人體跑步與跳躍及步行時(shí)的沖擊效果分析

彭如海2016-3-17南京

一,、問(wèn)題的提出

快步走時(shí),，雙腳不會(huì)同時(shí)離地，連競(jìng)走也不允許雙腿離地,，否則取消參賽資格,。而且當(dāng)快步走時(shí)，前腳是腳后跟先接觸地面,，因此腿部基本是受到軸向壓力,。可以證明,，單腿受到的沖擊力是人體體重的2倍,。

   跑步與跳躍要求雙腿有同時(shí)離地的時(shí)刻。跑步時(shí)是單腿從一定高度處落地,；跳躍則可以雙腿落地,。可以證明：跑步時(shí)單腿所受到的沖擊力與跳躍時(shí)單腿或雙腿受到的沖擊力遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于人體自重的2倍,。并有以下計(jì)算公式：

           （1）

(注：彈性剛度與受力構(gòu)件是軸向壓縮變形還是彎曲變形有關(guān)）

  下面我們通過(guò)詳細(xì)分析計(jì)算證明以上結(jié)論,，并分別計(jì)算以下不同情況的動(dòng)荷系數(shù)：

【1】快步走（腳后跟先著地）；

【2】單足跳躍與雙足跳躍,腿部保持垂直時(shí),；

【3】跑步與單足跳躍（腿部彎曲,，腳掌前段先著地）；

【4】跳高或從高處跳下（腿部彎曲,，腳掌前段先著地）,；

為此，先用圖形與表格來(lái)簡(jiǎn)單介紹人體基本結(jié)構(gòu)與相應(yīng)的力學(xué)參數(shù),。

圖1表示站立的人體,。與本問(wèn)題相關(guān)的骨骼系統(tǒng)有：

1、脊柱,；

2,、大腿的股骨,；

3、小腿的脛骨（含腓骨）,；

4,、腳骨（由腳跟骨與腳掌骨系組成的弓骨，祥見(jiàn)圖2）,。

它們分別通過(guò)各骨骼的周圍都有的肌肉與肌腱包圍與連接,，并且通過(guò)髖彎曲關(guān)節(jié)、膝關(guān)節(jié),、裸關(guān)節(jié)將它們連成一個(gè)可以在人體希望的方向能夠活動(dòng)自如的承力系統(tǒng),。關(guān)節(jié)對(duì)于它所連接的骨骼的作用如同一種轉(zhuǎn)動(dòng)的彈性支承。