运动生物力学研究任务有哪些

1. 人体力学的主要研究领域

竞技体育领域
（一）研究动作结构与运动功能间的关系
结构决定功能是力学的基本观点。在人体运动中，研究人体整体与局部的动作结构、肌肉配布及活动形式、各个器官系统间的协调与发展，是研究运动功能的生物力学基础，也是运动生物力学理论与实践研究的基本任务。
（二）研究人体运动技术的力学规律
研究人体运动技术动作的生物力学结构和功能，研究体育教学中人体各项动作技术的生物力学原理，揭示动作结构的力学合理性和运动技术的力学规律性，更好地指导体育教学与运动训练。
（三）研究运动技术的最佳化
通过对运动员运动技术动作的生物力学诊断，提出合理的、符合生物力学原理的技术动作结构，建立最佳的技术动作方案，并寻求改进技术动作的训练方案，以提高运动训练的科学化水平。
（四）研究、设计和改进运动器械
体育运动中，无论人体运动还是器械运动，都是人体与外界或运动器械相互作用的结果。因此，研究、设计和改进运动器械，使之符合生物力学原理，可为运动成绩的不断提高创造条件。此外，健身器械和体育用品的研制为运动生物力学的应用研究提供了丰富的研究课题。
（五）研究运动损伤的原因和预防措施
通过对人体运动系统的生物力学研究和对运动技术的生物力学分析，一方面可以揭示运动系统的形态结构和运动功能的统一临床治疗与康复人体功效性和相互制约性，从而建立合理的运动技术以防止运动系统发生损伤。另一方面可以揭示不同运动动作对人体局部载荷的影响，找出运动系统发生损伤的力学原因和生物学原因，从而采取合理的技术动作和预防措施，以避免运动损伤或选择合理的生物力学康复手段。
（六）为运动员选材提供生物力学参数
研究各项运动技术的生物力学特征，构建完成动作所必须满足的人体形态和功能素质的要求。以人体环节惯性参数对运动功能的影响为例，跳跃运动员要求下肢相对较长，然而，在下肢长度相等的情况下，则应考虑其大、小腿长度之比，显然，大腿较短、小腿较长更适合运动。
临床与康复领域
（一）人体力学在临床治疗中的应用
肌骨系统是维持人体宏观结构的重要器官，肌骨系统生物力学即研究肌骨系统在生理病理条件下运动产生的力、力矩以及相应的变形之间的关系。人体力学研究可以更加清楚地了解人体肌骨系统的生理载荷模式，帮助我们分析非正常运动模式和病理状态下的力学异常，从而指导治疗方案制定和肌骨骨科植入器械的设计。
心血管领域，各类心血管疾病的预防与治疗成为全球关注的热点问题。常见的心血管疾病如：动脉粥样硬化、动脉瘤、急性血栓等均与人体血液循环系统内的流体力学现象有着密切的关系。生物力学，特别是借助现代计算机仿真技术和体外细胞力学加载技术开展的研究为心血管疾病的发病机理研究、个性化治疗方案制定和具有血流动力学优化特性的血管植/介入物设计提供了理论依据和技术手段。
（二）人体力学在康复工程中的应用
用工程的方法和手段使伤残者康复，促使其功能恢复，重建或代偿，是康复工程在康复医学中的主要任务。其中，人体力学发挥着非常重要的角色。主要表现在两个方面：
其一，身体障碍生物力学特征的测量与分析是康复辅具设计的重要依据。为了使康复辅具达到设计目标，首先需要对障碍的特征进行有效的测量和评价，而生物力学特征是生理系统的重要指标之一，因此也是进行康复附件设计的重要依据。
其二，人体与辅具的生物力学交互作用是康复辅具优化设计的重要因素。为了对残障人的身体障碍进行补偿、替代或者修复，康复辅具必须和人体发生交互、生物力学因素在这种交互过程中有着重要的影响。
航空航天等特殊领域
在航空航天等特殊领域，人类面临长期或短时间的失重或超重环境。这种特殊环境下人体力学主要研究生物体在航空航天动力环境中生理机能变化规律及其防护措施。它既属于特殊环境生理学范畴，又属于生物力学范畴。
（一）正加速度对人体的影响：
当歼击机做盘旋、跟斗、半跟斗翻转、俯冲改出等曲线飞行时，飞行员头朝向圆心，受到由足指向头的向心加速度作用，而惯性离心力则以相反方向作用于人体。飞行员受到持续性正加速度（+Gz）的作用。主要影响如下：
循环系统：血压变化，心水平以上部位血压降低，心水平以下部位血压升高，血液分布改变等。
呼吸系统：胸廓与横膈重量增加，呼吸肌负荷增大，吸气费力，吸气时间延长，以至出现呼吸暂停。肺换气效能低，动脉血氧饱和度降低等。
视觉功能：眼水平动脉压降低，出现视力模糊、视野缩小、中心视力丧失等。
脑功能：脑部血液循环障碍引起一时模糊甚至丧失。
（二）失重对人体的影响
失重是航天中遇到的一种特殊环境因素，对人体肌骨系统、心血管系统、免疫系统等均会产生显着影响。
在长期和重复航天飞行时，骨和钙代谢的进行性和积累性变化将导致骨密度下降和骨矿盐含量的再分布。失重引起的骨质降低及钙、磷代谢负平衡在返回后较难恢复，且可能出现骨折等损伤，影响航天员的健康。
重力负荷的消失将导致人体骨骼肌尤其是抗重力肌的明显萎缩，并伴有肌纤维类型、代谢方式以及肌肉收缩功能的改变等。失重性肌萎缩的发生不仅影响航天员的在轨飞行时间和工作效率，也严重影响了航天员返回地面后的再适应能力。
失重对人体心血管系统具有广泛的影响，主要表现为航天后立位耐力不良。血液总量减少虽是引起飞行后心血管失调变化的主要原因和必要条件，但非唯一原因，有时甚至并非必要条件。动脉系统功能的变化在航天所致航天员立位耐力不良的发生中可能起到重要作用。

