人體力學(xué)基礎(chǔ)課件

醫(yī)用物理醫(yī)用物理第一章人體力學(xué)基礎(chǔ)

主講老師：杜新滿黃岡職業(yè)技術(shù)學(xué)院第一章人體力學(xué)基礎(chǔ)主講老師：杜新滿黃岡職業(yè)技術(shù)學(xué)第一節(jié)物體的彈性第二節(jié)肌肉和骨骼的力學(xué)性質(zhì)第三節(jié)人體靜力學(xué)第四節(jié)人體動力學(xué)第一節(jié)物體的彈性學(xué)習(xí)目標(biāo)1.掌握：物質(zhì)彈性的基本概念；骨骼與肌肉的力學(xué)性質(zhì)。2.熟悉：人體的靜力平衡條件；人體動力學(xué)的特征及其在人體運動中的體現(xiàn)。3.了解：人體內(nèi)的杠桿結(jié)構(gòu)，作用在髖關(guān)節(jié)和脊柱上的力以及臨床力學(xué)器械的應(yīng)用。

學(xué)習(xí)目標(biāo)1.掌握：物質(zhì)彈性的基本概念；骨骼與肌肉的力學(xué)性質(zhì)第一節(jié)物體的彈性第一節(jié)物體的彈性第一節(jié)物體的彈性在一定的形變限度內(nèi)，去掉外力后物體能夠完全恢復(fù)原狀。形變彈性形變塑性形變外力超過一定限度后，去掉外力后物體不能夠完全恢復(fù)原狀。第一節(jié)物體的彈性在一定的形變限度內(nèi)，去掉外力后物體能夠一、線應(yīng)變與正應(yīng)力

線應(yīng)變：對一細(xì)長物體施加拉力F使之拉伸,其伸長變化率。

若物體被拉伸＞0,ε＞0；若物體被壓縮

＜0,ε＜0。第一節(jié)物體的彈性一、線應(yīng)變與正應(yīng)力線應(yīng)變：對一細(xì)長物體施加拉力F使之拉伸,應(yīng)力：指作用于物體單位面積上的力。正應(yīng)力：指與作用面垂直的應(yīng)力，用σ表示。其單位為N·m-2，又稱帕斯卡（Pa）。如果物體受力不均勻或者內(nèi)部材料不均勻，正應(yīng)力在橫截面上不同位置數(shù)值并不相同。

第一節(jié)物體的彈性應(yīng)力：指作用于物體單位面積上的力。如果物體受力不均勻或者內(nèi)部正應(yīng)力與線應(yīng)變的關(guān)系

