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楼主: 龙影儿

[原创] 关于浮心迁移扭力矩对身体转动的贡献的商榷

[复制链接]
发表于 2015-1-21 09:50:52 | 显示全部楼层
本帖最后由 老旱 于 2015-1-22 08:49 编辑
龙影儿 发表于 2015-1-20 17:29
清华大学金季春教授指出:人体运动的生物力学分析需要组成人体的各个环节惯性特征的知识。
         ...

许多说法没有引起关注,可能是大家都耳熟能详了。比如 “三力合一”,不就是[弹道效应]么? “转动惯量小”,不就是[最小作用原理]么?? 如果这也要回应,会浪费许多版面,所以就视而不见充耳不闻了。。。

既然要商榷[浮心迁移扭力矩对身体转动的贡献],只需把理据摆出来,大家自有判断。在定性描述的同时,最好有定量的支撑,这要比什么清华、体科所的有说服力。
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发表于 2015-1-21 10:34:16 | 显示全部楼层
老旱 发表于 2015-1-12 18:25
对,人们都会问:特里为何会打出此腿?

通过浮力扭力矩的变化规律,我们知道,像这种大角度滚动,在接近 ...

特里那个腿不好看,但是归类剪刀腿怕是不妥。
剪刀腿应该是指像蛙泳腿那样,是左右分叉。而特里是前后分叉,因为侧身过多,所以从水面看误以为是左右分叉了。公道不?
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发表于 2015-1-21 10:51:52 | 显示全部楼层
guohaiyong 发表于 2015-1-21 10:34
特里那个腿不好看,但是归类剪刀腿怕是不妥。
剪刀腿应该是指像蛙泳腿那样,是左右分叉。而特里是前后分 ...

谁先说特里是[剪刀腿]的? 站出来——  

tui.png

点评

这张图出来,翻不了案了。  发表于 2015-1-22 11:33
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发表于 2015-1-21 10:57:10 | 显示全部楼层
老旱 发表于 2015-1-21 10:51
谁先说特里是[剪刀腿]的? 站出来——

是公牛先说的
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发表于 2015-1-21 17:30:27 | 显示全部楼层
本帖最后由 我家的小乌 于 2015-1-21 17:34 编辑

嘿嘿嘿,侧泳,研究侧泳,就是美国大兵的海盗式,典型剪刀腿哦
所以特里肯定剪了
     
公牛班主回答杠杠的   
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 楼主| 发表于 2015-1-25 22:13:56 | 显示全部楼层
老旱 发表于 2015-1-12 10:50
至于用什么模型来解读游泳,每个人有自己的出发点;只要说得通,[有理走遍天下]。昨日瓦尔特保卫了萨拉热窝 ...

    毛泽东在《实践论》中指出:“人们对于在各个一定发展阶段上的具体过程的认识只具有相对性的真理性。”
        本贴之所以提出对“浮心迁移扭力矩对身体转动的贡献”这个已有的定论的商榷,其主要原因在于:截止目前的论述基本都过于宏观,鲜有深入的分析。

       下面是自由泳跳发或蹬壁出发时,用两段模型以后交叉为例,身体由俯卧位转动至侧卧位的力学分析过程:
       按船舶横倾的静稳性或动稳性的理论分析。
       基本假设,臂、腿对纵轴的转动惯量J为常量,两腿打水引起身体转动的外力矩M为非周期性转动力矩。
        以右腿首次向下打水促使身体向左侧转动为例进行分析:
        设外力矩M引起身体转动的角速度为ωw,扶正力矩Mf引起身体向相反方向转动的角速度为ωf。当身体处于俯卧位时,扶正力矩Mf=0;当身体处于侧卧位时,扶正力矩Mf则趋于极大值Mfmax。
        当两腿不动时,身体没有转动,并保持俯卧位滑行的姿态。
        当右腿首次主动向下打水促使身体向左侧转动时,其转动方程为M/J=ωw。伴随着身体的被动转动及浮心迁移,随之产生的扶正力矩Mf会引起身体向右侧(相反)方向的转动,它的转动方程为Mf/J=ωf。
        静稳性  当扶正力矩Mf与外力矩M相等时,也即外力矩M为扶正力矩Mf所平衡时,ωw=ωf。身体停止转动而达到平衡,即处于左侧卧位滑行状态。
       根据基本假设,由于作用于身体的外力矩M为非周期性转动力矩,也就是当没有了使身体向右侧回转转动的外力矩,则扶正力矩Mf就成了唯一使身体向右侧转动的力矩。这大概就是矢内利正所说的“肩部浮力对滚动的贡献”的根据吧。因此,说矢内利正的论点是“触类旁通”的产物,一点都不为过。

