奥运幕后看不见的战线：运动生物力学概述

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　　追求“更高、更快、更强”的目标不仅仅是赛场上运动员，运动员背后的科技人员也在默默无闻地追求“更高、更快、更强”。从事运动生物力学的科学家们也是其中之一，本文将为大家简单介绍运动生物力学的相关知识。

　　什么是运动生物力学

       运动生物力学之所以成为独立学科是学科交叉的结果。

　　各学科之间的关系

　　运动分广义和狭义两种。广义的运动是指自然界各种物质存在的形式，物质固有的属性。狭义的运动是指物体的机械运动。人体运动是自然界最复杂的现象之一，活的人体就其本质是一个开放的、复杂的巨系统。

　　人体机械运动的表现方式：
　　  · 人体某一部分相对身体另一部分的空间、时间位移;
　　  · 人体整体相对外界环境的空间、时间位移;
　　  · 由人体局部位移而造成器械的空间位移。

　　人体机械运动的特点：
　　  · 人体机械运动有很大的主动性和可变性，而不决定于外部条件。
　　  · 人体长时间连续工作或运动后，易出现疲劳，但经过休整可以完全恢复。
　　  · 人体的大部分机械运动形式，尤其是体育技术动作都是后天、自发或自觉地形成的。
　　  · 人体机械运动受大脑皮质的控制、调节并有意识参与。

　　生物学是研究物体生命现象规律的科学，它研究生物体形态、结构、功能及其统一。

　　力学是研究物体机械运动规律的学科。即物体在时间和空间上的位置变化及其产生变化的原因。

　　生物力学是应用于生物体的力学，对于生命器官生物力学有助于人们了解其正常功能，预言其本身变更而引起的变化，并提出人为干预的方法。因此，诊断、外科手术和修复术都与生物力学息息相关。

　　运动生物力学是研究人体运动的生物力学规律的学科，是运动科学的重要组成部分。其研究的核心是人体运动动作，研究方法主要包括：生物学方法(解剖、生理学方法)、力学方法、系统科学方法等。

　　运动生物力学的特点：
　　  · 研究对象的复杂性
　　  · 研究方法的综合性
　　  · 测量技术的先进性
　　  · 研究内容的实践性

　　运动生物力学与相关学科的关系

       运动生物力学学科形成模式图

　　1. 运动生物力学与运动解剖学
　　运动生物力学研究人体的运动动作，必然涉及到人体运动器系的形态结构、特别运动器系的形态结构与其功能的统一性和相互制约性。

　　2. 运动生物力学与运动生理学
　　运动生物力学研究人体运动动作，必然涉及到肌肉活动的本体感受器、信息正负反馈和神经控制。

　　3. 运动生物力学与力学
　　力学是研究物体机械运动规律的科学。应用经典力学理论于活体(人体)在基本思想方面有适应的一面，同时还存在着不服从或不完全服从的另一方面，这就是生物力学与力学的区别。

　　4. 运动生物力学与运动技术
　　运动生物力学研究的核心是人体运动动作，运动动作是以一定的运动技术、技能的要求来体现的，人体表现的个体之间动作技术千差万别，要研究引起差别的原因，研究人体运动技术及其变化的原因，寻找运动技术的合理化和最佳化，对于运动技术、身体素质训练方法的有效性和最佳化，也需要从运动生物力学理论中找到依据。

　　运动生物力学的作用

       1. 提高体育运动成绩(主要作用)
　　提高运动技术水平，主要表现在两个方面：教师和教练员应用力学知识指正学生和运动员完成的运动，提高技能水平(定性方法)，或者生物力学研究者发现新的或更有效技术以完成运动项目(定量方法)。

　　改进运动装备：例如1953, Bud Held增加标枪的表面积，提高了标枪成绩，到1984年达到104.80m。1986新规则限制，但随后又在压力中心方面有所改变，标枪记录还是到了98.48 m。

　　提高训练的科学化：技术分析帮助教师、教练员确定学生和运动员需要改进训练的地方。

　　2. 损伤预防和康复
　　减少损伤的技巧：通过更好地认识作用在组织上的力和设法减小这些力的作用，来达到预防和改善急慢性损伤的目的。精确地计算作用在人体组织上的内力是一件困难的事情。 (1)改进器材设备(如鞋、垫子等);(2)改进运动技术(如对运动技术中力的分析，确定适当的用力角度等)。

