彈力繩力學(xué)特性及其在運(yùn)動訓(xùn)練中應(yīng)用的研究.pdf

1、研究目的:彈力繩因其獨(dú)特的力學(xué)特性被廣泛應(yīng)用在運(yùn)動訓(xùn)練、體育鍛煉、康復(fù)鍛煉等各個領(lǐng)域。與傳統(tǒng)的運(yùn)動器材相比，它不僅價格低廉、攜帶方便、變化形式多樣，更重要的是所提供的阻力是不依賴重力的變阻力，國外學(xué)者已經(jīng)證實了它的使用價值。但在國內(nèi)對彈力繩力學(xué)特性及應(yīng)用價值的研究并不多見，尤其是對它力學(xué)特性的研究到目前為止仍未見此方面的公開數(shù)據(jù)，盡管近幾年內(nèi)國內(nèi)不乏對其應(yīng)用價值的研究，但相關(guān)文章很少。本文對四種不同的彈力繩進(jìn)行靜力性、動力性力學(xué)特性及在

2、運(yùn)動訓(xùn)練中的應(yīng)用進(jìn)行了實驗研究，旨在為讀者提供此方面研究的參考依據(jù)，彌補(bǔ)國內(nèi)在此領(lǐng)域研究的空白點(diǎn)。
　　研究內(nèi)容:本文使用杠鈴、毫米刻度尺、sony攝像機(jī)、愛捷錄像解析系統(tǒng)、kistler測力臺等設(shè)備對彈力繩的靜力性、動力性材料力學(xué)特性進(jìn)行了測試及分析。具體研究的指標(biāo)有:1)靜力性實驗:附加的應(yīng)力、彈力繩的形變量及應(yīng)變百分比、蠕變量、蠕變時間及卸載后的恢復(fù)量、恢復(fù)時間等；2)動力性實驗:附加的應(yīng)力、彈力繩形變量、形變速度、形變加速

3、度等；3)應(yīng)用實驗:三種不同下肢動作的運(yùn)動周期、速度、加速度、屈—伸的最大速度、平均速度及加速度、各關(guān)節(jié)的屈—伸角度、彈力繩的形變量、變化的張力等。
　　研究結(jié)果:1)對四種不同的彈力繩進(jìn)行靜力性實驗測試，從測試數(shù)據(jù)及張力—形變量、張力—應(yīng)變％曲線中分析得出:藍(lán)色、白色彈力繩的形變在初始長度的50％(即應(yīng)變?yōu)?0％)以下是非線性的，應(yīng)變在50％以上是線性的。黃色、紅色彈力膠管在應(yīng)變的100％以下是非線性的，應(yīng)變100％以上呈線性關(guān)

4、系。2)靜力性實驗結(jié)果顯示，不同初始長度的藍(lán)色、白色彈力繩的張力—應(yīng)變％曲線不重合，10cm、20cm、30cm差異顯著，40cm、50cm、60cm、70cm、80cm曲線基本重合。黃色、紅色彈力膠管在不同初始長度下的張力—應(yīng)變％曲線基本重合。3)根據(jù)彈力繩靜力性的張力—形變量、張力—應(yīng)變％曲線，分別得出不同初始長度下藍(lán)、白色彈力繩在靜力性瞬時載荷下應(yīng)變在50％以上以及黃、紅色膠管應(yīng)變在100％以上的一元回歸方程，方程表示形變量和對應(yīng)

5、的應(yīng)力之間的線性關(guān)系，為運(yùn)動彈力繩靜力性阻力的量化提供了依據(jù)。4)對黃色、紅色彈力膠管在靜力性負(fù)重5kg30min內(nèi)的蠕變特性進(jìn)行了對比研究，結(jié)果顯示兩種材料蠕變特性差異顯著(p<0.01)，紅色彈力膠管30min后的蠕變量與卸下載荷15min后的不可恢復(fù)形變量都小于黃色彈力膠管。5)在動力性實驗條件下，黃色彈力膠管在5kg、10kg、15kg的負(fù)載下達(dá)到相同的形變量、形變速度、形變加速度所用的時間相同，紅色彈力膠管、白色彈力繩則不同。

6、6)在動力性實驗條件下，彈力繩形變的速度隨時間的延長呈不對稱的U形，開始的時候變化量較大，當(dāng)達(dá)到最大速度后變化量會逐漸減小，從零速度達(dá)到最大速度的時間比從最大速度恢復(fù)到零速度所需要的時間要短。在相同的載荷下，彈性越小的彈力繩出現(xiàn)形變最大速度的時間越晚，一個速度曲線周期(從零速度到最大速度再到零速度)越長，出現(xiàn)的最大速度也越小。7)在動力性實驗條件下，彈力繩的形變加速度隨著時間的延長將會呈現(xiàn)出S形，會出現(xiàn)方向相反的兩種加速度，先增加再減小

