心都不能过于偏前。
2.重心位置偏后的实战姿势特点。当脚步呈前后站立支撑时，如身体过于后倾，则使身体重心偏后。此时后支撑腿各环节的受力大于前腿。这种姿势既有利于提高前腿的进攻速度和力量，又能增大双方的间距使自己免受击打。但由于身体的重量主要右后腿承受，因而不利于快速后退或防守反击。在此状态下，对前腿的反应速度要求较高，一旦要向后退防守时，前腿需快速有力蹬地，推动身体向后运动，免受对手的击打。
3.重心位置偏低的实战姿势。无论两脚是前后或左右站立，下蹲支撑时两脚间距较大，下肢各关节弯曲度大，都会使身体重心自然降低，因而增大了支撑面，身体的稳定性较好。但此状态下下肢各关节伸肌的负担较重，不利于快速启动和步伐的调整。此外还会造成下肢肌肉的疲劳。因此在实战中不宜长时间的保持这种姿势。
4.重心位置偏高的实战姿势。身体自然放松，两脚间距小，两膝弯曲不大，身体重心则偏高。此时下肢各关节肌肉的负荷较小，肌肉不宜疲劳，有利于进攻与防守。但不利之处在于动作预兆较大，容易暴露战术意图，且支撑面较小，身体的稳定性较差。
三、结 论
经过几年的训练和教学工作。笔者认为：在散打教学中传授生物力学知识，可有助于教师选择正确的方法和手段，使教学合理、科学，从而达到提高教学质量目的，促进教师自身理论水平的提高。在体育教学中，普及不可缺少的有关生物力学知识，比单纯讲技术效果要好，它不但可以使学生了解技术动作的本质、掌握合理技术、识别技术动作的优劣，而且可以帮助学生正确学习技术和新项目，学会自我保护方法，防止伤害事故的发生。学生们普遍反映，在体育课中讲授生物力学知识使他们既掌握了技术动作的关键，又使所学的知识有机地结合起来，同时进一步使学生认识到体育不仅仅是跑跑、跳跳，而且是大有学问的一门学科。
参考文献：
[1]李凌云.运动生物力学原理在武术运动中的应用[D].济南：山东师范大学.2002.
[2]李小华、刘光双、周颖.运动生物力学在体育教学和训练中的应用研究[J].体育科技文献通报，2007(3).
生物力学研究方向范文第3篇
【摘要】椎弓根是椎体的最坚强部分，但由于上胸椎椎弓根狭细，在采用椎弓根螺钉内固定时有伤及邻近重要结构的风险[1]，故上胸椎应用椎弓根螺钉固定术受到了限制。2003年Husded等[2]提出了经肋单元（即椎弓根―肋头关节―椎体）途径置钉的新方法，并在临床上取得了成功，为上胸椎后路螺钉内固定术提供了新思路。
【关键词】胸椎椎弓根螺钉
1胸椎椎弓根的应用解剖
1.1胸椎椎弓根螺钉的进钉点
胸椎手术成功的关键在于找好准确的进钉点，熊传芝等[3]指出,椎弓根较大的变异性是不良置钉率居高不下最重要的原因之一。吴超等[4]认为椎板外缘及上缘对椎弓根的定位有重要的解剖学价值。史亚民等[5]测得螺钉进钉点T9与T12位于横突根部中点,T10位于横突根部上缘,T11位于横突根部中上1/3点。殷渠东等[6]发现下胸椎进钉点的水平线应在横突上部、而腰椎在横突中上部。
1.2胸椎椎弓根螺钉的进钉方向、椎弓根螺钉长度、直径和生物力学的关系
螺钉的置入方向对其固定强度存在一定影响。Louis[10]认为在上胸椎有15-20°的内斜角,中下段胸椎螺钉直向前。根据Ebraheim[11]的数据,T1-2为30-40°,T3-11为20-25°,T12为10°左右。研究表明,在5-30°的范围内,随着内聚角的增加,椎弓根螺钉的把持力也增大。等研究表明，与短螺钉相比，长螺钉在体内承受的弯曲力矩增加16%，同时平行植入与7°成角植入其弯曲刚度两者相差25%，螺钉植入的倾斜更符合力学原则。螺钉的长度与把持力有很大关系，有人主张螺钉长度尽可能达到椎体前缘皮质。
1.3孔道准备及孔道失败后的救措施
钉道准备：螺道过深过大，均能减小骨质对螺钉的“握力”。对于安装螺钉前孔道是否需要攻丝缺乏研究，Zindrick同时发现攻丝对拔出力量无影响。运用打入螺钉和拧入螺钉比较，发现无显著差别。对于固定失效后的孔道准备，Pfeifer在研究修复材料时采用碎骨片、火柴棒骨质、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)分别填充失效的椎弓根孔道后再用螺钉固定，比较后发现拔出力依次可获得失效前的70%、56%和149%，所以对于失效的孔道再次固定可以采用PMMA。所以对于失效的孔道再次固定可以采用PMMA等有效的修复材料填充后再次固定。
1.4螺钉螺纹对生物力学的影响
内锥螺纹钉与外锥螺纹钉的设计有许多相似之处,均克服了松质骨螺钉中应力集中点,使断钉的发生率明显降低。本实验中在克服拔钉的过程中,外锥螺纹钉优于内锥螺纹钉。有报道70%为最佳的螺钉与椎弓根面积比,并且当面积比大于90%时拔出力增加不明显,却易发生爆裂骨折。
1.5螺钉的几何形态、螺钉的材料
kwok等对相似大小的圆锥体形螺钉和圆柱形螺钉进行对比研究，发现二者的拔出强度无明显差别，圆锥形螺钉能明显增加螺钉的置入扭矩，但圆柱形螺钉的置入扭矩与拔出强度无明显相关性。结果表明钛合金比不锈钢螺钉具有较高的扭矩和扭转刚度；螺钉拔出和松动是横向负荷和轴向拔出力综合作用的结果。
1.6胸椎椎弓根螺钉技术存在的不足
在胸椎可采用“椎弓根―肋骨”单元（Pedicle-ribunit,以下简称PRU）螺钉的固定方法，较置入椎弓根螺钉安全。Misenhimer等的研究结果也表明,椎弓根钉占据椎弓根横径的80%就会发生椎弓根膨胀、变形或骨折。因此,在横径
2胸椎肋横突结合区螺钉的进钉点及进钉方向