        那么,肩部浮力对滚动的贡献真的能够达到最大吗?
        由上述基本设定以及扶正力矩Mf引起身体向相反方向转动的转动方程Mf/J=ωf可知,当身体向右侧回转至俯卧位时,扶正力矩Mf=0,则身体转动的角速度Mf/J=ωf=0,身体停止向右侧的转动。也就是说,扶正力矩的作用并不能促使身体持续向右转动至右侧卧位状态。身体回转转动只完成了一半,角速度ωf在俯卧位就没有了,何来“游得越快,肩部浮力对滚动的贡献越大”呢?
        看来把臂、腿对纵轴的转动惯量J设为常量,两腿打水引起身体转动的外力矩M设为非周期性转动力矩的假设,是无法证明矢内利正的论点的正确性啦。

        那么,根据船舶横倾的静稳性或动稳性的理论,把臂、腿对纵轴的转动惯量J仍设为常量,两腿主动打水引起身体转动的外力矩M还原为周期性往复循环转动力矩又如何呢?
        根据基本假设,把左腿主动向下打水与两臂的协调配合生成的,促使身体向右侧转动的周期性转动力矩,与使身体向右复原转动的扶正力矩Mf相叠加进行分析:
        由两段模型可以看出,当左腿主动向下打水时,身体将向右侧转动,且与扶正力矩Mf的转动方向相同,此时,身体向右侧转动的角速度ω=ωw+ωf,且有极大值。当身体向右转动至俯卧位时,∵扶正力矩Mf=0,∴ωf=0。若ωw=ωf=0,身体将停止向右转动。显然与身体转动的实际状态不符,因此必有ωw>ωf。也就是说,左腿主动向下打水与两臂交替划水的协调配合生成的,促使身体向右侧转动的周期性转动力矩,是实现身体完美转动的主要动力!这就是为什么我们在自由泳的训练中,特别强调打水的作用的理论根据。非常遗憾,这里同样不能证明“游得越快,肩部浮力对滚动的贡献越大”论点的正确性。
       至于把臂、腿对纵轴的转动惯量J还原(设)为变量,两腿主动打水引起身体转动的外力矩M还原为周期性往复循环转动力矩时,则更不会得出“游得越快,肩部浮力对滚动的贡献越大”的所谓“定论”。

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发表于 2015-1-26 00:03:11 | 显示全部楼层
本帖最后由 老旱 于 2015-1-26 11:15 编辑

双腿不动、或腿夹浮板的游进,身体依然会按照划水的节奏滚动。反倒是[六次腿]时,其中有四次踢腿,身体是不滚动的,比如你发现的[顺拐] (a)




所以说,划水对滚动的贡献是绝对的,而踢腿的贡献则是相对的、是按照速度及划水的配合而增减的。因此有50/68——〉50/~0 的变换。

有空儿也看看《矛盾论》,学学对立统一。
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 楼主| 发表于 2015-1-30 18:36:21 | 显示全部楼层
本帖最后由 龙影儿 于 2015-1-31 12:46 编辑
老旱 发表于 2015-1-26 00:03
双腿不动、或腿夹浮板的游进,身体依然会按照划水的节奏滚动。反倒是[六次腿]时,其中有四次踢腿,身体是不 ...