圖為低碳鋼正應(yīng)力與線應(yīng)變的關(guān)系，可將拉伸分為彈性、屈服、硬化和頸縮四個階段：第一節(jié)物體的彈性正應(yīng)力與線應(yīng)變的關(guān)系圖為低碳鋼正應(yīng)力與線應(yīng)變的關(guān)系，可將拉彈性階段：曲線中OA段，A點稱為正比極限。B點的正應(yīng)力叫做彈性極限。屈服階段：過了C點是屈服階段，這一階段的最大正應(yīng)力為屈服強度。硬化階段：從D點開始是硬化階段，只有加大正應(yīng)力，才能使物體進一步伸長，此即材料的硬化；E點的正應(yīng)力叫做強度極限。頸縮階段：過了E點是頸縮階段；F點稱為斷裂點。BF是材料的范性（塑性）范圍。如果F點距B點較遠，材料表現(xiàn)為展性。如果F點距B點較近，材料表現(xiàn)為脆性。第一節(jié)物體的彈性彈性階段：曲線中OA段，A點稱為正比極限。B點的正應(yīng)力叫做彈在正比極限OA內(nèi)，正應(yīng)力與線應(yīng)變成正比：式中比例系數(shù)E稱為楊氏模量。楊氏模量只與材料的性質(zhì)有關(guān)，反映了材料抵抗線變的能力。材料低碳鋼花崗巖鉛骨橡膠血管拉伸壓縮E（109N·m-2）19650171690.0010.0002第一節(jié)物體的彈性在正比極限OA內(nèi)，正應(yīng)力與線應(yīng)變成正比：式中比例系數(shù)E稱為二、切應(yīng)變與切應(yīng)力dSFF第一節(jié)物體的彈性切應(yīng)變：指相對偏移位移與兩底面垂直距離的比值：二、切應(yīng)變與切應(yīng)力dSFF第一節(jié)物體的彈性切應(yīng)力：切向內(nèi)力和切面面積的比值，用表示。切應(yīng)力與切應(yīng)變的關(guān)系：在一定限度內(nèi)，切應(yīng)力與切應(yīng)變成正比，比例系數(shù)為切變模量，即第一節(jié)物體的彈性切應(yīng)力：切向內(nèi)力和切面面積的比值，用表示。切應(yīng)力練一練在各種應(yīng)變中應(yīng)力的方向：Ａ一定與截面垂直Ｂ一定與截面平行Ｃ兩者都對Ｄ兩者都不對答案：Ｄ兩者都不對練一練在各種應(yīng)變中應(yīng)力的方向：答案：Ｄ兩者都不對練一練楊氏模量表示在正比極限內(nèi)：Ａ正應(yīng)力與線應(yīng)變的比值Ｂ切應(yīng)力與切應(yīng)變的比值Ｃ正應(yīng)力與切應(yīng)變的比值Ｄ切應(yīng)力與線應(yīng)變的比值答案：Ａ正應(yīng)力與線應(yīng)變的比值練一練楊氏模量表示在正比極限內(nèi)：答案：Ａ正應(yīng)力與線應(yīng)變的比練一練１.在日常生活中，哪些變形屬于彈性形變，哪些屬于塑性形變？2.楊氏模量的物理含義是什么？練一練１.在日常生活中，哪些變形屬于彈性形變，哪些屬于塑性形第二節(jié)肌肉和骨骼的力學(xué)性質(zhì)第二節(jié)肌肉和骨骼的力學(xué)性質(zhì)一、肌肉的力學(xué)性質(zhì)肌原纖維肌凝蛋白肌纖蛋白肌纖維肌肉肌肉的功能是將化學(xué)能轉(zhuǎn)變成機械能。第二節(jié)肌肉和骨骼的力學(xué)性質(zhì)一、肌肉的力學(xué)性質(zhì)肌原纖維肌凝蛋白肌纖蛋白肌纖維肌第二節(jié)肌肉和骨骼的力學(xué)性質(zhì)肌纖維是肌肉的主要組成部分、肌纖維的直徑為10-60μm，它是由直徑為1μm左右的許多肌原纖維組成。肌原纖維是由肌凝蛋白組成的粗絲（直徑為0.01μm左右）和肌纖蛋白組成的細(xì)絲（直徑0.004μm左右）構(gòu)成。第二節(jié)肌肉和骨骼的力學(xué)性質(zhì)肌纖維是肌肉的主要組成部分、肌纖第二節(jié)肌肉和骨骼的力學(xué)性質(zhì)粗絲和細(xì)絲之間的相對滑行使肌肉發(fā)生伸長和收縮。肌原纖維發(fā)生伸縮的基本單元是肌節(jié)，肌節(jié)的長度是變化的，充分縮短時長約1.5μm，放松是為2.0-2.5μm.第二節(jié)肌肉和骨骼的力學(xué)性質(zhì)粗絲和細(xì)絲之間的相對滑行使肌肌纖維具有主動收縮性，肌纖維及其周圍的結(jié)締組織還可被動承載，因此整塊肌肉伸縮時總張力應(yīng)為主動張力與被動張力之和.C表示收縮時長度變化與主動張力變化的關(guān)系;A表示被動承載時的長度變化與被動張力變化的關(guān)系；曲線B是曲線C與曲線A之和，表示總張力第二節(jié)肌肉和骨骼的力學(xué)性質(zhì)肌纖維具有主動收縮性，肌纖維及其周圍的C表示收整塊肌肉的力學(xué)特性比較復(fù)雜，為研究方便，可將其表為如圖的三單元模型.1.收縮元：代表肌肉有活性的主動收縮成分。2.串聯(lián)彈性元：代表收縮元的固有彈性及與之相串聯(lián)的部分結(jié)締組織。3.并聯(lián)彈性元：代表肌肉被動狀態(tài)下的力學(xué)性質(zhì)。第二節(jié)肌肉和骨骼的力學(xué)性質(zhì)并聯(lián)彈性元整塊肌肉的力學(xué)特性比較復(fù)雜，為研究方便，可將其表為如圖的

模型的串聯(lián)構(gòu)成肌肉的長度，模型的并聯(lián)構(gòu)成肌肉的厚度.多模型串聯(lián)后，其總長度和各模型的長度的關(guān)系怎樣？每個模型受到的外力的關(guān)系怎樣？多模型并聯(lián)后，各模型的作用力與兩端的作用力關(guān)系怎樣？各模型的形變與收縮速度怎樣？第二節(jié)肌肉和骨骼的力學(xué)性質(zhì)Ｐ7看書回答：模型的串聯(lián)構(gòu)成肌肉的長度，模型的并聯(lián)構(gòu)成肌肉的厚度.多練一練當(dāng)把肌肉看作是由多個單元模型串聯(lián)時，以下說法正確的是：Ａ各個收縮元產(chǎn)生的收縮力不相同Ｂ每個單元模型所受外力不相等Ｃ肌肉的總伸長量等于每個單元模型伸長量之和Ｄ肌肉長度增加，其收縮力也增加答案：Ｃ肌肉的總伸長量等于每個單元模型伸長量之和練一練當(dāng)把肌肉看作是由多個單元模型串聯(lián)時，以下說法正確的二、骨骼的力學(xué)性質(zhì)骨骼是非線性彈性體，受力形式根據(jù)外力的方向，分為拉伸、壓縮、彎曲、切變、扭轉(zhuǎn)等形式。

1．線變

當(dāng)線應(yīng)變小于0.5%時，正應(yīng)力和線應(yīng)變有直線關(guān)系，屬于彈性體；當(dāng)線應(yīng)變大于0.5%時直線逐漸變成曲線，即增加應(yīng)力所產(chǎn)生的應(yīng)變比彈性體大得多；當(dāng)線應(yīng)變等于1.5%

左右時曲線會突然停止，這相應(yīng)于骨斷裂。第二節(jié)肌肉和骨骼的力學(xué)性質(zhì)二、骨骼的力學(xué)性質(zhì)骨骼是非線性彈性體，受力形式線變包括拉伸和壓縮兩部分。拉伸是指自骨的表面向外施加的載荷。拉伸的極限應(yīng)力為134MN·m-2