国外学者对肋横突结合区进钉方法进行了研究。他们设计的方法进钉点均在横突末端或者肋横关节上，螺钉末端外偏角度较大，这就使术者在术中操作器械很困难，术者不论是采取钢板连接还是采取固定棒连接，都不能保证螺钉和固定棒或固定钢板之间的良好接触，这样就会增加螺钉折断的机会。孙建民等以尾倾0-10°进钉，置入24枚PRU螺钉全部成功。椎弓根外置钉技术采用的螺钉直径大小取决于椎弓根的高度和PRU的宽度。
3肋横突结合区进钉的不足
肋椎关节为球窝关节,有一定的活动性,临床上有肋椎关节退变造成胸背痛的报道,经肋椎关节固定是否也会造成上述症状,仍需观察。相信在不远的将来，随着对胸椎椎弓根-肋单元横突结合区置钉技术的安全性评价及生物力学研究的进一步深入，在工程师、解剖学家和临床医师的共同努力下，胸椎椎弓根-肋单元横突结合区置钉技术会成为越来越成熟且有效的手术方法，会有越来越多的患者从中受益。
参考文献
[1]DvorakM,MacdonaldS,GurrK,etal.Ananatomic,radiographic,andbiomechanicalasse-ssmentofextrapedicularscrewfixationinthethoracicspine[J].Spine,1993,18:1689-1694
生物力学研究方向范文第4篇
关键词： 女子举重；抓举；生物力学；高速摄像
中图分类号： G 884 文章编号：1009-783X（2013）06-0573-04 文献标志码： A
Research on the Comparison of Snatch Technical Parameters of Female Weightlifters on Different Levels
WANG Xiangdong1，REN Jingping2，XU Wenquan3
Abstract：In this paper，10 elite women weightlifting athletes and 10 ordinary women weightlifters are tested through comparing the technical parameters of excellent weight lifting athletes and normal athletes，and find that：（1）There is not much difference between elite athletes and ordinary athletes on the maximum barbell speed and the rising height of barbell on the inertia rise stage and there is no significant statistically difference.（2）In the stretching knee and lifting barbell stage，ordinary athletes of knee joint angle and hip joint angle changes are greater than those of the elite athletes，while in the stretching body and barbell accelerating phase，changes of knee joint angle，hip joint angle and trunk angle are greater than those of the ordinary athletes，but there are no significant differences.（3）In the stretching knee and lifting barbell stage，the barbell height percentage and effective work percentage of ordinary athletes are greater than those of elite athletes，and in the stretching body acceleration phase and barbell inertia rising stage，the barbell height percentage and effective work percentage of elite athletes are higher than those of ordinary athletes，but there are no significant differences.（4）In each action stage，outstanding athletes’ relative average power and relative effective force are greater than the ordinary athlete，especially in the stretching body acceleration phase，elite athletes show more obvious advantages.These differences indicate that excellent athletes have better explosive force level and the action is also more reasonable than that of ordinary athletes.
