第三节 运动学基础

一、运动技能及其形成

（一）运动技能的分类

在体育运动中，存在着多种运动技能，分类的依据不同，则其分类的方法也会不同。根据不同的分类方法，运动技能分为连续性技能、序列性技能和非连续性技能，封闭技能和开放技能等。其基本内容如下：

1．连续技能、非连续技能和序列性技能

根据运动开始和结束的特定位置，可以将运动技能分为连续性、非连续性运动技能和序列性运动技能。

（1）连续性运动技能

连续性运动技能没有明显的开始和结束，并且一般由重复性技能构成，如跑步、游泳、骑自行车等。其主要的特征是运动持续时间较长，动作具有一定的周期，而且动作是一个重复的过程。

（2）非连续性运动技能

非连续性运动技能则有明确的开始和结束，一般由简单动作构成，如投掷标枪、跳远、投篮、拦截传球等。这类运动技能多由突然爆发的动作组成，持续时间相对较短，动作一般是非周期式的，各环节之间重复较少。

（3）序列性运动技能

序列性运动技能是由多个非连续性运动技能按照一定顺序组合而成的系列技能。大多数技能都属于这一类，如三级跳远、跨栏和跳高等。这里的“序列”意味着动作是由多个动作组成的，各环节之间的节奏是获得成功的关键。这类技能的学习需要经过分解练习，从单个动作到整体动作，最后形成一定的动作体系。

2．封闭性与开放性运动技能

根据在运动过程中运动技能对环境的依赖程度来划分，可将运动技能分为封闭性运动技能和开放性运动技能。

（1）封闭性运动技能

封闭性运动技能主要依靠运动者的肌肉、肌腱、关节等感受器所介入的反馈来调节，它包括游泳、跑步、篮球的罚球、体操等。在进行该类技能的练习和获得时，环境特征和技能的程序基本是固定的，个体可以有充分的时间去完成技能，要求动作尽可能准确、稳定。学习这种动作技能的关键在于反复练习，直到达到标准的模式和自动化程度为止。

（2）开放性运动技能

一种运动技能的完成主要依赖于周围环境提供的信息，而正确感知周围环境成为运动调节的重要因素时，这种技能就叫开放性运动技能，如乒乓球、网球、篮球中的传球、足球的抢截球、拳击等。该方面运动技能的获得需要运动者具有正确的处理和认识外界的变化，以及高度的随机应变能力和预见能力。在运动过程中，运动者需要及时根据对手变化确定和实施动作方式，在集体项目中，还要参照同伴的情况进行决策和行动。

（二）运动技能形成的过程

人随意运动的生理机理是以大脑皮质活动为基础的肌肉活动。大脑皮质动觉细胞可与皮质所有其他中枢建立暂时性神经联系，学习和掌握运动技能，其生理本质就是建立运动条件反射的过程。运动技能的形成是一个相互联系、相互交错、和谐统一的过程，这一过程主要分为泛化过程、分化过程、巩固过程以及自动化过程四个阶段。

1．泛化过程

在运动训练中，练习者进行训练所引起的刺激传入大脑皮层各有关中枢。因这时大脑的分析功能还不够精确，因而主要表现为动作僵硬、不协调，从而出现多余的动作，能量消耗多而有效动作少，对于动作时机的掌握也不够准确。

2．分化过程

随着练习者学习的不断深入，在掌握了一定的运动技能后，其大脑皮层运动区的兴奋、抑制过程在时空上的分化也日趋完善。在这样的条件下，运动训练泛化过程中的表现开始逐渐消失，并进一步形成运动动力定型。但由于欠缺一定的稳定性，因而在外界因素的干扰下，这种动力定型容易遭到破坏，练习者在训练中仍然会出现一定的错误动作。

3．巩固过程

练习者通过反复的练习后，逐渐形成了一定的动力定型，这种动力定型也逐渐得到巩固，因而练习者的动作也更加精确、协调与省力，技术动作错误也很少出现，甚至某些环节也能够在脱离意识的控制下完成，这就是所谓的初步形成自动化。一般来说，动作的初步自动化条件中，运动者运动技能的形成不会受到大的干扰，其技术技能开始走向成熟。即便是在不利条件下，运动的形成也不至于遭到破坏。