。壓縮是指加于骨表面大小相等、方向相反的載荷。壓縮的極限應(yīng)力約為170MN·m-2

。2．彎曲：指骨骼受到使其軸線發(fā)生彎曲的載荷作用。3．切變：指載荷施加方向與骨骼橫截面平行。4．扭轉(zhuǎn)：指載荷（扭矩作用）加于骨骼并使其沿軸線產(chǎn)生扭曲。

第二節(jié)肌肉和骨骼的力學(xué)性質(zhì)線變包括拉伸和壓縮兩部分。2．彎曲：指骨骼受到使其軸線發(fā)生彎練一練骨骼屬于：Ａ線性彈性體Ｂ非線性彈性體Ｃ剛體Ｄ流體答案：Ｂ非線性彈性體練一練骨骼屬于：答案：Ｂ非線性彈性體練一練骨骼斷裂時的應(yīng)力稱為：Ａ負(fù)荷應(yīng)力Ｂ剪切應(yīng)力Ｃ扭曲應(yīng)力Ｄ極限應(yīng)力答案：Ｄ極限應(yīng)力練一練骨骼斷裂時的應(yīng)力稱為：答案：Ｄ極限應(yīng)力練一練骨骼壓縮和拉伸的極限應(yīng)力關(guān)系是：Ａ壓縮極限應(yīng)力等于拉伸的極限應(yīng)力Ｂ壓縮極限應(yīng)力大于拉伸的極限應(yīng)力Ｃ壓縮極限應(yīng)力小于拉伸的極限應(yīng)力Ｄ以上都不對答案：Ｂ壓縮極限應(yīng)力大于拉伸的極限應(yīng)力練一練骨骼壓縮和拉伸的極限應(yīng)力關(guān)系是：答案：Ｂ壓縮極限應(yīng)力第三節(jié)人體靜力學(xué)第三節(jié)人體靜力學(xué)一、物體平衡條件1.合力為零；2.合力矩為零剛體平衡的充分必要條件：合力的作用使剛體發(fā)生平移

合力矩的作用使剛體發(fā)生轉(zhuǎn)動第三節(jié)人體靜力學(xué)一、物體平衡條件1.合力為零；2.合力矩為零剛體平衡的充分必二、杠桿作用作用力離支點的距離LF稱為力臂阻力離支點的距離LR稱為阻力臂杠桿的平衡條件：F×LF＝R×LR

第三節(jié)人體靜力學(xué)二、杠桿作用作用力離支點的距離LF稱為力臂杠桿的平衡條件：杠桿的分類：

1.支點位于作用力與阻力之間。

2.阻力位于作用力和支點之間，且作用力點的移動方向與阻力點的移動方向相同。3.作用力位于阻力與支點之間。第三節(jié)人體靜力學(xué)杠桿的分類：1.支點位于作用力與阻力之間。2.阻力位于作頭、足、臂部的杠桿作用

第三節(jié)人體靜力學(xué)頭、足、臂部的杠桿作用第三節(jié)人體靜力學(xué)練一練物體處于靜力平衡的充分必要條件是：Ａ所有外力的矢量和為零Ｂ所有外力矩的代數(shù)和為零Ｃ所有外力的矢量和為零，所有外力矩的代數(shù)和為零Ｄ所有外力代數(shù)和為零，所有外力矩的代數(shù)和為零答案：Ｃ所有外力的矢量和為零，所有外力矩的代數(shù)和為零練一練物體處于靜力平衡的充分必要條件是：答案：Ｃ所有外力的三、作用在髖關(guān)節(jié)和脊柱上的力當(dāng)人體單足站立時，在髖關(guān)節(jié)處維持平衡的力主要來自髖外展肌。單足站立時，股骨頭所承受的力約為體重的2.5倍。作用在髖關(guān)節(jié)上的力

第三節(jié)人體靜力學(xué)三、作用在髖關(guān)節(jié)和脊柱上的力當(dāng)人體單足站立時，在髖關(guān)節(jié)處維持作用在脊柱上的力第三節(jié)人體靜力學(xué)作用在脊柱上的力第三節(jié)人體靜力學(xué)四、臨床力學(xué)器械臨床上常用的牽引手段可分為皮膚牽引和骨牽引，

第三節(jié)人體靜力學(xué)四、臨床力學(xué)器械臨床上常用的牽引手段可分為皮膚牽引和骨牽引，第四節(jié)人體動力學(xué)第四節(jié)人體動力學(xué)一、人體的動力學(xué)特征慣性特征

:一切物體都保持自己原來的靜止?fàn)顟B(tài)或勻速直線運動狀態(tài)，直到外力的作用改變這種狀態(tài)為止。第四節(jié)人體動力學(xué)牛頓第一定律(慣性定律)任何物體，在不受力作用時，都保持靜止或勻速直線運動狀態(tài)。一、人體的動力學(xué)特征慣性特征:一切物體都保持自己原來的靜止力的特征:第四節(jié)人體動力學(xué)①

力的概念

影響力的作用效果的三個要素：大小、方向和作用點。力的矢量性。②

人體運動的內(nèi)力和外力外力與內(nèi)力的相對性：如果把人體看成一個力學(xué)系統(tǒng)，那么來自于人體外界的力稱為外力。例如重力、支持力、摩擦力等。只有外力才能引起人體的整體運動。

力的特征:第四節(jié)人體動力學(xué)①

力的概念第四節(jié)人體動力學(xué)③

人體運動中所受到的外力

a.

重力大小與方向：，方向：指向地球心。g=9.8m/s2

重力與重量的關(guān)系；重量與質(zhì)量和區(qū)別。b.

