医用物理学第一章幻灯片.ppt

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1、医用物理学第一章医用物理学第一章2023/4/71第1页，共36页，编辑于2022年，星期五会倒吗？会倒吗？2023/4/72第2页，共36页，编辑于2022年，星期五一、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合力为零合力为零？n合力矩为零合力矩为零条件一条件一条件二条件二转轴转轴2023/4/73第3页，共36

2、页，编辑于2022年，星期五是r与F所夹的锐角 矢量差积 2023/4/74第4页，共36页，编辑于2022年，星期五2023/4/75第5页，共36页，编辑于2022年，星期五2023/4/76第6页，共36页，编辑于2022年，星期五1.1 Equilibrium and Stability2023/4/77第7页，共36页，编辑于2022年，星期五1.2 Equilibrium of the Human Body 重心（重心（c.g.c.g.）的位置：身高的）的位置：身高的5656 2023/4/78第8页，共36页，编辑于2022年，星期五例例1.10，一个直立的体重为，一个直立的体重

3、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，求重心位置需移动的 距离。在实际生活中这种移动是怎距离。在实际生活中这种移动是怎 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并将另一侧上肢抬实际中是靠弯曲上身并将另一侧上肢抬高来维持平衡。高来维持平衡。2023/4/79第9页，共36页，编辑于2022年，星期五1.3 Stability of the Human Body under the Action of an External Force2023/4/710第10页，共36页，编辑于202

4、2年，星期五 人体内的很多肌肉和骨系统起着杠杆作用。杠杆分人体内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，在人体内最常见的是第三为第一、第二和第三类，在人体内最常见的是第三类杠杆。类杠杆。1.4 Levers in the human body 2023/4/711第11页，共36页，编辑于2022年，星期五M 1，称为省力杠杆；反之，则，称为省力杠杆；反之，则M 1，省力杠杆，省力杠杆2023/4/713第13页，共36页，编辑于2022年，星期五机械利益机械利益M 1，为费力杠杆，为费力杠杆.在人体内最常见的是第三类杠杆。在人体内最常见的是第三类杠杆。2023/4/714

5、第14页，共36页，编辑于2022年，星期五负载端的位移和速度反比于机械利益负载端的位移和速度反比于机械利益2023/4/715第15页，共36页，编辑于2022年，星期五1.5 The Elbow二头肌使前臂曲；三头肌使前臂伸。二头肌使前臂曲；三头肌使前臂伸。2023/4/716第16页，共36页，编辑于2022年，星期五例例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，臂的尺寸及角度由图平，臂的尺寸及角度由图b中给出，试求：二中给出，试求：二头肌产生的力和关节处尺骨的受力。头肌产生的力和关节处尺骨的受力。2023/4/717第17页，共36页，编辑于202

6、2年，星期五选择选择支点支点计算力矩计算力矩 由力的平衡条件由力的平衡条件 2023/4/718第18页，共36页，编辑于2022年，星期五背部各块肌肉产生的力用连接D-C的绳子来等效头和手臂的重量表示为悬挂于杠杆末端的负载W2 1.6 The Back人的脊柱由人的脊柱由2424块椎骨构成，椎骨之间被充满液体块椎骨构成，椎骨之间被充满液体的椎间盘隔开。的椎间盘隔开。躯干的重量均匀分布于背部，等效为悬挂在中点的负载W1 作用于第五腰椎的力R2023/4/719第19页，共36页，编辑于2022年，星期五考虑考虑70kg的人，的人，W1和和W2的代表值为的代表值为320N和和160N。R为R与虚

7、线的夹角2023/4/720第20页，共36页，编辑于2022年，星期五1.6 The Backholds a 20kg weight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，腰背痛常常发生在此处。因此，腰背痛常常发生在此处。2023/4/721第21页，共36页，编辑于2022年，星期五1.7 Standing Tip-Toe on One Foot属于第一类杠杆，支属于第一类杠杆，支点在胫骨接触处点在胫骨接触处单脚踮立时，跟腱的单脚踮立时，跟腱的拉力约为拉力约为2.5W2.5W，作用，作用于胫骨的压力为于胫骨的压力为3.5W3.5W。2023/4

8、/722第22页，共36页，编辑于2022年，星期五骨的构造使它适于承受压缩力而不是张力或弯曲骨的构造使它适于承受压缩力而不是张力或弯曲力。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在大多数情况下，肌肉提供的力比负荷作用的力大得多，的力大得多，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，系统来说是很难办到的，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。2023/4/723第23页，共36页，编辑于2

9、022年，星期五二、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0.0032023/4/724第24页，共36页，编辑于2022年，星期五2.1 Standing at an Incline2.2 Friction at the Hip Joint2023/4/725第25页，共36页，编辑于2022年，星期五三、动力学三、动力学 Dynamics 力学中讨论运动和力的关系的部分称力学中讨论运动和力的

10、关系的部分称为动力学。为动力学。牛顿第二定律：牛顿第二定律：2023/4/726第26页，共36页，编辑于2022年，星期五例例3.1a）一个人以）一个人以1m/s的速度步行时，头碰到一根很低的的速度步行时，头碰到一根很低的横梁上，碰撞的持续时间为横梁上，碰撞的持续时间为5ms，如果头的质量为，如果头的质量为4kg，求碰撞时头部所受的力。求碰撞时头部所受的力。2023/4/727第27页，共36页，编辑于2022年，星期五 b）如果横梁上有）如果横梁上有2cm厚的垫料，使碰撞时间增厚的垫料，使碰撞时间增加到加到0.04s，问此时头部所受的力是多少，问此时头部所受的力是多少2023/4/728第

11、28页，共36页，编辑于2022年，星期五 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，则其减速时间会长一些，如果人落在体操垫上，则其减速时间会长一些，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，使减速的时间更长，则可减少着地地然后曲膝，使减速的时间更长，则可减少着地力。

12、力。2023/4/729第29页，共36页，编辑于2022年，星期五 人体在加速和减速力作用下的行为，是和飞人体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兴趣的领机、汽车、太空飞行器有关的人员感兴趣的领域。人体经受得起的加速度的量值，决定于人域。人体经受得起的加速度的量值，决定于人体的方位和加速度的持续时间。体的方位和加速度的持续时间。2023/4/730第30页，共36页，编辑于2022年，星期五2023/4/731第31页，共36页，编辑于2022年，星期五2023/4/732第32页，共36页，编辑于2022年，星期五 加速度可能产生若干种效应，例如加速度可能产生

13、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有分）悬浮在液体中密度不同的各种成份有分离的趋势。离的趋势。2023/4/733第33页，共36页，编辑于2022年，星期五如果让人体振动，就会发生共振现象。如果让人体振动，就会发生共振现象。我们的每个主要器官都有其固有频率，我们的每个主要器官都有其固有频率，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。如果一个器官共振于它的固有频率时，会出现痛如果一个器官共振于它的固有频率时，

14、会出现痛苦和不适感。苦和不适感。2023/4/734第34页，共36页，编辑于2022年，星期五2023/4/735第35页，共36页，编辑于2022年，星期五小结小结一、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 Dynamics2023/4/736第36页，共36页，编辑于2022年，星期五