Key words：female weightlifting；snatch；sport biomechanics；high speed camera
收稿日期：2013-07-12
作者简介：王向东（1973—），男，山西人，博士，研究员，研究方向为运动生物力学；任景萍（1970—），女，研究方向为运动人体科学：徐文泉（1969—），男，副教授，研究方向为运动训练学。
女子举重作为我国的优势项目，从2000年至今共计夺取了14枚奥运会金牌。关于女子举重的生物力学研究有许多，但是多数文章都将优秀运动员作为研究对象[1-4]，对普通女子举重运动员的抓举动作技术研究很少见到，尤其从运动学和动力学参数对比优秀运动员和普通运动员技术上的差异的研究还未见到。由于测试时要求对运动员作动作无干扰、非接触[5]，通过摄像、解析获取抓举动作技术参数是举重科研界最常用的手段。采用在杠铃上安装传感器等动力学手段，不但会干扰运动员做动作，而且比赛中也不允许；因此，通过动力学测试手段很难获取运动员真实的技术参数。高速摄像的普及和精度的提高使科研人员通过运动学测量、经过计算推导获得抓举的动力学参数（功、功率和等效力等）成为可能。
本文主要是运用高速摄像采集系统对不同水平运动员的抓举动作技术进行录像采集并通过运动解析手段对技术动作进行分析，得到不同水平运动员抓举动作各阶段的相关指标。通过对不同水平运动员的常用技术指标进行对比研究，看优秀运动员和普通运动员在动作技术参数上是否存在差异，进而揭示优秀运动员的技术特征，为举重技术诊断提供科学依据。
1 研究对象与方法
1.1 研究对象
本文选取了2011年女子举重亚锦赛和2011年女子全国冠军赛的7个级别的20名女子举重运动员作为研究对象。本研究中选取的10名优秀运动员均为各级别的前2名，选取的10名普通运动员均为各级别的后2名。具体情况见表1。
表 1 运动员情况 （n=20）
1.2 研究方法
1.2.1 高速摄像法
在比赛现场运用星高钛高速摄像采集系统（XGT-BAS-1S）对运动员的比赛动作进行平面定点拍摄（拍摄频率为100 Hz，拍摄位置为举重运动员的正侧面，摄像机位置与运动员距离10 m左右，摄像机的主光轴对准运动员的髋关节），如图1所示。
1.2.2 录像解析法
将拍摄的动作视频导入到星高钛解析软件，根据抓举技术特点选取运动员的肩关节、髋关节、膝关节、踝关节和杠铃片中心5个点进行建模并逐幅解析（如图2所示）。解析后导出每个运动员在5个特征画面的髋、膝、踝关节角度的变化情况、杠铃上升高度和杠铃上升花费时间的变化数据及4个动作阶段的膝角、髋角和躯干角的变化及杠铃上升高度的变化情况。
图 1 高速采集系统 图 2 简化模型
1.2.3 动作阶段的划分
本文对抓举技术动作地分析是从杠铃离地瞬间开始到杠铃达到最高点，这一阶段是抓举动作的主要阶段[6-9]。为了便于科学、细致地分析抓举技术动作，将这个动作阶段又划分为4个阶段：1）伸膝提铃阶段，从杠铃离地开始至伸膝最大时刻（膝关节角最大），通常称之为伸膝提铃动作；2）引膝到位阶段，膝关节角从伸膝最大时刻开始到引膝最大时刻（膝关节角最小），即引膝提铃动作；3）展体加速阶段，膝关节角从引膝最大时刻（膝角最小）开始到杠铃上升速度达到最大时刻，即最大发力阶段；4）惯性上升阶段，从杠铃上升速度最大时刻开始到杠铃达到最高点。划分动作阶段的特征画面如图3所示。
图 3 抓举技术的特征画面
1.2.4 研究指标及其定义