摩擦力概念，和特性。靜摩擦力和最大靜摩擦力滑動摩擦力c.

彈性力概念：由物體發(fā)生形變產(chǎn)生的力。彈性力的胡克定律：第四節(jié)人體動力學(xué)③

人體運動中所受到的外力b.

牛頓第二定律第四節(jié)人體動力學(xué)要使物體運動狀態(tài)發(fā)生變化，就必須對物體施加力。當(dāng)物體受到的合外力不為零時，物體運動的加速度與合外力成正比，與其質(zhì)量成反比，加速度的方向與合外力的方向一致，用公式可表示為：F＝ma

牛頓第二定律第四節(jié)人體動力學(xué)要使物體運動狀態(tài)發(fā)生變第四節(jié)人體動力學(xué)例一個人以1m/s的速度步行時，頭碰到一根很低的橫梁上，碰撞的持續(xù)時間為5ms，如果頭的質(zhì)量為4kg，求碰撞時頭部所受的力。第四節(jié)人體動力學(xué)例一個人以1m/s的速度步行時第四節(jié)人體動力學(xué)

（討論）

如果橫梁上有2cm厚的墊料，使碰撞時間增加到0.04s，問此時頭部所受的力是多少？第四節(jié)人體動力學(xué)（討論）如果橫梁上有2cm厚第四節(jié)人體動力學(xué)

如果一個人從1m高處跳下且著地時腿是伸直的，他將受到很大的沖擊。在人著地的瞬間，其速度是4.5m/s，設(shè)地面在5ms內(nèi)使人體停止，此時所受的力約是其體重的100倍。如果人落在體操墊上，則其減速時間會長一些，另外，如果他按照人體的正常反應(yīng)，先將腳尖著地然后曲膝，使減速的時間更長，則可減少著地力。第四節(jié)人體動力學(xué)如果一個人從1m高處跳下第四節(jié)人體動力學(xué)牛頓第三定律:作用力和反作用力

若物體A對物體B作用一力FAB，則物體B同時以力FBA反作用物體A，兩力的大小相等，方向相反，并在同一直線—上。即：

FAB=-FBA

第四節(jié)人體動力學(xué)牛頓第三定律:作用力和反作用力第四節(jié)人體動力學(xué)正確理解和應(yīng)用牛頓第三定律應(yīng)注意的幾點：(1)作用力和反作用力分別作用在不同的物體上，分別產(chǎn)生各自的效應(yīng)。它們不同于一對平衡力。如踢足球，腳對球的作用力為F，作用在球上，使球產(chǎn)生加速度和形變。而球?qū)δ_的作用力F，同時作用在腳上，使腳產(chǎn)生向后的加速度和受到壓迫。雖然二力大小相等，但作用在不同的物體上，產(chǎn)生不同的效果。(2)作用力和反作用力互為存在條件。它們總是同時產(chǎn)生、同時存在，同時消失。(3)作用力和反作用力必是同種性質(zhì)的力。如果作用力是摩擦力，反作用力也是摩擦力；如果作用力是彈性力，反作用力一定也是彈性力。(4)作用力與反作用力等值反向，沿同一直線這一規(guī)律，不受相互作用的兩物體的運動狀態(tài)的影響。不管它們處于靜止?fàn)顟B(tài)還是運動狀態(tài)，相互作用力的上述規(guī)律仍然成立。第四節(jié)人體動力學(xué)正確理解和應(yīng)用牛頓第三定律應(yīng)注意的幾點3．能量特征

功表征了系統(tǒng)能量變化的過程，能量則表征系統(tǒng)由于做功而改變了的狀態(tài)。在人體的運動中，由一種運動狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪环N運動狀態(tài)時，能量也要發(fā)生相應(yīng)形式的轉(zhuǎn)化。第四節(jié)人體動力學(xué)3．能量特征功表征了系統(tǒng)能量變化的過程，能量則表征系統(tǒng)由于二、人體的運動第四節(jié)人體動力學(xué)

人體在走步、跑步、跳躍、轉(zhuǎn)動等運動中都涉及一些力學(xué)問題，而這些問題基本上都和我們前面所講述的人體動力學(xué)特征密切相關(guān)。1、走步

走步是人體連續(xù)失去平衡和恢復(fù)平衡的過程，走步近似勻速運動，它具有人體動力學(xué)的慣性特征。2、跑步

跑步可分為騰空階段和支承階段。跑的速度取決于步長和步頻，而速度的變化又取決于對這兩個因素的控制情況。二、人體的運動第四節(jié)人體動力學(xué)人體在走第四節(jié)人體動力學(xué)起跑過程中的外力作用第四節(jié)人體動力學(xué)起跑過程中的外力作用第四節(jié)人體動力學(xué)

第三節(jié)

人體動力學(xué)

跑的人體受力分析第四節(jié)人體動力學(xué)

第三節(jié)人體動力學(xué)

跑的人體第四節(jié)人體動力學(xué)

計算運動員速度達到10m/s需要跑多少步。假設(shè)步長為2.3m，步頻為每秒4.30步。若運動員腿所做的功全部轉(zhuǎn)化為動能，用來增加速度；腿所發(fā)出的最大力F等于體重的1.5倍，；一個步長內(nèi)運動員身體重心前移的距離為s=m，那么該運動員在起跑后需要跑多遠的距離可達到10m/s的速度呢？根據(jù)功能原理可得（n為步長個數(shù)）L=2.3n=2.30×10=23(m)可知，達到10m/s的速度只需跑10步，即23m的距離。第四節(jié)人體動力學(xué)計算運動員速度達到第四節(jié)人體動力學(xué)3、跳躍