4．自动化过程

在经过以上几个过程之后，练习者掌握了相关的运动技能，运动的技巧运用水平上了一个新的台阶，这就是所谓的自动化过程。自动化是运动者技能形成的重要阶段，在这一阶段中，当运动者练习某一套动作时，可以在脱离基本意识的条件下自动完成整个动作。

二、人体运动的基本形式

在对人体的运动进行研究时，经常将其分为质点运动和刚体运动两方面。具体如图2-3所示。

（一）直线运动和曲线运动

1．直线运动

直线运动是人体或器械始终处在一条直线上的运动，即质点运动的轨迹是一条直线。在人体运动中，很少存在纯粹的直线运动，只有近似的直线运动。一般将直线运动分为变速直线运动和匀变速直线运动。前者是指运动的质点始终处在一条直线上，并且在相等时间内通过的路程相等，如步行、慢跑等，人体的重心可视为匀速直线运动；后者主要是指人体在进行运动时，相等时间内速度变化量相等，其有时间速度坐标图表示，则为一条斜线。

2．曲线运动

将人或器械作为质点，则其运动的轨迹对选定的坐标系来说，是一条曲线，这被称为曲线运动。曲线运动时，速度的大小、方向、加速度发生变化时，需要强调其各物理量的矢量性。曲线运动较多，如足球的飞行轨迹、人体起跳腾空后在空中的轨迹等。

（二）平动、转动和复合运动

1．平动

如果在运动过程中，刚体上任意两点的连线保持平行，而且长度不变，那么这种运动就叫作平动。例如，轮滑运动中的姿势维持阶段。刚体平动时，可视为质点运动，分为曲线平动和直线平动。

2．转动

转动是物体绕着一个固定点或固定转轴做旋转运动，如髋关节和肩关节的旋内、旋外等。人体各种简单的走、跑、跳等运动都是各环节绕关节轴转动而实现的，因此，人体各关节的转动是人体运动的基础。

3．复合运动

复合运动是相对较为复杂的运动，其不是单纯的平动或转动，而是包括身体重心的平动以及肢体其他部位绕重心的转动。

三、人体运动的力

力是物体间的相互作用，当力作用于物体时，会产生一定的效应。力可以使得物体发生加速度、形变等方面的变化。作用于物体的力进行研究时，其三要素分别为力的大小、力的方向以及力的作用点。

作用于物体的力的大小不同，则会产生不同的效果。在很多运动项目中，人体力量的大小以及作用力器械上的力的大小对运动成绩具有决定性的影响，如跳高运动、跳远运动、举重等。

力是具有方向性的矢量，在对其进行研究时，可将力的方向用箭头表示，箭头所指的方向即为力的方向。大多数时候，物体运动是多力共同作用的结果，力的合成与分解应遵守平行四边形法则。

同样的力作用在不同作用点上，产生的效应也明显不同，如在踢足球时，力作用在球的不同位置，可能使球发生不同的旋转，甚至改变球的方向。

（一）人体运动的内力与外力

1．内力

人体在进行运动时，整个人体可以视为一个力学系统．人体各部分之间的相互作用力被称为内力。人体的内力包括弧力、韧带张力、骨应力等。在这些内力中，肌力是人体的主动力，并且是可控制的。在内力的作用下，人体的各个部位实现运动。

2．外力

人体是一个力学系统，则外界作用于人体的力即为外力。人体在运动时，所受到的外力是多种多样的，包括重力、摩擦力、空气阻力、地面支撑力等。

（二）人体在运动中所受到的外力

1．重力

重力即为地球对物体的引力。在地球上的物体都会受到重力的影响，其与物体的质量具有重要的关系。一般，如果物体的质量为m，则物体所受的重力大小为G=mg（g为重力加速度），即物体受到的重力与物体的质量成正比。物体所受重力的方向与重力加速度的方向一致，垂直于水平面指向地心。物理学认为，重力是一个质量力，它均匀地分布作用在物体的质量上。

需要注意的是，重力与质量是两个不同的概念。所谓质量，是物体内所含物质的多少，是物体的本身属性，是惯性大小的量度，当物体移动时，其质量是不变的；重力则是地球对于物体吸引力的大小，同一物体在不同的维度或高度上，其所受的重力会有略微差异。

