研究體育運動中人體機械規律的科學，在中國也叫做“人體運動力學”。
運動生物力學的任務 ①研究運動員身體結構和機能的力學特性：運動生物力學從生物力學的觀點研究運動器官、呼吸、血液迴圈、神經諸系統的結構及運動素質的力學特徵，並考慮到性別、年齡的特點及訓練水準的影響等。②確立運動技術原理：通過對各項運動技術的生物力學研究，提出必要的參數，將各種各樣完成動作的實踐上升為理論論，塑造出標準運動技術的模式，使教練員和運動員明確什麼樣的動作是正確的，然後通過一定手段對運動員的動作進行技術診斷，提高訓練的科學性。③改進和設計運動器械：人體本身的運動效果和人體對器械的作用效果如何，同運動器械是否具備良好的運動性能有關。從運動生物力學觀點出發，把人體運動技術和運動器械的力學性能結合起來考慮，提出運動器械最佳的標準，改進舊的或設計新的運動器械。④防治運動創傷：對人體結構材料的力學研究和對運動技術的生物力學分析，能揭示人體各器官系統的形態結構與機能之間的具體聯系，使人們知道什麼運動對健康無妨，什麼運動容易損傷，從而正確地編制和選擇訓練手段。⑤為運動員的選材提供有關參數：研究各項運動技術的生物力學特征，提出有關參數，以便從運動生物力學方面瞭解各專項運動員應具備的形態、機能和素質條件，供選拔運動員時參考。
運動生物力學的內容 ①人體結構材料力學：運動生物力學把人體骨骼看作支撐器官，研究它的力學性能及安全強度；把兩骨通過關節的連接看作是運動偶，把依次連接起來的運動偶看作是運動鏈；把骨骼、關節和肌肉構成的整體視為骨杠桿系統；分析在肌肉的拉力下骨骼圍繞關節所進行的轉動；探討肌肉在運動鏈中的各種作用。同時也涉及呼吸、血液循環等器官的力學特性。②人體靜力學：主要是研究人體從事體育活動時的平衡問題。運動生物力學把人體看作是組合物體，分別由頭、軀幹、上臂、前臂、手、大腿、小腿和足這些環節組成。用一定的方法確定人體各環節重心，並求得人體重心。一般來說，人體重心的水平位置在兩臂下垂的對稱站立姿勢中位於第1至第5骶椎之間，略高於髖關節的額狀軸；它的左右位置，在接近人體正中面內，稍偏向右；它的前後位置，在骶骨和恥骨之間。由於每個人的身體各部分質量大小不一，人體重心位置也因人而異。各項運動員的體型不同，重心位置也不一樣。人體重心位置不是固定的，在呼吸和血液循環的影響下，在身體姿勢發生變化的情況下，重心位置也隨著發生變化。人體從事平衡運動時，根據重心和支點的關系，分為支點在重心上方的上支撐平衡和支點在重心下方的下支撐平衡；根據人體在外力作用下，失去原來平衡位置以後繼續保持平衡的情況，分為隨意平衡、穩定平衡和不穩定平衡。對下支撐平衡穩度的大小，用穩定角及穩定力矩表述。③人體運動學：人體除平衡運動外，還有位移運動、旋轉運動和復雜的空間運動。這是以人的整體運動的主要特征進行的分類，是相對的。在這相對的分類中，多見的是復雜的空間運動。人體運動學是從空間和時間的觀點描述人體的運動，探討人體位置的變化和時間的關系，求得平動和轉動中的位移、時間、速度和加速度，也研究跳躍和投擲的合理角度等問題，它抓住運動的外形，分析運動的現象和過程（見運動動作的解剖學分析）。④人體動力學:以力學定律為基礎，探討力和人體運動的關系。當把人體當做一個力學對象研究其受力情況時，將影響人體運動的力分為外力和內力兩類。外力是人體以外別的物體的作用，是使人體產生加速度或發生變形的原因，它包括人體重力、支撐反作用力、摩擦力和流體阻力等。內力是人體各部分之間的相互作用，隻使人體發生變形、產生局部加速度，它包括組織器官的被動阻力和肌肉拉力等，其中肌肉拉力是制約人體運動的主導力。一般，人體運動是人體與外界環境之間的相互作用引起的。⑤各項運動技術的生物力學分析：這是緊密結合體育實踐為運動訓練服務的一部分內容，常對各項優秀運動員的運動技術進行定量的研究，探討各項運動技術的原理和最佳運動技術。