跳躍是以騰空方式克服距離的。有的要求達到最大跳程，有的要求達到最大高度。人體質(zhì)心在騰空中的軌跡為第四節(jié)人體動力學(xué)3、跳躍第四節(jié)人體動力學(xué)第四節(jié)人體動力學(xué)第四節(jié)人體動力學(xué)4、轉(zhuǎn)動

剛體是指在外力作用下，它的大小和形狀都不發(fā)生變化的物體。其繞定軸的轉(zhuǎn)動慣量由下式?jīng)Q定上式說明，剛體相對于某軸的轉(zhuǎn)動慣量是組成剛體各質(zhì)元的質(zhì)量與它們各自到該軸距離平方的乘積之和。第四節(jié)人體動力學(xué)4、轉(zhuǎn)動上式說明，剛體相對于某軸的第四節(jié)人體動力學(xué)剛體對轉(zhuǎn)軸的角動量L等于其轉(zhuǎn)動慣量J和角速度ω的乘積，其大小可表示為

L=Jω角動量是矢量，其方向與角速度的方向相同。單位：kg?m2?s-1。在定軸轉(zhuǎn)動中，如果剛體所受外力對轉(zhuǎn)軸的合力矩為零，即M=0，則可得L=Jω=恒量上式說明，當(dāng)定軸轉(zhuǎn)動的剛體所受外力對轉(zhuǎn)軸的合力矩為零時，剛體對該軸的角動量不隨時間變化。這一結(jié)論稱為角動量守恒定律。第四節(jié)人體動力學(xué)剛體對轉(zhuǎn)軸的角動量L等于其轉(zhuǎn)動慣量J和第四節(jié)人體動力學(xué)牽引器械第四節(jié)人體動力學(xué)牽引器械第四節(jié)人體動力學(xué)頸椎牽引儀第四節(jié)人體動力學(xué)頸椎牽引儀第四節(jié)人體動力學(xué)頸椎牽引方法

頸椎牽引需通過枕頜牽引帶進行。患者將衣領(lǐng)解開，頸部肌肉自然放松，將枕頜牽引帶的長帶托于下頜，短帶托于枕部，調(diào)整好牽引帶的松緊度并固定穩(wěn)妥，將牽引帶上方的吊帶通過繩索、滑輪與重錘或電機相連以牽拉患者的頸椎。(1)床上斜面自重牽引(2)床上重錘持續(xù)牽引第四節(jié)人體動力學(xué)頸椎牽引方法頸椎牽引需通過枕第四節(jié)人體動力學(xué)關(guān)節(jié)功能牽引嚴(yán)重屈膝受限輕度屈膝受限中度屈膝受限

(3)坐位重錘牽引第四節(jié)人體動力學(xué)關(guān)節(jié)功能牽引嚴(yán)重屈膝受限輕度屈膝受限第四節(jié)人體動力學(xué)【例1-3】頸部牽引器用于頸椎病的治療，如圖1-19所示。已知牽拉重量為10N，求三條絞繩作用于頭部的合力。解：由受力圖可知，R是F1、F2、F3的合力，它們構(gòu)成閉合的三角形，其中Rx=F3cos45°=10cos45°=7.1NRy=F1+F2+F3sin45°=10+10+10sin45°=27N==27.9Ntanφ=φ=75°可見，頸部受到的拉力為27.9N，大約是牽拉重量的2.8倍，指向斜上方與水平方向成75°角。第四節(jié)人體動力學(xué)【例1-3】頸部牽引器用于頸椎病的治療練一練牛頓第一定律所闡述的是物體的：Ａ慣性特征Ｂ加速度Ｃ能量特征Ｄ作用力和反作用力答案：Ａ慣性特征練一練牛頓第一定律所闡述的是物體的：答案：Ａ慣性特征練一練人體在走步的過程中動力學(xué)特征表現(xiàn)為：Ａ失去平衡過程Ｂ恢復(fù)平衡過程Ｃ連續(xù)失去平衡過程和恢復(fù)平衡過程Ｄ騰空和支撐過程答案：Ｃ連續(xù)失去平衡過程和恢復(fù)平衡過程練一練人體在走步的過程中動力學(xué)特征表現(xiàn)為：答案：Ｃ連續(xù)失去ThankYou!ThankYou!醫(yī)用物理醫(yī)用物理第一章人體力學(xué)基礎(chǔ)

主講老師：杜新滿黃岡職業(yè)技術(shù)學(xué)院第一章人體力學(xué)基礎(chǔ)主講老師：杜新滿黃岡職業(yè)技術(shù)學(xué)第一節(jié)物體的彈性第二節(jié)肌肉和骨骼的力學(xué)性質(zhì)第三節(jié)人體靜力學(xué)第四節(jié)人體動力學(xué)第一節(jié)物體的彈性學(xué)習(xí)目標(biāo)1.掌握：物質(zhì)彈性的基本概念；骨骼與肌肉的力學(xué)性質(zhì)。2.熟悉：人體的靜力平衡條件；人體動力學(xué)的特征及其在人體運動中的體現(xiàn)。3.了解：人體內(nèi)的杠桿結(jié)構(gòu)，作用在髖關(guān)節(jié)和脊柱上的力以及臨床力學(xué)器械的應(yīng)用。

