医用物理学第一章教程文件.ppt

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1、*1第一章第一章 力学力学(l xu)一、静力学一、静力学 Static Forces1.1 Equilibrium and Stability1.2 Equilibrium of the Human Body1.3 Stability of the Human Body under the Action of an External Force1.4 Levers in the human body 1.5 The Elbow1.6 The Back1.7 Standing Tip-Toe on One Foot二、摩擦力二、摩擦力 Friction2.1 Standing at an In

2、cline2.2 Friction at the Hip Joint三、动力学三、动力学 Dynamics第一页，共37页。*2会倒吗？会倒吗？第二页，共37页。*3一、静力学一、静力学 Static Forcesn研究作用在处于平衡和静止的物体上的力。研究作用在处于平衡和静止的物体上的力。n质点平衡的条件：质点平衡的条件：n其受到的各力之和为零其受到的各力之和为零n刚体平衡的条件：刚体平衡的条件：n刚体：刚体：n具有固定形状及大小的物体。具有固定形状及大小的物体。n骨头、垒球骨头、垒球n合力合力(hl)为零？为零？n合力合力(hl)矩为零矩为零条件条件(tiojin)一一条件条件(tioji

3、n)二二转轴转轴第三页，共37页。*4是是r与与F所夹所夹的锐角的锐角(rujio)矢量矢量(shling)差积差积 第四页，共37页。*5第五页，共37页。*6第六页，共37页。*71.1 Equilibrium and Stability第七页，共37页。*81.2 Equilibrium of the Human Body 重心（重心（c.g.c.g.）的位置）的位置(wi zhi)(wi zhi)：身高的身高的5656 第八页，共37页。*9例例1.10，一个直立的体重为，一个直立的体重为60kg的人，当他提的人，当他提着着15kg的重物的重物w时，求重心位置需移动的时，求重心位置需移

4、动的 距离。在实际生活距离。在实际生活(shnghu)中这种中这种移动是怎移动是怎 样完成的？样完成的？需要将身体重心向重物对侧移动需要将身体重心向重物对侧移动7.5cm实际中是靠弯曲上身实际中是靠弯曲上身(shng shn)并将并将另一侧上肢抬高来维持平衡。另一侧上肢抬高来维持平衡。第九页，共37页。*101.3 Stability of the Human Body under the Action of an External Force第十页，共37页。*11 人体内人体内(t ni)的很多肌肉和骨系统起着杠杆的很多肌肉和骨系统起着杠杆作用。杠杆分为第一、第二和第三类，在人体作用。杠杆

5、分为第一、第二和第三类，在人体内内(t ni)最常见的是第三类杠杆。最常见的是第三类杠杆。1.4 Levers in the human body 第十一页，共37页。*12M 1，称为省力杠杆；反之，称为省力杠杆；反之(fnzh)，则，则M 1，省力杠杆，省力杠杆第十三页，共37页。*14机械机械(jxi)利益利益M 1，为费力杠杆，为费力杠杆.在人体内在人体内(t ni)最常见的是第三类杠杆。最常见的是第三类杠杆。第十四页，共37页。*15负载端的位移和速度反比负载端的位移和速度反比(fnb)(fnb)于机于机械利益械利益第十五页，共37页。*161.5 The Elbow二头肌使前臂二头

6、肌使前臂(qinb)曲；三头肌使曲；三头肌使前臂前臂(qinb)伸。伸。第十六页，共37页。*17例例1.11一个人手持一重一个人手持一重14kg铅球，前臂保持水铅球，前臂保持水平，臂的尺寸平，臂的尺寸(ch cun)及角度由图及角度由图b中给出，中给出，试求：二头肌产生的力和关节处尺骨的受力。试求：二头肌产生的力和关节处尺骨的受力。第十七页，共37页。*18选择支点选择支点(zhdin)计计算力矩算力矩 由力的平衡条件由力的平衡条件 第十八页，共37页。*19背部各块肌背部各块肌肉产生的力肉产生的力用连接用连接(linji)D-C的绳子来等的绳子来等效效头和手臂的重量表示为悬挂于头和手臂的重

7、量表示为悬挂于杠杆杠杆(gnggn)末端的负载末端的负载W2 1.6 The Back人的脊柱由人的脊柱由2424块椎骨构成，椎骨之间被充满块椎骨构成，椎骨之间被充满液体液体(yt)(yt)的椎间盘隔开。的椎间盘隔开。躯干的重量均匀分布于背部，等躯干的重量均匀分布于背部，等效为悬挂在中点的负载效为悬挂在中点的负载W1 作用于第五腰椎的力作用于第五腰椎的力R第十九页，共37页。*20考虑考虑(kol)70kg的人，的人，W1和和W2的代表的代表值为值为320N和和160N。R为为R与虚线与虚线(xxin)的的夹角夹角第二十页，共37页。*211.6 The Backholds a 20kg we

8、ight此例说明弯腰时在第五腰椎处产生很大的力，此例说明弯腰时在第五腰椎处产生很大的力，因此，腰背痛常常因此，腰背痛常常(chngchng)发生在此处。发生在此处。第二十一页，共37页。*221.7 Standing Tip-Toe on One Foot属于第一类杠杆，支属于第一类杠杆，支点点(zhdin)(zhdin)在胫在胫骨接触处骨接触处单脚踮立时，跟腱单脚踮立时，跟腱的拉力的拉力(ll)(ll)约为约为2.5W2.5W，作用于胫骨，作用于胫骨的压力为的压力为3.5W3.5W。第二十二页，共37页。*23骨的构造使它适于承受骨的构造使它适于承受(chngshu)压缩力而压缩力而不是张力