此外，運動生物力學是一門應用科學，因此把研究方法作為本學科的重要組成部分。
運動生物力學的發展 早在15世紀，意大利科學傢L.達·芬奇就對人體運動發生瞭濃厚的興趣。他用人的屍體研究解剖學，並提出瞭人體服從於力學定律的觀點。17世紀，意大利醫生A.博雷利發表瞭運用杠桿定律測定人體重心位置的實驗材料。他還把人體和動物的位移運動進行瞭分類。19世紀，德國生理學傢W.韋貝爾和E.H.韋貝爾兄弟發表瞭對人的基本位移形式──走的研究。俄國的解剖學傢П.Ф.列斯加夫特在探討人體運動器官的形態和機能之間的關系方面作瞭大量工作，寫瞭《理論解剖學基礎》和《人體運動理論》等著作。萌芽時期的運動生物力學基本上沒有和解剖學分開，多是應用屍體解剖材料分析人體運動，闡述動作原理。照相機、電影機的發明，對於研究體育動作起瞭巨大作用。20世紀60年代以後，由於電子工業的發展，為運動生物力學的研究提供瞭新的手段。目前，美國、德意志民主共和國、德意志聯邦共和國、蘇聯、瑞士、芬蘭、捷克斯洛伐克、日本和加拿大等國傢都十分重視運動生物力學的研究工作，許多國傢體育院校都開設運動生物力學課程。近20年來，運動生物力學的國際學術交流活動頻繁。
運動生物力學在中國還相當年輕。民國時期，一些體育工作者曾作過這方面的理論建設工作，一些師范院校體育系科開設過“人體機動學”課。吳蘊瑞曾為師范院校的體育系科講授過“運動學”。1958年以後，中國陸續在體育院系設運動生物力學課，國傢體委體育科學研究所也成立瞭運動生物力學研究室。1976年以來，中國體育科學工作者又研制瞭遊泳速度遙測儀、激光計時儀、標槍光電測速儀、三維測力儀和連續閃光機等一批測試儀器，為定量研究運動生物力學創造瞭條件。1979～1980年間，中華全國體育總會邀請當時的國際生物力學學會主席、美國賓夕法尼亞大學生物力學實驗室主任R.C.納爾遜博士及日本、德意志聯邦共和國的生物力學專傢來華講學。1980年12月，中國體育科學學會宣告成立，同時成立瞭中國運動生物力學學會，並舉行瞭學術報告會。
運動生物力學的測試方法 研究人體運動時，經常需要的參數有人體重心及其坐標、關節運動的角度、人體運動的速度和加速度、踏蹬力量和時間、肌肉工作的強度等，因此必須用測試的方法收集材料，進行研究。這種方法主要是：①攝影記錄動作。分為普通攝影、運動光點攝影、連續閃光攝影和電影攝影。普通攝影是用普通照相機攝單個動作，適合研究靜力性運動，用途較窄。運動光點攝影是將攝影機鏡頭前面遮上按一定頻率旋轉的帶孔的圓盤，讓它起切斷光線的作用。這樣攝下的光點軌跡在一張底片上連成光點線。運動速度快，光點密集；運動速度慢，光點稀疏。連續閃光攝影，是把電子閃光機和攝影機配合在一起，在一張底片上攝下運動員的連續動作(圖1)。電影攝影是用電影攝影機拍攝不同頻率的、一個平面或兩三個平面的動作。②測定速度和加速度。有光電計時和加速度測定儀測定兩種方法。光電計時，是把光電計時器安裝在跑道的等距點上，運動員通過光電計時器的遮光信息，由示波器顯示或記錄儀描記，可看出經過每兩個光電計時器之間的時間，求得平均速度。加速度測定儀由傳感器組成，把它帶在身上跑動，身體的加速度由示波器顯示或記錄儀描記下來。③其他測試。a.測定關節角度的變化，可用關節角度儀(圖2、圖3)。b.測定動態力。如測定運動員走、跑和跳躍時產生的各種力量，可用測力儀。C.描記肌電圖。測定人在運動時各部分肌肉的狀況和變化(圖4)。記錄動作，獲得原始測定數據是運動生物力學研究的關鍵一環，在此基礎上還需進行分析、綜合，上升為理論。