举重运动员提举杠铃的力可以分解为水平方向的力和垂直向上的力，也就是说运动员对杠铃分别有水平方向和垂直方向的做功；但是运动员使杠铃发生水平方向的运动所做的是无用功，只有垂直向上的做功才是有效功。根据功能原理得出：W=（12mv22+mgh2）-（12mv21+mgh1），其中m为运动员所举起的杠铃质量，v2为本阶段末杠铃的垂直速度，g是重力加速度，h2为本阶段末杠铃的高度，v1为本阶段杠铃的初始垂直速度，h1为本阶段初始时杠铃的高度。知道了某一动作阶段结束时杠铃的速度和杠铃的质量就可以算出此时杠铃的动能，根据杠铃此时的高度和杠铃质量可以算出此时杠铃的重力势能，将动能和重力势能相加便可得到本阶段动作结束时杠铃的机械能；同理，可求出本阶段动作开始时杠铃的机械能。将本阶段动作结束时的机械能减去本阶段动作开始时的机械能便可得出在该动作阶段杠铃机械能的增加，而杠铃机械能的增加恰恰是因为运动员对杠铃做了功，由此便可间接求出本阶段运动员所做的功的多少，从而更进一步根据杠铃上升的高度h，由F=Wh计算出运动员对杠铃施加的向上的有效作用力F。P=Wt，P1=PG，P为运动员的有效功率，W为运动员所做的有效功，t为杠铃上升到某一阶段所花费的时间，P1为运动员的相对有效功率，G为运动员体重。
1.2.5 数据统计法
使用SPSS 17.0对优秀运动员与普通运动员抓举过程中的人体关节角度变化、杠铃上升高度百分比、杠铃上升花费时间百分比、有效功百分比、相对平均功率和相对有效力等指标进行独立样本t检验，显著性差异用P
表 2 研究指标及其定义
2 结果与讨论
2.1 不同水平运动员最大铃速和惯性上升阶段铃升的比较
抓举过程中杠铃垂直方向的最大铃速和惯性上升阶段杠铃上升的高度被认为是衡量举重运动员发力效果的主要指标。多数教练认为发力结束后最大铃速越大、杠铃在惯性上升阶段上升的高度越高就说明运动员发力效果越好，运动员的下降定铃、锁肩、支撑的时间就越充分，动作的成功率也就越高。反之，抓举动作就容易失败。以往的经验告诉我们优秀运动员在最大铃速和惯性上升阶段铃升这2个指标肯定要大于普通运动员；但从表3可以看出，对于最大铃速和惯性上升阶段铃升2个指标来说，优秀运动员和普通运动员相比数据基本相同，甚至普通运动员的最大铃速平均值比优秀运动员还要大。通过对10 名优秀运动员和10名普通运动员的最大铃速和惯性上升阶段铃升进行独立样本t检验，检验结果显示二者P值都大于显著性水平0.05，统计结果表明优秀运动员和普通运动员比较无显著性差异。
表 3 不同水平运动员最大铃速和
惯性上升阶段铃升的比较
（n=20）
2.2 不同水平运动员各动作阶段身体关节角度变化情况
通过运动员在抓举过程中身体各关节角度的变化情况可以看出，运动员在各阶段完成动作的幅度大小、是否存在腰背过早参与动作及过早发力的现象。
通过表4可以明显看出，在伸膝提铃阶段普通运动员的膝角变化和髋角变化均大于优秀运动员，这是因为普通运动员在此阶段可能腰背打开过早，存在过早发力的问题。在展体加速阶段优秀运动员在膝角变化、髋角变化和俯仰变化方面均大于普通运动员，运动员身体各环节伸展越充分对杠铃做功距离就越长，这说明在抓举的展体加速阶段优秀运动员发力效果明显好于普通运动员。
通过对优秀运动员和普通运动员各动作阶段的膝角变化、髋角变化和俯仰变化进行独立样本t检验，其P值都大于0.05，表明二者在4个动作阶段的膝角变化、髋角变化和俯仰变化均无显著差异。
表 4 不同水平运动员各动作
阶段身体关节角度变化
（n=20）
2.3 不同水平运动员各动作阶段杠铃上升时间百分比、杠铃上升高度百分比和有效功百分比情况
从表5可以看出，普通运动员在伸膝提铃阶段的杠铃上升高度百分比和有效功百分比均大于优秀运动员对应的指标，而在展体加速阶段和惯性上升阶段优秀运动员的杠铃上升高度百分比和有效功百分比均大于普通运动员对应的指标。结合表4数据本研究进一步表明，在伸膝提铃阶段普通运动员身体打开过早，髋关节过早参与发力，而优秀运动员在展体加速阶段由于身体充分伸展，各关节同时发力导致杠铃上升高度和做功都超出了普通运动员。
表 5 不同水平运动员各动作阶段杠铃上升高度百分比、杠铃上升时间百分比、有效功百分比 （n=20）
%