　　康复的手段：损伤治疗仪器的开发(电、磁、光等物理学领域);损伤治疗方法的正确使用需要对骨、关节、韧带、肌腱和骨骼肌力学特性的了解。

　　运动生物力学的发展简史

       · 古希腊的哲学家和自然科学家阿里亚里斯多德(公元384-322年)就对生物体的运动发生了兴趣，注意在日常生活中观察人和运动的力学问题。


　　· 意大利著名医生加伦(公元131-201)通过对动物解剖的实验证明：来自大脑的运动冲动沿神经传导至肌肉，使肌肉产生收缩而引起关节运动的理论。


　　· 15世纪末意大利科学家列奥纳尔德·达·芬奇对人体运动发生了浓厚的兴趣。他认为：力学之所以比其它科学更为重要和实用，那是因为所有一切能够运动的生物体都遵循力学的定律而运动。


　　· 17世纪意大利医生、解剖学家阿·鲍列进一步把力学和解剖学结合起来研究人体运动，他在1679年完成的《论动物的运动》一书，可谓是第一部生物力学著作。


　　· 1877年美国摄影师麦布里奇(1830-1904年)第一次用24部照相机排成一列，按顺序拍摄了骑马奔跑的连续动作照片，这是影片分析的萌芽。


　　· 上世纪30年代，著名的英国生理学家HILL对肌肉力学的研究而获得诺贝尔奖金，他取青蛙的离体缝匠肌进行实验得出建名的HILL方程，即肌肉收缩的力速方程。


　　· 1967年在瑞士的苏黎士召开第1届国际生物力学讨论会开始，后来每两年举行一次，到1987年共召开了11届国际生物力学大会。


　　· 1973年第4届国际生物力学大会上正式成立了国际生物力学学会，简称(International Society of Biomechanices) ISB。


　　· 1982年又成立了国际运动生物力学学会，简称为ISBS。


　　· 中华人民共和国成立之前，有些师范院校体育系、科开设过《人体机动学》如吴蕴瑞教授就讲授过《运动学》课程。


　　· 中华人民共和国成立之后，1956-1958年间苏联专家贝柯夫在北京体育学院外交部研究班曾讲授过有关人体重心的计算及有关运动技术分析的机能解剖学内容。


　　· 1959年开始引进苏联顿斯柯依的《运动生物力学》教材，同年暑假在北京体育学院举办了第一期运动生物力学教师进修班。


　　· 十年动乱使我国的运动生物力学研究在国际上处于相当落后的地位。


　　· 1976年以后，国家体委采取走出去，请进来的办法，一方面派出专家到国外考察，另一方面请外国专家来华讲学。


　　· 1980年12月我国成立了中国体育科学学会，同时成立了中国运动生物力学学会。


　　· 1984年和1985年中国运动生物力学学会分别以集体会员的名义参加了国际生物力学学会(ISB)及国际运动生物力学学会(ISBS)


　　· 运动生物力学是实践性很强的一门科学。国际田联在1986年世界青年田径运动会和1988年第24届奥运会上组织了国际性的运动生物力学研究队，进入比赛现场测试研究，收集了大量有关田径、体操、跳水等基础上的高速摄影和录像资料。


　　· 1987年我国第6届运动会，国家体委科教司同样组织了全国50多人的运动生物力学研究体，对田径、举重、划船、技巧等基础上的决赛现场进行测试研究，他们公布　的快速反馈资料，引起广大教练员和运动员的兴趣。


　　· 1997年举行了第五届全国体育科学大会，这是一次体育科技界的“全运会”，出席人数最多、规模最大，成果质量较以往更高的体育科研学术交流，也是我国20世纪末最后一次全国最大规模的体育学术盛会。


　　· 1998年11月举行了第九届全国运动生物力学学术研讨会，除了专题报告外，还进行了学术论文交流，这些学术交流将对运动生物力学学科的发展和教学质量的提高起到积极的推动作。


　　· 2005年8月在我国召开国际运动生物力学研讨会(23届)。

　　运动生物力学的发展趋势

       1. 基础研究
　　以学科理论和新测量技术为方法手段，更深入地揭示人体运动的生物力学规律，特别是运动动作的神经、肌肉控制与反馈机制。

　　2. 应用研究
　　以直接为运动训练提供服务、解决运动训练、体育锻炼相关问题为主要方向，兼以设计运动器材与康复用品。

　　3. 方法学与测试手段研究
　　以开发运动生物力学测量仪器和应用力学、生物学新技术、新理论为主要方向。

　　本文参考百度文库的PPT讲义《运动生物力学概述》和《运动生物力学-运动生物力学概述》整理而成，讲义原作者不详，故而未标注，望见谅。