划水对滚动的贡献与浮心迁移对滚动的贡献不是一个概念

六次腿和四次腿中的辅助打腿,身体不滚动是因为两臂交替配合和腿对纵轴的转动惯量(Jb+Jt)处于最大值的缘故,并非是辅助打腿不产生使身体转动的角速度。这一点在身体的转动方程M/2(Jb+Jt)=ω中一目了然,与“顺拐”同样不是一个概念。“顺拐”的运动特征是肩与髋的相对转动,这一点我们没有分歧
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 楼主| 发表于 2015-1-30 19:42:29 | 显示全部楼层
本帖最后由 龙影儿 于 2015-1-30 19:44 编辑
老旱 发表于 2015-1-4 18:36
无论[圆木]还是[三段模型],都是指[运动平台],从未囊括腿和手臂。因为仰自属长轴上的滚动,与圆木类似,故 ...


截图看起来很花哨,这又能说明什么问题呢?

诸如“因为仰自属长轴上的滚动,与圆木类似,故常以圆木代之”,“自由泳的滚动,与船的晃动和圆木的滚动是极为相似的,……”等等,均试图想说明浮心迁移的力学原理。但是,圆木的滚动果真与船的晃动极为相似吗?船只的晃动可生成浮心迁移扭力矩,对于轴对称的一段圆木模型来说,根本不会形成所谓“浮心迁移”,更不会生成所谓“扭力矩”!这是不是一个重大瑕疵呢?
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发表于 2015-1-30 20:18:44 | 显示全部楼层
建议看看《动力链 双向性》。鸡毛蒜皮的,就不一一作答了。







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 楼主| 发表于 2015-1-31 13:24:11 | 显示全部楼层
老旱 发表于 2015-1-30 20:18
建议看看《动力链 双向性》。鸡毛蒜皮的,就不一一作答了。

    在第三个插图中,向下打水在膝关节处形成的“浮力阻力等效为支点”是概念错误。因为腿部质点的浮力与其重力是平衡的,何来等效支点呢?是否由此也可以说另一腿的向上打水会在膝关节处形成向下的“重力等效支点”呢?难道没有了“浮力阻力等效为支点”的所谓假设,就得不出髋部反向转动的力矩(角动量)吗?另外,短轴怎么会出现在“平台”的中部呢?短轴游泳的横轴与髋关节的连线相差无几,才是正确滴。
        第四个插图的瑕疵与第三个插图一样。看来原作者的力学分析水平仅停留在静力平衡的范畴,没有膝关节那个“等效支点”就不知如何去求髋关节的约束反力啦。
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发表于 2015-1-31 15:10:17 | 显示全部楼层
本帖最后由 老旱 于 2015-2-1 18:18 编辑

对,没有那个支点,打腿不可能使髋部转动。如果没有浮力和阻力,打腿就能使髋部转动,那宇航员就可以在太空舱里游泳了。。。

那个支点可不是[假设],浮力始终作用于水中的人体;没有水的浮力,人就在池底趴着了。同样,踢腿的过程中,腿部迎水的各面积都会遇上阻力;没有水的阻力,腿就踢空了。所以,向上的二力[等效]为杠杆的支点,才使得下踢腿能令髋部提起。

打腿的目的,除了推进力,就是为了提升下肢、减少阻力;髋部滚动是交替提升的结果,不是目的。下图踢腿作用力Fn 的水平分力Fnx 用于推进,垂直分力Fny 就是用于提升下肢[滴]。

Fny.png   

所谓[向上踢腿],其一,推进力并不大,反倒会产生附加阻力;其二,有违踢腿提升下肢的目的;其三,人腿基本不具备向后踢的功能,毕竟踢腿的效率取决于速度Un。所以说,自由泳[向上踢腿]是不成立的,它仅仅是一个恢复动作而已。只有娴熟的仰泳运动员,才具备一定的向后踢腿的能力。。。

想用约束力/约束反力解读踢腿/转髋,那是你的自由。这里还有把[鞭腿][转肩]比作[钢板尺]的呢,都是[十三不靠]又[滴水不沾]的思维,属特殊材料制成[滴]。


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发表于 2015-1-31 19:55:45 | 显示全部楼层
还有这个——“短轴怎么会出现在“平台”的中部呢?短轴游泳的横轴与髋关节的连线相差无几,才是正确滴。”

所谓短轴,就是各部都围着它转,惟它那里起伏最小,故虚拟为一轴。蝶泳每次入水时, 臀部会出水,起伏之大,可见,那里显然不是短轴。那么短轴在哪里呢?