通过对优秀运动员和普通运动员在各动作阶段的杠铃上升高度百分比、杠铃上升花费时间百分比和有效功百分比进行独立样本t检验，结果显示所有的P值均大于0.05，表明了优秀运动员和普通运动员在抓举过程中杠铃上升高度百分比、杠铃上升花费时间百分比和有效功百分比之间比较均无显著差异。
2.4 不同水平运动员各动作阶段相对平均功率、相对有效力的比较
通过表6可以看出优秀运动员在各个动作阶段的相对平均功率和相对有效力均大于普通运动员，尤其在展体加速阶段优秀运动员的优势表现得更加明显。这些差异表明优秀运动员在展体加速阶段比普通运动员表现出更好的爆发力水平，动作技术更加合理。
表 6 不同水平运动员各动作
阶段相对平均功率、相对有效力
（n=20）
注：*表示在各动作阶段中优秀运动员和普通运动员的相对平均功率和相对有效力间有着显著差异，P
对优秀运动员和普通运动员各动作阶段的相对平均功率和相对有效力进行独立样本t检验，结果为：1）不同水平运动员在伸膝提铃和引膝到位阶段中相对平均功率的P值大于0.05，展体加速和惯性上升阶段中相对平均功率的P值小于0.05，表明二者在伸膝提铃和引膝到位阶段中相对平均功率无显著差异，在展体加速阶段和惯性上升阶段中，二者的相对平均功率有显著差异。2）不同水平运动员各动作阶段相对有效力的P值均小于0.05，表明在抓举4个动作阶段中优秀运动员与普通运动员的相对有效力存在显著差异。表面上看，杠铃的重量是造成差异的主要原因，但最终还是由运动员的专项力量水平决定的。3）在伸膝提铃和引膝到位阶段，优秀运动员和普通运动员的相对平均功率无显著差异，而在展体加速阶段二者的相对平均功率存在显著差异，说明展体加速阶段的相对平均功率也是判断一个运动员是否优秀的重要指标。
3 结论
通过比较优秀运动员和普通运动员的技术参数，发现：
1）在最大铃速和惯性上升阶段铃升这2个指标方面，优秀运动员与普通运动员比较，数据上相差无几，统计学检验无显著性差异。
2）在伸膝提铃阶段普通运动员的膝角变化和髋角变化均大于优秀运动员，而在展体加速阶段优秀运动员在膝角变化、髋角变化和躯干俯仰变化方面均大于普通运动员，但是均无显著性差异。
3）普通运动员在伸膝提铃阶段的杠铃上升高度百分比和有效功百分比均大于优秀运动员，而在展体加速阶段和惯性上升阶段优秀运动员的杠铃上升高度百分比和有效功百分比均大于普通运动员，但是均无显著性差异。
4）优秀运动员在各个动作阶段的相对平均功率和相对有效力均大于普通运动员，尤其在展体加速阶段优秀运动员的优势表现得更加明显，这些差异表明优秀运动员在展体加速阶段比普通运动员表现出更好的爆发力水平，动作技术更加合理。
参考文献：
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生物力学研究方向范文第5篇
摘 要：采用无接触式激光三维足型扫描仪对97名足部无疾病和损伤史的田径运动员进行足部扫描，获取受试者在0体重负重（简称0BW）、单足站立1/2体重负重（简称1/2BW）、单足站立全部体重负重（简称1BW）和单足站立全部体重加20 kg负重（简称1BW+20 kg）四个不同载荷情况下的足部外形特征及变化。研究认为不同载荷压力对足部外形变化有一定影响；我国青年田径运动员的足长、足宽、内踝高、外踝高、内侧纵弓高等指标容易因载荷的不同而产生明显变化；我国青年田径运动员的足面长、足跟宽、跖趾斜宽角、自然前翘角等指标不易受到载荷变化的影响；我国青年田径运动员的内侧纵弓长、外侧纵弓长、第一跖趾高、足背高、拇趾偏角、足跟面积等指标在一定载荷范围内变化明显，但超过承重范围则不再因载荷增大而变化。
关键词：青年田径运动员；足部外形；不同载荷；特征指标
中图分类号：G804.63文献标识码：A文章编号：1007-3612(2008)12-1649-03
A Study of Chinese Junior Athletes' Foot 3Dimension Features under Different Loads
