运动生物力学：人体运动中的力

(一)人体内力

在研究动力学问题时,首先要确定研究对象,确定的研究对象称为力学系统。若将人体整体看成一个生物力学系统,则人体内部各部分相互作用的力称为人体内力。如肌肉张力、韧带张力、组织黏滞力、关节约束反作用力等都属于人体内力,其中肌肉张力是人体内力中的主要动力,肌肉张力(肌力)是人体唯一的、主动的和可控的力。

人体内力是人体力学系统内各部分之间的相互作用,虽然可引起人体力学系统内各部分之间的相对运动,但不能引起人体整体(以重心位置表示)运动状态的改变(图3-8)。就像人不能抓住自己的头发把自己提离地面,举重运动员力大无穷也无法自举其身。

图3-8　人体内力不能改变人体重心的运动状态

(二)人体外力

若将人体整体看成一个生物力学系统,则外界其他物体对人体的作用称为人体外力。使人体运动状态改变的原因,只能是其他物体对人体的作用即人体外力的作用。人体各环节之间发生相对运动,只能是环节以外的力(环节外力)对此环节作用的结果。如果人体失去其他物体对人体的作用,那么人既不能走,也不能跑,也就是说人不能改变人体整体空间的位置移动;人体自体位移如果没有肌肉张力主动对外界环境的作用,人体自体位移也将难以实现。

(三)人体内力与人体外力的相对性及其相互关系

1.人体内力和人体外力概念是相对的(www.xing528.com)

如何确定某个力是人体外力还是人体内力,取决于研究对象。由于研究对象的不同,同一个力既可看成外力也可看成内力。肌力对于人体整体来说是内力,但肌力对于作用的人体环节来说是外力。如肱二头肌的肌力对上肢运动来说是外力,但对整个人体来说则是内力。把人体整体作为研究对象,肌力是人体内力,而在研究人体环节运动时,环节周围的肌力是此环节运动的外力。

2.支撑状态时人体内力可以改变人体外力

虽然人体内力不能直接引起人体整体的运动,但是可以通过人体局部环节的作用,改变人体对外界物体力的大小,外界物体则以大小相等、方向相反的力反作用于人体,从而使人体发生整体运动。例如,跑步蹬地动作,人体靠蹬地腿肌肉收缩力(人体内力)使下肢诸关节伸,通过摆动腿和手臂的加速摆动(人体内力),人体整体给地面以向后向下的作用力,同时地面以支撑反作用力(人体外力)作用于人体,使人体向前向上加速运动(图3-9)。人体内力和人体外力是相互联系的,人体内力是人体整体运动的必要条件,但是内力只有在支撑状态下才能形成作用于人体的各种外力,使人体产生整体运动。另外,人体在支撑状态下,可以通过人体内力的改变以减小人体外力对人体的作用,如各种落地缓冲动作。

图3-9　跑步蹬地动作的人体内力和人体外力

3.改变人体内力的主要手段是利用人体外力的作用

肌力(人体内力)是肌肉紧张或收缩时产生的力,肌力的大小除与肌肉的解剖生理特点有关外,还与中枢神经系统对肌肉的协调控制等有关,发展肌力时必须不断给予肌肉各种负荷刺激。在运动训练中常见的方法是阻力训练法,就是利用外界物体产生的阻力来训练肌力。