7、當(dāng)減小到零的時候再向反方向增加再減小到零。紅色彈力膠管，受到的負(fù)荷越小，加速度相反方向出現(xiàn)的的臨界時間點(diǎn)出現(xiàn)的越早；白色彈力繩相反。8)在5kg、10kg、15kg的負(fù)荷下，黃色彈力膠管形變量—張力三條曲線基本重合；紅色彈力膠管則不同，且負(fù)荷越小最大張力出現(xiàn)的時間越早，形變量也越短；白色彈力繩在10kg、15kg負(fù)荷下，出現(xiàn)最大張力的形變量不同，但對應(yīng)的時間相同且都早于兩種彈力膠管，最大張力也小于同條件下的彈力膠管。因此，在負(fù)荷相同的情

8、況下，彈性越大的彈力繩出現(xiàn)最大張力時所對應(yīng)的形變量越小、時間越早、最大張力也越小。9)利用紅色彈力膠管進(jìn)行站立位下肢負(fù)重擺腿和仰臥位下肢負(fù)重屈—伸腿動作的測試，實驗結(jié)果顯示，負(fù)重后的前屈、后伸及整個動作的周期都大于負(fù)重前，且后伸周期的變化量大于前屈周期的變化量。10)利用紅色彈力膠管進(jìn)行站立位下肢負(fù)重擺腿動作的練習(xí)，實驗結(jié)果顯示，負(fù)重后擺動腿前屈、后伸的最大角度、最大角速度、平均角速度及整個過程中的平均角速度都明顯增大，負(fù)重后后伸更加充

9、分。11)利用紅色彈力膠管進(jìn)行站立位下肢負(fù)重擺腿動作的練習(xí)，實驗結(jié)果顯示，負(fù)重后擺動腿前屈的最大速度、后伸的最大速度及平均速度與負(fù)重前的相比略有減小，前屈的平均速度及整個運(yùn)動過程中的平均速度略有增大。仰臥位下肢負(fù)重屈—伸動作實驗結(jié)果顯示，負(fù)重后伸的最大速度、平均速度都明顯增大，屈的最大速度、平均速度及整個動作的平均速度有所減少但減少量不大。12)站立位負(fù)重擺腿與仰臥位負(fù)重屈—伸腿的力量峰值對比顯示，仰臥位的力量峰值更大。與仰臥位相比，站

10、立位使用彈力繩對下肢進(jìn)行抗阻力量訓(xùn)練，在伸的過程中，被動肌能夠得到更加充分的伸展；站立位的運(yùn)動周期、運(yùn)動速度都大于仰臥位的；但是仰臥位可以雙腿同時系上彈力繩進(jìn)行交替抗阻力量訓(xùn)練，提高運(yùn)動的效率。13)俯臥位屈—伸膝動作負(fù)重后運(yùn)動周期縮短，平均速度增大，尤其是屈膝過程的最大速度及平均速度增加顯著。
　　結(jié)論:1)在靜力性力學(xué)條件下，四種不同運(yùn)動彈力繩的張力—形變關(guān)系并不完全符合胡克定律(F=Kx)，不同的材料有不同的線性臨界值。2)

11、在靜力性實驗條件下，在不同的初始長度、相同應(yīng)力下，黃色、紅色彈力膠管的應(yīng)變百分比是一個常量，但是藍(lán)色、白色彈力繩的應(yīng)變百分比受初始長度的影響。3)在靜力性實驗條件下，可以利用彈力繩應(yīng)力—形變量的線性部分繪制一元回歸方程，能較準(zhǔn)確的得出彈力繩的張力與形變量的關(guān)系。4)黃色、紅色彈力膠管的蠕變及恢復(fù)特性顯著不同。5)在動力性試驗條件下，在一定負(fù)載下，黃色彈力膠管在相同的時間內(nèi)的形變速度、形變加速度相同，但紅色彈力膠管、白色彈力繩的都不同。6

12、)在動力性實驗條件下，白色、黃色、紅色三種不同彈力繩的形變速度、形變加速度都是先增大后減小，但出現(xiàn)此趨勢的時間臨界點(diǎn)不同。7)在相同的動力性實驗條件下，白色彈力繩出現(xiàn)最大張力的時間要早于兩種彈力膠管。在不同負(fù)荷下，負(fù)荷越小紅色彈力膠管出現(xiàn)最大張力的時間越早，同時對應(yīng)的形變量越小。8)在應(yīng)用研究的實驗中，相對于負(fù)重前，負(fù)重后對下肢的最大速度、平均速度、最大角度、平均角速度等各個指標(biāo)的減小量不明顯，有些指標(biāo)甚至增大，說明利用紅色彈力膠管進(jìn)行