2. 运动生物力学在竞技体育中的任务和作用

运动生物力学是一门新兴的边缘性学科，其发展历史并不长。运动生物力学作为学科的统一名称是1973年8月在美国召开的第四届国际生物力学会议上决定采用的。该学科涉及力学、解剖学、生理学、体育学、工程学等多个学科，理论体系还不完善、实验方法也不成熟，该学科目前还只是处于一个框架需要完善、内涵需要丰富、外延需要扩展的发展时期。
力学是较早发展起来的学科之一，研究领域从尺度上来讲范围很广，大到宏观上的天体，小到微观粒子都是力学的研究范畴；生物力学是力学与生物学交叉、渗透、融合而形成的一门边缘性学科，研究内容涉及生物体与力学有关的所有问题；运动生物力学是生物力学的一个分支，主要研究人体运动的规律性。尽管运动生物力学作为一门学科的形成时间并不长，但是人类注意、观察、分析、研究运动的历史却非常悠久。早在15世纪末意大利着名画家列奥纳多·达·芬奇(Leonardo Da Vinci》就提出了人体的运动必须服从于力学定律的观点。他认为：力学之所以比其他学科更为重要和实用，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。但事实并非如此简单。随着人们对人类活动特别是竞技体育运动的广泛关注和深人研究，人们逐渐发现人体在运动过程中存在着一些与力学定律看起来不太相符的现象。譬如，人在跳远时为什么不能采用45°的腾起角?在跑步时后蹬腿的膝关节为什么不应伸直?这些现象看起来与力学定律相悖，是不是力学定律出现了盲区、错误?答案是否定的。原因是人体运动不仅要遵守力学定律，还要受生物特点的制约，对人体运动这种有意识参与的复杂、高级的运动形式，不能仅从一般力学出发来考虑，还应考虑人体的生理特点。因此，要想探索人体运动的真正规律并非易事，需要付出艰巨的努力。
运动生物力学是一门实践性很强的学科，它的研究领域非常广泛，既有对人体自身器官，如对人体骨骼、肌肉生物力学特性的研究，也有对人体整体运动，如对各种项目动作技术的诊断；既有对人体模型的力学分析，又有对人体运动的实验测试。近些年来，随着现代科学技术的日新月异，尤其是电子学、机械学、材料学、光学、激光技术、传感器技术、计算机技术等相关学科的飞速发展以及社会需求的不断增长，运动生物力学的研究领域也在不断拓展，如对人与体育仪器器材关系的研究正朝着又一个新兴的边缘学科——体育工程学发展。人们不仅关注竞技体育，也开始重视全民健身，这为运动生物力学的发展提供了一个良好的机缘。在本书中，作者力求瞄准学科前沿、把握学术动态，注重实践性、系统性，从应用的角度审视现代运动生物力学的理论与方法。