第六讲 柔道技术动作的生物力学分析
教学目的：
通过对本讲的学习，使学员掌握柔道运动中常用的运动生物力学基础原理，同时了解柔道动作分析中常见的运动生物力学研究方法，能够对一般的技术动作进行生物力学分析。
教学安排：
总时数10学时。其中讲授8学时，考试2学时。
一、柔壮运劭中的爱力力新A片衡
(一)人体受力分析
柔道技术分为投技、寝技和挡技三大技术体系，其技术特点为“以柔制刚，柔中有刚，刚中有柔，刚柔相济”。从生物力学角度看，就是要求技术动作符合一定的运动生物力学原理。
1.研究对象
研究柔道技术原理，如果把身体的物理性质都考虑进去，那么问题是很复杂的。为了便于研究和扼要说清问题，必须把物理性质中对受力和运动不发生影响或受较小影响的因素略去，只考虑力学性质。虽然人体是有生命的机体，它既不是质点，也不是刚体，但是，从力学角度研究人体运动时，为了解决运动中突出的主要矛盾，可以有条件地把人体简化成一定的物理模型。
物理模型一般分为三种形式，即质点、刚体和多刚体系统。
(1)质点——具有质量，忽略其体积和形状的物体。
(2)刚体——在外力作用下形状和大小都不发生改变的物体。
(3)多刚体系统——也就是人体模型(后面介绍)。
确定研究对象是由研究的目的决定的，它可能是某物体或几个物体的组合，也可能是从一个物体中割离出的一部分。如：可以将一名运动员作为研究对象，也可以将两名运动员同时作为研究对象，还可以将一名运动员身体的某一部分作为研究对象。
2.人体在柔道中所受到的力
(1)柔道运动中力的概念
柔道运动中所有的技术动作，只有用力得法才能达到技术效应。因此，柔道技术动作必须考虑用力方法。力就是物体之间的互相作用，这种互相之间的作用使物体改变运动状态或发生形变。从事柔道运动时，身体各部分互相作用、攻守双方进攻或防守、互相扯拉或施技摔倒或被摔倒，都是力在起作用，这些力的作用可使双方身体改变运动状态或发生变形。物体运动状态的变化或变形为力的效应。力作用于物体时，其效应如何，取决于力的大小、方向和动作位置(作用点)三个要素。
①力的大小和方向：力量大小可以用重量码测定。通常拿物体重量作为力的单位，用公斤来表示。在柔道竞赛中如用较小力量制服较大力量，就是施展柔道技术力量的诀窍。柔道选手学习技术的时候，必须探索这种施展技术力量的诀窍。力的方向包括力的“方位”和“指向”，例如重力的方向是竖直向下的，这时“竖直”是力的方位，而“向下”是力的指向。例如柔道技术中的外卷入和内卷入技、直舍身技和横舍身技，攻手是用自身的重力揪住受手摔倒下去的。
②力的作用位置：一般来说力的作用位置不是在一个点上，而是在物体的某一部分面积上，当力的作用面积很小时，此时的力叫集中力，例如攻手施内股技：一腿进受手裆部，另一腿支地，上体和头面向后方位扭转，就可以看出力的作用位置在一条支撑腿的靛上，这个位置也可叫作用点，此时的力叫集中力。作用点不是集中在一点上叫做分布力，如做寝技抱压技时，就是一种分布力。但也可以用与分布力产生同样效应的集中力来代替分布力，控制在受手人体重心一点上，在这一点上所产生的效应和分布力所产生的效应是相同的。因此，研究抱压技时，应了解人体仰卧时身体重心转移到上体。例如，不让受手解脱抱压技，只须控制胸口处。
③内力和外力：外力是指其他物体对所研究的物体系的作用力，内力是指物体系内部各物体互相作用的力。内力和外力是相对而言的。如果把人体看做一个力学系统，那么，来自人体外界作用于人体的力称为人体外力；例如重力、支撑反作用力、摩擦力等。只有外力才能引起整个人体运动状态的变化。应该指出，内力与外力的区别取决于我们所选取的研究对象。例如，对人体来说，前臂的屈肌群拉力是内力，但是把前臂作为研究 对象，则变为外力。人体内力不能直接引起人体整体的运动。但是，人体与外界物体接触并相互作用时，内力可引起外力。柔道技术要得到最佳效果，必须身、手、腿合一，动作协调一致，才能加大对手所受的外力或改变外力的方向，从而收到最好的施技效果。
(2)人体在柔道运动中常见的外力
最常遇到的有重力、支撑反作用力和摩擦力。
①重力：我们都知道，在地面上任何物体都有重量，人体的重量叫体重，这是重力的作用效果。重力实质上就是指地球上的物体所受到的地球引力，在地面上的人和物, 都不可避免地受到重力的作用。重力的大小就是重量，它的方向垂直向下指向地心，无论人体采取什么姿势都是如此。重力在人体的作用点就是人体的重心。如果物体的质量为m,则物体所受到的重力大小为G = mg,其中g为重力加速度，在计算时常取g = 9.8 米/秒2。