學(xué)習(xí)目標(biāo)1.掌握：物質(zhì)彈性的基本概念；骨骼與肌肉的力學(xué)性質(zhì)第一節(jié)物體的彈性第一節(jié)物體的彈性第一節(jié)物體的彈性在一定的形變限度內(nèi)，去掉外力后物體能夠完全恢復(fù)原狀。形變彈性形變塑性形變外力超過一定限度后，去掉外力后物體不能夠完全恢復(fù)原狀。第一節(jié)物體的彈性在一定的形變限度內(nèi)，去掉外力后物體能夠一、線應(yīng)變與正應(yīng)力

線應(yīng)變：對一細(xì)長物體施加拉力F使之拉伸,其伸長變化率。

若物體被拉伸＞0,ε＞0；若物體被壓縮

＜0,ε＜0。第一節(jié)物體的彈性一、線應(yīng)變與正應(yīng)力線應(yīng)變：對一細(xì)長物體施加拉力F使之拉伸,應(yīng)力：指作用于物體單位面積上的力。正應(yīng)力：指與作用面垂直的應(yīng)力，用σ表示。其單位為N·m-2，又稱帕斯卡（Pa）。如果物體受力不均勻或者內(nèi)部材料不均勻，正應(yīng)力在橫截面上不同位置數(shù)值并不相同。

第一節(jié)物體的彈性應(yīng)力：指作用于物體單位面積上的力。如果物體受力不均勻或者內(nèi)部正應(yīng)力與線應(yīng)變的關(guān)系

圖為低碳鋼正應(yīng)力與線應(yīng)變的關(guān)系，可將拉伸分為彈性、屈服、硬化和頸縮四個階段：第一節(jié)物體的彈性正應(yīng)力與線應(yīng)變的關(guān)系圖為低碳鋼正應(yīng)力與線應(yīng)變的關(guān)系，可將拉彈性階段：曲線中OA段，A點稱為正比極限。B點的正應(yīng)力叫做彈性極限。屈服階段：過了C點是屈服階段，這一階段的最大正應(yīng)力為屈服強度。硬化階段：從D點開始是硬化階段，只有加大正應(yīng)力，才能使物體進一步伸長，此即材料的硬化；E點的正應(yīng)力叫做強度極限。頸縮階段：過了E點是頸縮階段；F點稱為斷裂點。BF是材料的范性（塑性）范圍。如果F點距B點較遠，材料表現(xiàn)為展性。如果F點距B點較近，材料表現(xiàn)為脆性。第一節(jié)物體的彈性彈性階段：曲線中OA段，A點稱為正比極限。B點的正應(yīng)力叫做彈在正比極限OA內(nèi)，正應(yīng)力與線應(yīng)變成正比：式中比例系數(shù)E稱為楊氏模量。楊氏模量只與材料的性質(zhì)有關(guān)，反映了材料抵抗線變的能力。材料低碳鋼花崗巖鉛骨橡膠血管拉伸壓縮E（109N·m-2）19650171690.0010.0002第一節(jié)物體的彈性在正比極限OA內(nèi)，正應(yīng)力與線應(yīng)變成正比：式中比例系數(shù)E稱為二、切應(yīng)變與切應(yīng)力dSFF第一節(jié)物體的彈性切應(yīng)變：指相對偏移位移與兩底面垂直距離的比值：二、切應(yīng)變與切應(yīng)力dSFF第一節(jié)物體的彈性切應(yīng)力：切向內(nèi)力和切面面積的比值，用表示。切應(yīng)力與切應(yīng)變的關(guān)系：在一定限度內(nèi)，切應(yīng)力與切應(yīng)變成正比，比例系數(shù)為切變模量，即第一節(jié)物體的彈性切應(yīng)力：切向內(nèi)力和切面面積的比值，用表示。切應(yīng)力練一練在各種應(yīng)變中應(yīng)力的方向：Ａ一定與截面垂直Ｂ一定與截面平行Ｃ兩者都對Ｄ兩者都不對答案：Ｄ兩者都不對練一練在各種應(yīng)變中應(yīng)力的方向：答案：Ｄ兩者都不對練一練楊氏模量表示在正比極限內(nèi)：Ａ正應(yīng)力與線應(yīng)變的比值Ｂ切應(yīng)力與切應(yīng)變的比值Ｃ正應(yīng)力與切應(yīng)變的比值Ｄ切應(yīng)力與線應(yīng)變的比值答案：Ａ正應(yīng)力與線應(yīng)變的比值練一練楊氏模量表示在正比極限內(nèi)：答案：Ａ正應(yīng)力與線應(yīng)變的比練一練１.在日常生活中，哪些變形屬于彈性形變，哪些屬于塑性形變？2.楊氏模量的物理含義是什么？練一練１.在日常生活中，哪些變形屬于彈性形變，哪些屬于塑性形第二節(jié)肌肉和骨骼的力學(xué)性質(zhì)第二節(jié)肌肉和骨骼的力學(xué)性質(zhì)一、肌肉的力學(xué)性質(zhì)肌原纖維肌凝蛋白肌纖蛋白肌纖維肌肉肌肉的功能是將化學(xué)能轉(zhuǎn)變成機械能。第二節(jié)肌肉和骨骼的力學(xué)性質(zhì)一、肌肉的力學(xué)性質(zhì)肌原纖維肌凝蛋白肌纖蛋白肌纖維肌第二節(jié)肌肉和骨骼的力學(xué)性質(zhì)肌纖維是肌肉的主要組成部分、肌纖維的直徑為10-60μm，它是由直徑為1μm左右的許多肌原纖維組成。肌原纖維是由肌凝蛋白組成的粗絲（直徑為0.01μm左右）和肌纖蛋白組成的細(xì)絲（直徑0.004μm左右）構(gòu)成。第二節(jié)肌肉和骨骼的力學(xué)性質(zhì)肌纖維是肌肉的主要組成部分、肌纖第二節(jié)肌肉和骨骼的力學(xué)性質(zhì)粗絲和細(xì)絲之間的相對滑行使肌肉發(fā)生伸長和收縮。肌原纖維發(fā)生伸縮的基本單元是肌節(jié)，肌節(jié)的長度是變化的，充分縮短時長約1.5μm，放松是為2.0-2.5μm.第二節(jié)肌肉和骨骼的力學(xué)性質(zhì)粗絲和細(xì)絲之間的相對滑行使肌肌纖維具有主動收縮性，肌纖維及其周圍的結(jié)締組織還可被動承載，因此整塊肌肉伸縮時總張力應(yīng)為主動張力與被動張力之和.C表示收縮時長度變化與主動張力變化的關(guān)系;A表示被動承載時的長度變化與被動張力變化的關(guān)系；曲線B是曲線C與曲線A之和，表示總張力第二節(jié)肌肉和骨骼的力學(xué)性質(zhì)肌纖維具有主動收縮性，肌纖維及其周圍的C表示收整塊肌肉的力學(xué)特性比較復(fù)雜，為研究方便，可將其表為如圖的三單元模型.1.收縮元：代表肌肉有活性的主動收縮成分。2.串聯(lián)彈性元：代表收縮元的固有彈性及與之相串聯(lián)的部分結(jié)締組織。3.并聯(lián)彈性元：代表肌肉被動狀態(tài)下的力學(xué)性質(zhì)。第二節(jié)肌肉和骨骼的力學(xué)性質(zhì)并聯(lián)彈性元整塊肌肉的力學(xué)特性比較復(fù)雜，為研究方便，可將其表為如圖的