ZHU Xiaolan, YANG Hui
（Beijing Sport University, Beijing 100084, China）
Abstract:A noncontacted foot 3D laser scanner is used to obtained foot shape
data and their changes under four increasing loads of 97 athletes without disease and injury history in their feet: nonbody weight load (0BW), semibody weight on one foot (1/2BW), fullbody weight (1BW) and fullweightplus20kg (1BW=20kg).Firstly, different weight loads have influence on junior athletes' foot shapes. Secondly, sensitive and nonsensitive indexes are discovered. Chinese junior athletes'
length, width of foot, internal ankle height, external ankle height, and internal arch height varied significantly with load increasing, while their length of instep, width of heel, toe angle and natural declining angle have no difference identified under different loads. While for some indexes, such as length of internal arch, length of external arch, height of first metatarsophalangeal articulations, height of instep, deviation angle of thumb toe, and area of heel, there are apparent changes in a certain range of load, but no change beyond that range.
Key words: junior athletes; foot shape; different weight loads; characteristic indexes
足，作为人体静态平衡及动态运动的重要支持条件，其外形受到种族、地区、遗传、生活方式等因素影响而各异，相对于个体来讲，在人体支撑、平衡与运动中，由于受到身体负重、站立姿势、运动任务和习惯、运动方法和强度、以及鞋等诸多因素的影响，足部形态也会随之发生改变。结合足扫描技术，对不同专项运动员的足型进行规律性研究，根据不同专项运动员的足型特点进行个性化运动鞋设计将会成为一项重要的研究内容，在临床生物力学、人类功效学和运动生物力学等领域拓展新的应用前景和研究方向。
1 研究对象与方法
1.1 研究对象 随机选取97名（31名女性，66名男性）无足部损伤史的田径运动员作为测试对象。受试田径运动员平均年龄19.8岁，从事专项训练时间平均4.2 a，训练成绩均达到国家二级以上，其中包括62名跑走项目运动员、17名跳跃项目运动员和18名投掷运动员。
1.2 研究方法
1.2.1 测试仪器 研究使用由昆山多威体育用品有限公司出资，清华大学研制的国内首台QD-1无接触式激光三维足型扫描仪进行田径运动员足部外形指标的测量。