②支撑反作用力：力是一个物体对另一个物体的作用，那么这个物体对另一个物体发生作用时，另一个物体对这个物体也会发生作用。如：当我们用手击桌子时，往往只是注意到手对桌子的作用，而手感到疼痛就是桌子对手反作用的结果。由此可知一个物体对另一个物体的作用力必然引起另一个物体的反作用力，作用力与反作用力的大小相等，方向相反，而且分别作用在两个不同的物体上，它们同时存在，同时消失。例如：当一个体重为70kg的运动员站在地面上时，地面向上给他的反作用力同样是70kg。 当他用自身重力突然向下给地面100kg的作用力时，地面也向上给他100kg的反作用力。因此，攻手要加大作用力，可用自身的重力加大受手向下的作用力。如果此力大于受手的抵抗力，受手就会被摔倒。
③摩擦力：相互接触的两物体，在接触面上发生的阻碍相对动作或相对运动趋势的相互作用力，称为摩擦力。物体所受摩擦力的方向总是与其运动或趋势的方向相反。摩擦力一般分为静摩擦力与滑动摩擦力两种，柔道运动中最为常见的为静摩擦力。相互接触的两物体有相对滑动趋势而又保持相对静止时，在接触面上产生阻止其出现相对滑动的力。如：当攻手拉受手要施技时，双方运动员的脚部均受到摩擦力的作用，攻手的前后脚的受力，前后脚所受的摩擦力均为静摩擦力，后脚的运动趋势向后，所以摩擦力方向向前；前脚的运动趋势向前，所以摩擦力的方向向后。
3.画受力图应注意的问题
（1）研究对象所受的重力。
（2）与研究对象相接触的其他物体对它的作用力（支撑反作用力、摩擦力）。
（3）只画外力不画内力，当研究对象为一人或更多人时，肌肉力为内力。当研究对象为两人或两人以上时，人与人之间的作用力与反作用力均为内力。
（二）人体重心
地球上的物体无不受重力的作用，物体重心是指物体各部分重力的合力的作用点, 人体也不例外。人体全部肢体（环节）所受重力的合力的作用点就叫人体重心或人体总重心。由此可知，人体重心不像物体那样恒定在一个点上。
4.人体模型
在运动生物力学研究中，为了突出主要矛盾，需把人体（研究对象）进行简化处理，看成力学模型。常用的力学模型有质点、刚体和多刚体系统。多刚体系统是指由许多刚体（环节）组成的链状系统，这就是人体模型。
（1）人体模型中的假设（条件）：
①每个环节都有固定的质量，而且它只集中在环节重心上；
②运动时，环节重心在该环节的位置不变；
③各环节之间的连接（关节）是较链联接的点 ④运动时，环节绕其重心的转动惯量不变。
（2）柔道项目中常采用的人体模型
①日本（松井秀治）模型：把人体分为头、颈、躯干、上臂、前臂、手、大腿、小腿和足等15个环节。松井测得的人体各环节相对重量（环节占体重的百分比）与环节相对
重心半径系数（环节重心至该环节近侧端距离与该环节长度的比
3-6-1人体各环节相对重表
环节 男子 女子
头 0.044 0.037
颈 0.033 0.026
躯干 0.479 0.487
上臂（两侧） 0.053 0.051
前臂（两侧） 0.030 0.026
手（两侧） 0.018 0.012
大腿（两侧） 0.200 0.223
小腿（两侧） 0.107 0.107
足（两侧） 0.038 0.030
3-6-2各环节重心半径系数
环节 男子 女子
头 0.63 0.63
颈 0.50 0.50
躯干 0.52 0.52
上臂 0.46 0.46
前臂 0.41 0.42
手 0.50 0.50
大腿 0.42 0.42
小腿 0.41 0.42
足 0.50 0.50
②苏联（扎齐奥尔斯基）模型：原苏联扎齐奥尔斯基与谢鲁扬诺夫应用放射性同位素扫描的方法，在运动员活体上测定人体重心，取得了重要研究成果。该模型将人体分为头、躯干上部、躯干中部、躯干下部、上臂、前臂、手、大腿、小腿和足等16个环节。通过对100名运动员的测试研究，得到身体各环节相对重量与环节重心半径系数。另外，还根据运动员身高、体重建立了计算各环节绝对重量的各项回归方程等。
3-6-3人体各环节相对重量与重心半径系数
环节名称 相对重量 重心半径系数
足 0.01311 0.4415
小腿（一侧） 0.0433 0.4049
大腿（一侧） 0.14165 0.4549
手（一侧） 0.00614 0.3691
前臂（一侧） 0.00615 0.4274
上臂（一侧） 0.02707 0.4498
头 0.0694 0.4998
躯干上部 0.15956 0.5066
躯干中部 0.16327 0.4502
躯干下部 0.11174 0.3541

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