圖1 攝影紀錄的向後大回環連續動作
圖2 關節角度儀
圖3 關節角度儀
圖4 八道肌電遙測儀
運動生物力學的動作分析 無論揭示某項運動的一般規律及原理，或是對某一運動進行技術診斷，都需對運動技術進行下述生物力學分析。如：①選擇測試手段。測試手段依分析的目的而不同。例如，研究射箭的“撒放”技術時，因為全部動作隻有15毫秒，要瞭解手指、弓弦及箭的運動現象，必須選用200格／秒以上的攝影機拍攝動作。拍攝頻率太低，就不能捕捉所要研究的關鍵技術。研究跳高運動員的踏跳技術時，要瞭解踏跳的不同階段在不同方向上踏跳力的大小和作用的時間，以及肌肉的工作狀況等，就應選用三維測力儀、肌電儀和電影攝影機同步測試，取得第一手材料。②整理材料。a.進行運動分類：人類運動有平衡運動、位移運動、旋轉運動和復雜的空間運動，其中有些運動又分為周期運動和非周期運動。研究者應把所分析的具體運動按此歸類，以明確運動的范疇，便於進一步分析。b.劃分運動階段:首先要確定運動的開始和結束部位，然後把開始和結束之間的過程分為若幹階段，進而還可以把每一階段分為若幹時期，以便下一步定量地查明這些階段和時相的運動學及動力學特征。c.計算人體重心:有專門的方法可以在運動技術圖片上計算出人體各環節重心和人體重心，進而知道人體各環節和整個人體重力的作用點；據此繪出這些“點”的運動軌跡，並計算出這些“點”的速度和加速度。d.制作連續動作簡圖：此圖是由各關節點的連線構成的，能簡明地體現人體在不同時相的運動姿勢，借此可以測量出各關節的角度，用以說明運動技術的好壞。e.繪制參數曲線圖:根據人體在不同時相的關節角度、速度和作用力的大小，繪制出關節角度隨時間變化的曲線圖、速度隨時間變化的曲線圖、作用力隨時間變化的曲線圖，等等。f.繪制對照圖:利用所測得的關節角度、速度、動力變化曲線圖和肌電圖，分別繪制與動作圖象相對應的對照圖和綜合對照圖。g.分析運動員的運動技術時，對所取得的數據應當用統計學處理，可以用平均值制作連續動作簡圖、重心運動軌跡、各種參數曲線圖來說明一般技術原理。上述工作，除人工處理外，有些可通過圖片解析儀解析(圖5)。③綜合分析。利用已取得的各種參數，發掘它們之間的內在聯系，說明運動技術的生物學規律。a.揭示運動技術的生物力學特征:根據所整理的材料，揭示出所分析運動的時間、空間特征，以及外力和內力相互作用的特征，使人明確運動技術的關鍵環節及其要領。b.肯定正確的運動技術：例如，研究跳高的擺動腿和兩臂的擺動與踏跳腿的緩沖及蹬伸配合時，從所整理出的動作圖象、擺動肢體加速度曲線、踏跳腿關節角度變化曲線三者的對照圖中可以發現，正確的踏跳技術是，踏跳腿進行緩沖時，擺動肢體加速上擺；踏跳腿進行蹬伸時，擺動肢體轉入制動。擺動肢體加速和減速上擺，都有助於增強起跳效果。c.指出肌力發揮的效率:分析人體運動時，哪些力是動力，哪些力是阻力。肌肉對抗阻力運動時所發揮的效率如何，主要是依據“肌電圖與動作圖象對照圖”用分析肌電圖的常規方法加以評價。d.找出運動技術和身體素質的差距：把所研究對象的各種力學參數，與更高水平的優秀運動員進行對比分析，可以看出哪些參數領先，哪些參數相近，哪些參數落後，明確哪些動作是正確的，哪些動作是錯誤的，進而搞清原因，揚長避短，明確訓練方向。④總結。探討某一運動的生物力學規律時，在總結中應對這些規律加以概括。分析某一個具體運動員的運動技術時，應對其運動技術的現狀、特點加以概括，特別是要指明優點和缺點，簡述產生缺點的原因，提出如何克服缺點，突破運動技術現狀。
圖5 圖片解析儀