1.2.2 测试指标
假设：足平踏于地面时，以足跟跟结节点为原点，从跟结节到第二趾尖点的方向作为Y轴正方向，以地面为XOY平面，以垂直地面向上的方向为Z轴正方向，建立右手坐标系，定义六项共18个指标：
1) 长度指标：足长、足面长、内侧纵弓长、外侧纵弓长
2) 宽度指标：足宽、足跟宽
3) 高度指标：足背高、第一跖趾高、内踝高、外踝高、内侧纵弓高
4) 围度指标：足围、足跟围、踝上围
5) 角度指标：跖趾斜宽角度、拇趾偏角度、自然前翘角
6) 面积指标：足跟面积
1.2.3 测试过程 测试时，受试者将单足放置在足型测试仪上，保证足部的直立状态，分别在不同载荷负重的情况下，测试足型。为保证受试者不同载荷状态，特设压力显示表在仪器上方，当仪器压力数据显示为规定载荷时，开始测试。
投稿日期：2008-06-06
投稿日期：省部级一般项目/教育部教学研究项目（2008）。
作者简介：朱晓兰，讲师，博士，研究方向运动生物力学。
每个受试者需要完成0体重负重（简称0BW）、单足站立1/2体重负重（简称1/2BW）、单足站立全部体重负重（简称1BW）和单足站立全部体重加20 kg负重（简称1BW+20 kg）四种载荷情况下，分左、右足，共8次测试。
测试仪器的y轴、z轴方向距离较长，受试者可以很轻松的将全足及踝部置于测试板的中央区域，保证受试者全足及踝部接受扫描测试。
1.2.4 数据处理 对测量所得的数据，运用spss13.0统计软件进行统计分析。
2 结果与分析
2.1 不同载荷静态负重下青年田径运动员足部外形指标分布情况分析 对在不同载荷下获得的田径运动员足部外形长度数据进行柯尔莫哥洛夫-斯米诺夫检验（One-Somple Kolmogorov-Smirnov Test拟合优度型检验），发现除第一跖趾高指标、内侧纵弓高指标、跖趾斜宽、自然前翘角指标在不同载荷情况下不服从正态分布外，其他各长度指标、宽度指标、围度指标、面积指标等数据在不同载荷压力下均趋于正态分布（Sig.>α（=0.05））。
2.2 不同载荷静态负重下青年田径运动员足部外形长度指标分析 通过对不同载荷下长度指标进行比较分析及差异性分析发现，不同载荷负重对足部外形长度指标有一定影响。由于足底韧带的牵拉与张弛，使得足弓在不同承重下长度发生变化，从而引起足长指标的变化。载荷增加，足弓承受重力下沉，足长变长，明显大于无负重情况下的足长。足在0BW（如摆动阶段）时与1/2BW、1BW（如支撑阶段）时足长指标间有明显差异，足长指标随载荷增大而增大。但是当载荷量达到一定程度（>1BW）时，足长指标并未随着载荷的继续增大而有明显变化。分析原因，可能有两种：一是当足在1BW（如单足支撑阶段）情况下的足长改变已经达到极限，再加20 kg负重对足长也无影响，所以足长指标间无显著性差异；二是1BW+20 kg载荷量不足以对在1BW情况下的足长指标做进一步改变，因此足长指标间无显著性差异。
此外，一定量的载荷负重（>1BW）能够引起内侧纵弓长、外侧纵弓长指标的明显变化。内侧纵弓长指标的变化部分反映了内侧纵弓的变化情况，外侧纵弓长指标的变化部分反映了外侧纵弓的变化情况，一定量的载荷负重（>1BW） 下的内侧纵弓长、外侧纵弓长明显大于无负重情况下的内侧纵弓长、外侧纵弓长，但当载荷量达到一定程度（>1/2BW）后，随着载荷的增大，内侧纵弓长、外侧纵弓长则无明显变化。但不同载荷负重对足面长指标变化无影响。
2.3 不同载荷静态负重下青年田径运动员足部外形宽度指标分析 足宽指标的变化主要体现足横弓在负重情况下的变化特点。本研究发现，不同负重对足宽的变化影响较大，随着压力的增大，足横弓高度降低，足宽变宽。进一步说明足横弓对负重的变化较为敏感，容易因载荷的增大而增宽。但是，不同载荷负重对足跟宽指标变化影响较小。足跟宽指标的变化主要体现足跟脂肪垫在负重情况下的变化。在由0BW到1/2BW的过程中，足跟宽变化较为明显，说明足跟脂肪垫在开始承重时相比较无负重情况下有显著变化，之后，随着载荷的增大，足跟宽无明显变化，说明继续加大载荷对足跟宽无明显影响。因此，考虑在制鞋时跖趾部位宽度的弹性要比足跟部的弹性更大些才舒服。