2．摩擦力

物体在进行运动时，其与接触的物体之间发生的阻碍相对运动和运动趋势的相互作用力即为摩擦力。物体所受到的摩擦力方向与运动（趋势）的方向相反。一般可将摩擦力分为静摩擦力和滑动摩擦力。所谓静摩擦力，是指物体具有运动的趋势，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。空气的摩擦力又被称为空气阻力，当物体高速运动时，空气阻力会对物体产生重要的影响。例如，足球在空中旋转飞行时，会受到空气阻力的影响而产生一定的弧线。

3．弹性力

所谓弹性力，即当物体发生形变时，要恢复原来的形状而作用于与其相接触的物体上的力。弹性力发生在相互接触的物体之间，并且物体发生了形变。在撑竿跳运动中，弹性力得到了充分的展现。

需要注意的是，在人体中，肌肉、肌腱、筋膜都具有弹性，在肌肉收缩前被拉长，收缩时弹性力释放出来参与收缩过程。当肢体做屈伸或伸展运动时，其相反方向的组织包括皮肤、皮下组织、肌肉、筋膜、关节囊等均会受到牵拉。

（三）牛顿力学定理

1．牛顿第一运动定律

牛顿第一定律，又称惯性定律，是指任何物体在不受力作用时，或所受合力为零时，其将保持静止状态或匀速直线运动状态，物体的这种保持其原来状态不变的性质即为惯性。惯性是物体保持其原有状态不变的属性，其大小与物体的指令及其运动状态有关。在进行体育运动时，应巧妙利用惯性。

在体育运动时，应特别注意动作的连贯性，尽可能避免频繁地改变运动速度，以减少不必要的负荷。物体从静止到运动时，需要施加一定的力，人体速度改变时，需要肌肉用力，频繁地改变速度，则会造成人体的疲劳。因此运动中保持用力的连贯性和动作的连续性是很重要的。在长距离运动时，应保持适宜的匀速运动，如竞走运动和马拉松等，在运动时保持适宜的匀速能够节省能量，具有良好的运动效果。

2．牛顿第二运动定律

牛顿第二定律即为加速定律：当一个物体受到的合外力不为零时，物体运动的加速度与作用力成正比，与其质量成反比，加速度的方向与作用力的方向一致。当质量为m的物体受到作用力F时，其运动状态发生变化，产生加速度a，加速度的大小与力的大小成正比，与质量成反比。用公式表示为：

∑F一1223

人体在进行运动时，如果力的作用方向与运动方向一致，则物体的加速度为正，作用力为物体的动力；如果运动的方向与力的方向相反，则该作用力阻碍物体运动，物体处于逐渐减速运动阶段。

在进行体育运动时，为了使得人体或器械运动时获得较大的加速度，必须施以其一定的力。由于作用于人体或器械的力有很多种，就会产生力的叠加状态，人体或器械所受的合力大小取决于各种力的大小、方向和作用点。

在将牛顿第二定律应用于人体运动中时，应强调运动中的任意时刻。力与加速度必须是同一时刻的瞬时量，如果物体受恒力作用沿直线运动，第二定律的瞬时性的重要意义就不突出了；反之，如果受的是变力作用，那么瞬时性就很重要。

3．牛顿第三运动定律

牛顿第三定律即为作用力与反作用力定律，在物体运动时，两物体相互作用时，作用力与反作用力大小相等、方向相反，并且作用在同一条直线上。

牛顿第三定律具有以下几方面的内涵：

（1）作用力与反作用力分别作用于两个不同的物体上，并且这两个力的大小相同，但是产生的效果具有一定的差异性。例如，人在踢足球时，足球会向前飞起，而人则保持不动。

（2）有作用力则必然会有反作用力，这两者是相互依存的，同时存在，同时消失，两者是瞬时关系。

（3）力包括弹性力、摩擦力、重力等，作用力与反作用力必须是同种性质的力。

（4）作用力与反作用力大小相等，但是方向却相反，在同一条直线上，不受相互作用的两物体的运动状态的影响。

在进行走、跑等运动时，人体会前进，这取决于地面反作用力大小对人的作用，其最终又取决于人体下肢肌肉的收缩产生的作用力。因此，提高人体运动效果的前提应是提高肌肉收缩速度和力量。另外，为了提高运动的效率，通过缓冲技术能够在一定程度上减小支撑反作用力的阻力效应，提高动作的效率。