模型的串聯(lián)構(gòu)成肌肉的長度，模型的并聯(lián)構(gòu)成肌肉的厚度.多模型串聯(lián)后，其總長度和各模型的長度的關(guān)系怎樣？每個模型受到的外力的關(guān)系怎樣？多模型并聯(lián)后，各模型的作用力與兩端的作用力關(guān)系怎樣？各模型的形變與收縮速度怎樣？第二節(jié)肌肉和骨骼的力學(xué)性質(zhì)Ｐ7看書回答：模型的串聯(lián)構(gòu)成肌肉的長度，模型的并聯(lián)構(gòu)成肌肉的厚度.多練一練當(dāng)把肌肉看作是由多個單元模型串聯(lián)時，以下說法正確的是：Ａ各個收縮元產(chǎn)生的收縮力不相同Ｂ每個單元模型所受外力不相等Ｃ肌肉的總伸長量等于每個單元模型伸長量之和Ｄ肌肉長度增加，其收縮力也增加答案：Ｃ肌肉的總伸長量等于每個單元模型伸長量之和練一練當(dāng)把肌肉看作是由多個單元模型串聯(lián)時，以下說法正確的二、骨骼的力學(xué)性質(zhì)骨骼是非線性彈性體，受力形式根據(jù)外力的方向，分為拉伸、壓縮、彎曲、切變、扭轉(zhuǎn)等形式。

1．線變

當(dāng)線應(yīng)變小于0.5%時，正應(yīng)力和線應(yīng)變有直線關(guān)系，屬于彈性體；當(dāng)線應(yīng)變大于0.5%時直線逐漸變成曲線，即增加應(yīng)力所產(chǎn)生的應(yīng)變比彈性體大得多；當(dāng)線應(yīng)變等于1.5%

左右時曲線會突然停止，這相應(yīng)于骨斷裂。第二節(jié)肌肉和骨骼的力學(xué)性質(zhì)二、骨骼的力學(xué)性質(zhì)骨骼是非線性彈性體，受力形式線變包括拉伸和壓縮兩部分。拉伸是指自骨的表面向外施加的載荷。拉伸的極限應(yīng)力為134MN·m-2

。壓縮是指加于骨表面大小相等、方向相反的載荷。壓縮的極限應(yīng)力約為170MN·m-2

。2．彎曲：指骨骼受到使其軸線發(fā)生彎曲的載荷作用。3．切變：指載荷施加方向與骨骼橫截面平行。4．扭轉(zhuǎn)：指載荷（扭矩作用）加于骨骼并使其沿軸線產(chǎn)生扭曲。