運動生物力學的應用 運動生物力學最突出的應用之點，就是用實驗手段為提高運動成績服務。中國的運動生物力學工作者在20世紀60年代初期曾對中國的優秀短跑和跳高運動員的技術動作做瞭較詳細的研究，發表瞭一些學術論文。例如根據中國短跑運動員的身體結構形態特點，探索瞭最佳的起跑姿勢，對提高短跑成績起瞭積極的作用。近年來，有人采用應變測力原理配合電影攝影研究瞭單杠單臂向後大回環的技術原理，指出過渡到單臂大回環的前一個雙臂大回環，角速度不宜過快，撒開一隻手的位置在杠上垂線後20～30°較適宜；下擺至杠上垂線後54°左右，上擺至杠上垂線前37°左右，為“無重量”時相，是發展轉體、換握的好時機。這一研究成果的應用加強瞭訓練效果。
日本學者通過探討運動技術的年齡特征，發現不同項目和不同年齡的運動員訓練的重點環節應有不同。例如，跳遠運動主要是由助跑、踏跳和空中姿勢3個環節組成的。從這3個環節對運動成績的影響來看，兒童助跑占10％，踏跳占90％，少年助跑占45％，踏跳占45％，空中姿勢占10％，優秀運動員助跑占45％，踏跳占20％，空中姿勢占35％。明確這些，訓練時就能抓住重點。學者們還開始註意瞭從能量消耗的觀點評價運動技術的好壞。以5000米跑為例，兩名運動員最大吸氧量相同，跑時身體姿勢不同。一個人身體重心上下起伏較大，另一個人起伏較小，前者用3215步跑完全程，後者用2825步跑完全程，前者能量消耗是後者的1.8倍，所以運動成績不如後者好。美國前奧委會生物力學部主任G.艾裡爾博士創造瞭一個實驗室，在實驗室裡，他發明瞭一套信息系統，應用電子計算機和物理學的基本原理為提高運動成績服務。艾裡爾研究小組能夠用電子計算機算出運動員身體各個部位的移動情況和加速度。1976年奧運會開幕前幾個月，艾裡爾分析和研究瞭擲鐵餅運動員M.威爾金斯的情況。當時他的成績是66米，離69米的世界紀錄還差3米。艾裡爾通過計算威爾金斯四肢各部用力情況和分析他的投擲動作圖解，發現他在鐵餅出手之前，膝蓋象彈簧似地動一下。這一動，使他失掉瞭一部分本應傳到鐵餅上去的力。於是，艾裡爾在計算機上模似出一個膝蓋不動的威爾金斯，推論出他還可以把成績提高3米。3 天以後，由於威爾金斯用矯形器剎住瞭膝蓋，一下子竟提高瞭4.86米，以70.86米的成績刷新瞭世界紀錄。
應用運動生物力學改進和設計運動器械，也有很大的進展。例如，美國航空科學博士宋載鎮對投擲標槍動作做瞭動力學研究。他用5個非線性動力學微分方程描述瞭標槍的飛行過程，提出瞭數值解，並以1972 年奧林匹克運動會紀錄為例，說明隻要改變一下標槍的投擲角，並在現行規則允許范圍內使標槍的壓力中心從現在的25.7厘米前移到距重心0.8厘米，就可把1972年的紀錄提高16.61 米。這個理論性的探索，使人們對通過改進運動器械來提高運動成績發生瞭濃厚的興趣。美國賓夕法尼亞大學生物力學實驗室研究瞭跑鞋的性能，對跑鞋進行瞭承受撞擊力、柔韌性和耐穿性實驗。他們集中瞭世界各地跑鞋的優點，制成瞭“生物力學跑鞋”。
在防治運動損傷方面，運動生物力學也有獨到之處。有人從運動形式和損傷關系的角度作瞭大量的研究工作，知道瞭各類運動在什麼情況下可能導致什麼樣的損傷，既能使醫生對各種損傷作出正確的診斷，又便於運動員預防運動損傷。
運動生物力學還為運動員選材提供瞭依據。1975年，中國運動生物力學工作者對參加第3屆全國運動會的體操、武術、遊泳、舉重、足球、乒乓球、羽毛球、籃球、排球、自行車和田徑運動員的身體形態結構特征作瞭較全面的研究，求得瞭身體各部分的比例，概括瞭各項運動員的體型。有些國傢對世界優秀田徑運動員的身材特點也都進行瞭力學分析，驗證瞭不同項目、不同技術特點、不同訓練情況對優秀田徑運動員的不同的身材要求，同樣，在訓練上，也必須遵循運動生物力學的科學規律才能取得預期的效果。