人体运动生物力学PPT讲稿.ppt
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1、人体运动生物力学人体运动生物力学第1页,共54页,编辑于2022年,星期四 研究内容研究内容 力学基础知识 骨杠杆 关节 步态分析 第2页,共54页,编辑于2022年,星期四参考书籍参考书籍书名 作者 出版社 出版年矫形器学概论 靳尔刚 中国社会出版社 2007现代运动生物力学 郑秀媛 国防工业出版社 2007新编康复医学 胡永善 复旦大学出版社 2006运动生物力学 赵焕彬 高等教育出版社 2007第3页,共54页,编辑于2022年,星期四一、力学基础知识一、力学基础知识 1、力的基本概念 力的定义、效应、三要素、内力与外力 2、力的特性 力的矢量表示法、力的平行四边形定律、力的作用与反作用
2、定律 3、几种常见力 重力、摩擦力、弹性力 4、力矩与力的平衡第4页,共54页,编辑于2022年,星期四1 1、力的基本、力的基本概念概念定义:一个物体对另一个物体的作用,物体间力的作用是相互的。力的单位:牛顿,N 人体运动生物力学中的力主要是:人体与地面、器械、流体的相互作用。力的效应:力使物体的运动状态和形状发生改变的作用。内效应(形状发生改变)和外效应(运动状态改变)力的效应的描述:牛顿第一定律、第二定律和胡克定律为基础。第5页,共54页,编辑于2022年,星期四牛顿第一定律:任何物体,如果不受外力的作用或所受的合力为零,将保持静止或匀速直线运动状态,又称惯性定理。惯性:所有物体具有保持
3、它原来运动状态的性质。物体惯性的量度是物体的质量,质量越大惯性越大。牛顿第二定律:物体运动的加速度与作用力成正比,与物体的质量成反比。F=ma胡克定律:物体在弹性限度内,应力和应变成正比,公式:s=Ee 第6页,共54页,编辑于2022年,星期四力的三要素:大小、方向、作用点内力:在一个系统内部相互作用的力。人体内部各部分相互作用的力,如肌肉力、组织粘滞力、韧带张力、关节约束反作用力等称为人体内力。外力:外界作用于人体的力称为人体外力。人体所受主要外力:重力、弹力、摩擦力、支撑反作用力、介质作用力等,矫形器的压力、扭力等。内力与外力的关系:内力与外力的概念是相对的。确定某个力是外力或者是内力,
4、取决于选取的研究对象。研究对象不同,同一个力既看作是内力也可看作是外力。第7页,共54页,编辑于2022年,星期四2 2、力的特征、力的特征力的矢量表示法矢量:指有大小和方向的物理量。标量:只用大小就可以表示其特征的物理量,质量。力的表示:通常用一根带箭头的线段来表示。长度:大小 箭头:方向 起点:作用点第8页,共54页,编辑于2022年,星期四力的平行四边形定律 力的矢量性决定了力的合成与分解遵循力的平行四边形定律。同一点A作用的两个力F1和F2,以其作邻边画平行四边形,则平行四边形的对角线即代表这两个力的合力,即 F3=F1+F2F1F2AF3F3F1F2B第9页,共54页,编辑于2022
5、年,星期四 力的作用与反作用定律牛顿第三定理:两物体间的作用力和反作用力总是大小相等、方向相反、且作用在同一条直线上。特点:作用在两个不同的物体上,与同一物体受到的平衡力有本质的区别;大小相等,但各自可能产生不等的运动效果;性质相同,同时产生,同时消失;系统内的作用力与反作用力属系统内力,对整体运动没有作用;静止和运动状态下第三定律都成立;第10页,共54页,编辑于2022年,星期四力的合成与分解力的合成:当一个物体受到数个力的作用时,合力为几个力的矢量和。力的平行四边形定律。力的分解:某一力如果要用不同方向的分力来表示,称为力的分解。F12F2F1F4F3AF12F1F2B第11页,共54页
6、,编辑于2022年,星期四重力:物体本身受地球吸引而产生的力,方向指向地心。重力与质量不同:质量是物体所含物质的多少,是物体惯性的量度,标量,重力是物体产生重力加速度的原因,矢量。重心:重力的作用点是物体的重心。人体重心:人体各部分所受地球引力的矢量合成,使人体产生重力加速度的力。3 3、几种常见力、几种常见力第12页,共54页,编辑于2022年,星期四摩擦力:两个互相接触的物体,当它们要发生或已经发生相对运动时,在接触面上产生的一种阻碍相对运动的力。摩擦力分为:静摩擦力和动摩擦力两种。静摩擦力:两物体接触有相对运动趋势,但没有相对运动,这时的摩擦力称为静摩擦力。如果物体间发生了相对运动,则称
7、动摩擦力,包括:滑动摩擦力和滚动摩擦力。弹性力:物体由于形变而对引起形变的物体产生的作用力,弹力是接触力,而人体在接触过程中发生形变有时是肉眼观察不到的,但相互挤压产生的弹力是存在的。第13页,共54页,编辑于2022年,星期四4 4、力矩与力的平衡、力矩与力的平衡 影响因素:影响因素:力矩是使人体转动状态力矩是使人体转动状态发生改变的原因,与力的大发生改变的原因,与力的大 小、力的作用线到转动轴的垂直距小、力的作用线到转动轴的垂直距离有关。离有关。方向:方向:物体沿逆时针方向转动为物体沿逆时针方向转动为正,反之为负。正,反之为负。u 力矩:力矩:力和力臂的乘积力和力臂的乘积第14页,共54页