9、或弯曲力。不是张力或弯曲力。从前面例题我们注意到，从前面例题我们注意到，在大多数情况下，肌肉提供的力比负荷作用的在大多数情况下，肌肉提供的力比负荷作用的力大得多，力大得多，出现这种情况的一个原因是：出现这种情况的一个原因是：如要省力就需要很长的力臂，而这对骨骼系统如要省力就需要很长的力臂，而这对骨骼系统来说是很难办到的，来说是很难办到的，另一个原因是：另一个原因是：短力臂给予的动作要比长力臂的更快。短力臂给予的动作要比长力臂的更快。第二十三页，共37页。*24二、摩擦力二、摩擦力 Friction 接触表面接触表面 u（摩擦系数）（摩擦系数）钢与钢钢与钢0.15橡胶轮胎在干水泥地上橡胶轮胎在干

10、水泥地上1.0橡胶轮胎在湿水泥地上橡胶轮胎在湿水泥地上0.7钢在冰上钢在冰上0.03润滑的骨关节润滑的骨关节0.003第二十四页，共37页。*252.1 Standing at an Incline2.2 Friction at the Hip Joint第二十五页，共37页。*26三、动力学三、动力学 Dynamics 力学中讨论运动力学中讨论运动(yndng)(yndng)和力的和力的关系的部分称为动力学。关系的部分称为动力学。牛顿第二定律：牛顿第二定律：第二十六页，共37页。*27例例3.1a）一个人以）一个人以1m/s的速度的速度(sd)步行时，头碰到步行时，头碰到一根很低的横梁上，碰

11、撞的持续时间为一根很低的横梁上，碰撞的持续时间为5ms，如果头，如果头的质量为的质量为4kg，求碰撞时头部所受的力。，求碰撞时头部所受的力。第二十七页，共37页。*28 b）如果横梁上有）如果横梁上有2cm厚的垫料，使碰撞厚的垫料，使碰撞(pn zhun)时间增加到时间增加到0.04s，问此时头部所受的力，问此时头部所受的力是多少是多少第二十八页，共37页。*29 如果一个人从如果一个人从1m高处跳下且着地时腿是伸高处跳下且着地时腿是伸直的，他将受到很大的冲击。直的，他将受到很大的冲击。在人着地的瞬间，其速度是在人着地的瞬间，其速度是4.5m/s，设地面在，设地面在5ms内使人体停止，此时所受

12、的力约是其体重的内使人体停止，此时所受的力约是其体重的100倍。倍。如果人落在体操垫上，则其减速如果人落在体操垫上，则其减速(jin s)时间会时间会长一些，长一些，另外，如果他按照人体的正常反应，先将脚尖着另外，如果他按照人体的正常反应，先将脚尖着地然后曲膝，使减速地然后曲膝，使减速(jin s)的时间更长，则可的时间更长，则可减少着地力。减少着地力。第二十九页，共37页。*30 人体人体(rnt)在加速和减速力作用下的行为，在加速和减速力作用下的行为，是和飞机、汽车、太空飞行器有关的人员感是和飞机、汽车、太空飞行器有关的人员感兴趣的领域。人体兴趣的领域。人体(rnt)经受得起的加速度的经受

13、得起的加速度的量值，决定于人体量值，决定于人体(rnt)的方位和加速度的持的方位和加速度的持续时间。续时间。第三十页，共37页。*31第三十一页，共37页。*32第三十二页，共37页。*33 加速度可能产生若干种效应，例如加速度可能产生若干种效应，例如（1）出现超重或失重；）出现超重或失重；（2）体内静压的改变；）体内静压的改变；（3）人体弹性组织的扭变；）人体弹性组织的扭变；（4）悬浮在液体中密度不同的各种成份）悬浮在液体中密度不同的各种成份(chng fn)有分离的趋势。有分离的趋势。第三十三页，共37页。*34如果让人体振动，就会发生共振现象。如果让人体振动，就会发生共振现象。我们的每个

14、主要器官我们的每个主要器官(qgun)都有其固有频率，都有其固有频率，这个频率决定于它的质量和加于它的各种弹力。这个频率决定于它的质量和加于它的各种弹力。如果一个器官如果一个器官(qgun)共振于它的固有频率时，共振于它的固有频率时，会出现痛苦和不适感。会出现痛苦和不适感。第三十四页，共37页。*35第三十五页，共37页。*36小结小结(xioji)一、静力学一、静力学 Static Forces1.1 Equilibrium and Stability1.2 Equilibrium of the Human Body1.3 Stability of the Human Body under the Action of an External Force1.4 Levers in the human body 1.5 The Elbow1.6 The Back1.7 Standing Tip-Toe on One Foot二、摩擦力二、摩擦力 Friction2.1 Standing at an Incline2.2 Friction at the Hip Joint三、动力学三、动力学 Dynamics第三十六页，共37页。*37习题习题(xt)n1.12n1.14n1.15n1.16n1.17n1.18第三十七页，共37页。