Pictures 100.jpg

髋关节的连线在何处?  解剖学的冠状轴在哪里? 运动平台的短轴不正确么?
46.jpg     1K4453936-1.jpg powerchain.png

再次提醒:最好做足了功课再上来。





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 楼主| 发表于 2015-2-5 21:26:27 | 显示全部楼层
老旱 发表于 2015-1-21 09:50
许多说法没有引起关注,可能是大家都耳熟能详了。比如 “三力合一”,不就是[弹道效应]么? “转动惯量小 ...

    把“三力合一”概括为所谓“弹道效应”是不是有点故弄玄虚,有价值吗?

        其实,浮力属于静力学范畴以及“浮心迁移扭力矩对身体转动的贡献”究竟有多大,您是心知肚明的。我说浮心迁移扭力矩对身体转动的贡献没有Toshimasa Yanai所说的那么大,是他的论点上升到理论层面后经不起推敲。
       证明过程:
       根据船舶横倾的静稳性或动稳性的理论,把船只对转轴的转动惯量J由常量还原为人体游泳的实际状态,为简化分析仅考虑腿对纵轴的转动惯量Jt,且为周期性循环变量,变动范围(Jtmax↔Jtmin↔Jtmax)。两腿主动打水引起身体被动转动的力矩M设为周期性作用力矩,由于在一段时期内人体体能变化不大,被动转动力矩M可视为常量。为简化分析不考虑水阻。
这里只需证明打腿转动力矩M与扶正力矩Mf引起身体同步转动时,二者对身体转动角速度的贡献孰大孰小即可。
      当打腿生成的转动力矩M与使身体复原转动的扶正力矩Mf同步转动时。同步转动方程(角速度)为ω=ωw+ωf,式中ωw与ωf同号。
      同步转动初期,由36楼分析可知
                            ∵M=Mf,∴ωw=ωf,则ω=ωw+ωf=ωmax,身体开始同步回转。
      在同步转动过程中,两腿对纵轴的转动惯量Jt由Jtmax→Jtmin。身体被动转动方程(角速度)为ωw= M/Jt。∵Jt→Jtmin,∴ωw→ωmax为增函数,且有极大值。扶正力矩Mf为减函数,当身体向俯卧位转动时Mf→0 ,Mf和Jt同步递减,有ωf= Mf/Jt →0。即同步转动至俯卧位时,身体(躯干)被动转动的角速度为
                                                           ω=ωw+ωf=ωw=ωwmax  
“第二个理想状态”出现,身体随之快速另一侧转动。与身体转动的实际状态相符。在整个同步转动过程中,因为Jtmax→Jtmin,由M/Jt=ωw可以看出,身体从侧卧位向俯卧位的被动转动呈现出“增速效应”, Mf/Jt=ωf则迅速减小并趋于零,也即ωw>>ωf。而从俯卧位向另一侧转动至侧卧位的被动转动则会呈现出“减速(制动)效应”,“第一个理想状态”出现。也即,两腿主动向下打水与两臂交替划水的协调配合生成的,促使身体向相反方向被动转动的周期性作用力矩M,是实现身体完美转动的主要动力!也是我们强调打水作用的重要性的理论根据。臂、腿协调配合的标志是它们的转动惯量必须同时趋于极值。此结论与《游泳运动》教科书2001版关于“过去的观点一致认为是肩部在围绕纵轴转动,事实上躯干的转动要远远大于肩的转动”和“目前的许多研究认为,身体处于侧卧位时受到的水的阻力要远远小于平卧位时。因此,要减小阻力,就要尽量减少身体处于平卧位的时间,增加侧卧位的时间”的论点相吻合。无法证明“游得越快,肩部浮力对滚动的贡献越大”论点的正确性。
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发表于 2015-2-6 08:26:35 | 显示全部楼层
该帖在技术理论上的表述很深,不失是一个好的帖子,但是探讨的语气有些偏颇,暂时取消精华帖子的设置,待争论到明晰时再根据情况进行设置。
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