2.4 不同载荷静态负重下青年田径运动员足部外形高度指标分析 由分析可以看出，不同载荷负重对足部外形高度指标有一定影响。内踝高、外踝高、内侧纵弓高指标容易因不同载荷负重而产生变化。内踝高指标的变化部分反映了内侧纵弓高度的变化情况，外踝高指标则反映外侧纵弓高度的变化情况，此二项指标与内侧纵弓高共同反映了足纵弓的高度变化。此三项高度指标都随着载荷的变化而一致变化，即，载荷增大，高度降低，且不同载荷下的高度有显著性差异。说明不同负重对内踝高、外踝高、内侧纵弓高的变化影响较大，随着压力的增大，足弓高度降低。此外，内踝高、外踝高这二项指标个体差异较大，这一特点在设计制作鞋帮高度及内垫时建议着重考虑。不过，载荷的增加对一定载荷负重（>1/2BW）情况下的第一跖趾高、足背高指标无明显影响。与0BW情况下的第一跖趾高和足背高相比，附加载荷会对此二项指标产生显著的影响，但当载荷进一步增加，达到一定程度（>1/2BW）后，却不会造成此二项指标的继续明显改变。
2.5 不同载荷静态负重下青年田径运动员足部外形围度指标分析 因载荷的不同，使得承重的足内部骨骼结构发生一定相对的位置变化，导致足部外形围度指标的改变。由研究分析可以看出，不同载荷负重对左、右足围度指标影响不同。不同的载荷承重对左足的足围、踝上围产生较大影响，但对右足的足围、踝上围无明显影响。同时，不同载荷承重对左足足跟围无明显影响，却对右足足跟围指标有一定影响，一定载荷承重下的足跟围与0BW下的足跟围间存在显著性差异。究其原因，可能与田径运动员优势足的存在有关。
2.6 不同载荷静态负重下青年田径运动员足部外形角度指标分析 一定载荷负重能够引起拇趾偏角指标的变化。与0BW情况下的拇趾偏角相比，载荷的增加对拇趾偏角指标的影响比较明显，但当载荷已达到一定程度（>1/2BW）以后，载荷的继续增加对拇趾偏角指标的改变无明显影响。但是，不同载荷负重对跖趾斜宽角、自然前翘角指标无明显影响。
2.7 不同载荷静态负重下青年田径运动员足部外形面积指标分析 一定载荷负重能够引起足跟面积指标的变化。与0BW情况下的足跟面积相比，载荷的增加对足跟面积指标的影响比较明显，但当载荷已达到一定程度（>1/2BW）后，载荷的继续增加对足跟面积指标的改变无明显影响。说明足底受力时先由足跟脂肪垫缓冲，当载荷继续增加时足跟脂肪垫不再有明显变化，此时，由鞋垫材料进行继续缓冲，此特点可在制作鞋垫时着重考虑。
3 结论与建议
3.1 结论
1) 不同载荷压力对足部外形变化有一定影响。
2) 我国青年田径运动员的足长、足宽、内踝高、外踝高、内侧纵弓高等指标容易因载荷的不同而产生明显变化。
3) 我国青年田径运动员的足面长、足跟宽、跖趾斜宽角、自然前翘角等指标不易受到载荷变化的影响。
4) 我国青年田径运动员的内侧纵弓长、外侧纵弓长、第一跖趾高、足背高、拇趾偏角、足跟面积等指标在一定载荷范围内变化明显，但超过承重范围则不再因载荷增大而变化。
3.2 建议
1) 进一步对青年田径运动员分不同专项进行大样本量的足部外形测试，建立青年田径运动员足形指标数据库。
2) 利用青年田径运动员足部外形的在不同载荷下的变化规律，通过指标间的相互关系来说明和解释青年田径运动员足部外形的结构、影响因素和作用大小。
3) 通过实验条件的控制，加大载荷的负重，进一步研究青年田径运动员足部外形特点，进一步做特征指标相对值规律的研究。
4) 通过把指标的测量值和制鞋业的某种标准进行比较，从而对运动鞋的制作进行标准评定，也可为青年田径运动员的选材提供依据。
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