8、,编辑于2022年,星期四力的平衡:平衡条件:维持人体平衡的两个条件合力和合力矩为零。平衡的分类:1)根据人体支点相对重心位置上支撑平衡;下支撑平衡;混合支撑平衡2)根据平衡稳度分类 稳定平衡;不稳定平衡;有限度的稳定平衡;随遇平衡 第15页,共54页,编辑于2022年,星期四1 1)人体支点相对)人体支点相对重心位置重心位置 上支撑平衡:当人体处于平衡,且支点在人体重心的上方。如:体操中的各类悬垂动作。下支撑平衡:当人体处于平衡,且支撑点在人体重心的下方,下支撑平衡在人体动作中最为常见。如:平衡木的平衡动作、站立以及田径、武术等。混合支撑平衡:是一种多支撑点的平衡状态,这时有的支撑点在人体重
9、心上方,有的支撑点在人体重心下方,如肋木侧身平衡。第16页,共54页,编辑于2022年,星期四2 2)根据平衡稳度分类)根据平衡稳度分类稳定平衡不稳定平衡有限度的稳定平衡随遇平衡第17页,共54页,编辑于2022年,星期四 稳定平衡稳定平衡 人体在外力作用下,偏离平衡位置后,当外力撤除时,人体自然回复平衡位置,而不需要通过肌肉收缩恢复平衡,则该平衡是稳定平衡,多数上支撑平衡属于稳定平衡。特点:当偏离平衡位置时,重心升高,产生的重力矩使人体向平衡位置运动,回到平衡位置后,合力为零,合力矩为零。第18页,共54页,编辑于2022年,星期四 不稳定平衡不稳定平衡 人体在外力作用下,偏离平衡位置后,当
10、外力撤除时,人体不仅不能回到原来的平衡位置,而是更加偏离平衡位置。这种平衡叫不稳定平衡。仅在下支撑平衡动作中出现。特点:偏离平衡位置时,重心降低,产生的重力矩使人体继续倾倒。第19页,共54页,编辑于2022年,星期四 有限度的稳定平衡有限度的稳定平衡人体在外力作用下,在一定限度内偏离平衡位置,当外力撤除时,人体回到平衡状态,但是当偏离平衡位置超过某一限度时,人体失去平衡,这种平衡叫做有限度的稳定平衡。特点:在一定限度内偏离平衡位置时,人体重心升高,产生的重力矩使人体向平衡位置移动,最终恢复平衡,但超过某一定限度的偏离平衡位置时,人体重心降低,产生的重力矩使人体更加偏离平衡位置。第20页,共5
11、4页,编辑于2022年,星期四 随遇平衡随遇平衡 人体在外力作用下偏离平衡位置,当外力撤除时,人体既不回到原来的平衡位置,也不继续偏离原位置,而是在新位置上保持平衡,这种平衡叫随遇平衡。在运动中很少见。特点:偏离原来位置时,重心高度不变,不产生使物体位置移动的重力矩。如:连续完成的两个前滚翻。第21页,共54页,编辑于2022年,星期四 重心高度:重心越低,稳定性越好。支撑面:是由各支撑部位的表面及它们所包围的面积,支撑面越大,物体平衡的稳定性越好。稳定角:重力作用线和重心与支撑面相应边界的连线之间的夹角。稳定角越大,稳定性越好;稳定角越小,稳定性越差;稳定角为零,人体处于临界状态。质量:质量
12、越大稳定性越好。摩擦力:支撑物的表面摩擦力越大,越易保持稳定。影响人体平衡的因素影响人体平衡的因素第22页,共54页,编辑于2022年,星期四二、骨杠杆二、骨杠杆 1、骨杠杆定义 2、杠杆原理 3、杠杆的分类第23页,共54页,编辑于2022年,星期四1、骨杠杆定义:在肌肉拉力作用下,骨骼能够围绕关节轴转动,并克服阻力做功,其功能与杠杆相同,称作骨杠杆。骨杠杆具有三个点:动力作用点、阻力作用点和支点。支点:是关节的瞬时中心;动力臂:是肌肉作用线到支点的垂直距离。阻力臂:是阻力作用线到支点的垂直距离。第24页,共54页,编辑于2022年,星期四2、骨杠杆原理杠杆原理:即杠杆平衡条件,作用在同一物
13、体的两个力矩,大小相等,方向相反。动力动力臂=阻力阻力臂代数式:F1*L1=F2*L2杠杆平衡条件反映:动力臂是阻力臂的几倍,动力就是阻力的几分之一。第25页,共54页,编辑于2022年,星期四3、杠杆的分类 双臂杠杠:动力点和阻力点位于支点两侧单臂杠杆:动力点和阻力点位于支点同侧 省力杠杆:动力臂 阻力臂,动力阻力费力杠杆:动力臂阻力等力杠杆:动力臂=阻力臂,动力=阻力第26页,共54页,编辑于2022年,星期四三、关节三、关节 1、关节定义 2、关节分类 3、关节的运动第27页,共54页,编辑于2022年,星期四1、关节定义关节:是骨与骨之间的可动连接;基本功能:传递力和保证身体各部分间灵
14、活运动;特点:灵活性和稳定性;稳定性和灵活性:是关节功能同时存在的两个方面,关节灵活性以便人体运动时适应各种运动,稳定性保证人体运动中维持动态平衡,处于合理的工作状态,免于损伤。第28页,共54页,编辑于2022年,星期四2 2、关节的分类、关节的分类n 单轴关节单轴关节(1)(1)滑车关节滑车关节(2)(2)车轴关节车轴关节n 双轴关节双轴关节(1)(1)椭圆关节椭圆关节(2)(2)鞍状关节鞍状关节n 多轴关节多轴关节(1)(1)球窝关节球窝关节(2)(2)平面关节平面关节第29页,共54页,编辑于2022年,星期四移动:是最简单的一个骨关节面在另一骨关 节面上的滑动。屈伸:通常是指关节沿冠
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