第二節(jié)肌肉和骨骼的力學(xué)性質(zhì)線變包括拉伸和壓縮兩部分。2．彎曲：指骨骼受到使其軸線發(fā)生彎練一練骨骼屬于：Ａ線性彈性體Ｂ非線性彈性體Ｃ剛體Ｄ流體答案：Ｂ非線性彈性體練一練骨骼屬于：答案：Ｂ非線性彈性體練一練骨骼斷裂時的應(yīng)力稱為：Ａ負(fù)荷應(yīng)力Ｂ剪切應(yīng)力Ｃ扭曲應(yīng)力Ｄ極限應(yīng)力答案：Ｄ極限應(yīng)力練一練骨骼斷裂時的應(yīng)力稱為：答案：Ｄ極限應(yīng)力練一練骨骼壓縮和拉伸的極限應(yīng)力關(guān)系是：Ａ壓縮極限應(yīng)力等于拉伸的極限應(yīng)力Ｂ壓縮極限應(yīng)力大于拉伸的極限應(yīng)力Ｃ壓縮極限應(yīng)力小于拉伸的極限應(yīng)力Ｄ以上都不對答案：Ｂ壓縮極限應(yīng)力大于拉伸的極限應(yīng)力練一練骨骼壓縮和拉伸的極限應(yīng)力關(guān)系是：答案：Ｂ壓縮極限應(yīng)力第三節(jié)人體靜力學(xué)第三節(jié)人體靜力學(xué)一、物體平衡條件1.合力為零；2.合力矩為零剛體平衡的充分必要條件：合力的作用使剛體發(fā)生平移

合力矩的作用使剛體發(fā)生轉(zhuǎn)動第三節(jié)人體靜力學(xué)一、物體平衡條件1.合力為零；2.合力矩為零剛體平衡的充分必二、杠桿作用作用力離支點的距離LF稱為力臂阻力離支點的距離LR稱為阻力臂杠桿的平衡條件：F×LF＝R×LR

第三節(jié)人體靜力學(xué)二、杠桿作用作用力離支點的距離LF稱為力臂杠桿的平衡條件：杠桿的分類：

1.支點位于作用力與阻力之間。

2.阻力位于作用力和支點之間，且作用力點的移動方向與阻力點的移動方向相同。3.作用力位于阻力與支點之間。第三節(jié)人體靜力學(xué)杠桿的分類：1.支點位于作用力與阻力之間。2.阻力位于作頭、足、臂部的杠桿作用

第三節(jié)人體靜力學(xué)頭、足、臂部的杠桿作用第三節(jié)人體靜力學(xué)練一練物體處于靜力平衡的充分必要條件是：Ａ所有外力的矢量和為零Ｂ所有外力矩的代數(shù)和為零Ｃ所有外力的矢量和為零，所有外力矩的代數(shù)和為零Ｄ所有外力代數(shù)和為零，所有外力矩的代數(shù)和為零答案：Ｃ所有外力的矢量和為零，所有外力矩的代數(shù)和為零練一練物體處于靜力平衡的充分必要條件是：答案：Ｃ所有外力的三、作用在髖關(guān)節(jié)和脊柱上的力當(dāng)人體單足站立時，在髖關(guān)節(jié)處維持平衡的力主要來自髖外展肌。單足站立時，股骨頭所承受的力約為體重的2.5倍。作用在髖關(guān)節(jié)上的力

第三節(jié)人體靜力學(xué)三、作用在髖關(guān)節(jié)和脊柱上的力當(dāng)人體單足站立時，在髖關(guān)節(jié)處維持作用在脊柱上的力第三節(jié)人體靜力學(xué)作用在脊柱上的力第三節(jié)人體靜力學(xué)四、臨床力學(xué)器械臨床上常用的牽引手段可分為皮膚牽引和骨牽引，

第三節(jié)人體靜力學(xué)四、臨床力學(xué)器械臨床上常用的牽引手段可分為皮膚牽引和骨牽引，第四節(jié)人體動力學(xué)第四節(jié)人體動力學(xué)一、人體的動力學(xué)特征慣性特征

:一切物體都保持自己原來的靜止?fàn)顟B(tài)或勻速直線運動狀態(tài)，直到外力的作用改變這種狀態(tài)為止。第四節(jié)人體動力學(xué)牛頓第一定律(慣性定律)任何物體，在不受力作用時，都保持靜止或勻速直線運動狀態(tài)。一、人體的動力學(xué)特征慣性特征:一切物體都保持自己原來的靜止力的特征:第四節(jié)人體動力學(xué)①

力的概念

影響力的作用效果的三個要素：大小、方向和作用點。力的矢量性。②

人體運動的內(nèi)力和外力外力與內(nèi)力的相對性：如果把人體看成一個力學(xué)系統(tǒng)，那么來自于人體外界的力稱為外力。例如重力、支持力、摩擦力等。只有外力才能引起人體的整體運動。

力的特征:第四節(jié)人體動力學(xué)①

力的概念第四節(jié)人體動力學(xué)③

人體運動中所受到的外力

a.

重力大小與方向：，方向：指向地球心。g=9.8m/s2

重力與重量的關(guān)系；重量與質(zhì)量和區(qū)別。b.

摩擦力概念，和特性。靜摩擦力和最大靜摩擦力滑動摩擦力c.

彈性力概念：由物體發(fā)生形變產(chǎn)生的力。彈性力的胡克定律：第四節(jié)人體動力學(xué)③

人體運動中所受到的外力b.

牛頓第二定律第四節(jié)人體動力學(xué)要使物體運動狀態(tài)發(fā)生變化，就必須對物體施加力。當(dāng)物體受到的合外力不為零時，物體運動的加速度與合外力成正比，與其質(zhì)量成反比，加速度的方向與合外力的方向一致，用公式可表示為：F＝ma

牛頓第二定律第四節(jié)人體動力學(xué)要使物體運動狀態(tài)發(fā)生變第四節(jié)人體動力學(xué)例一個人以1m/s的速度步行時，頭碰到一根很低的橫梁上，碰撞的持續(xù)時間為5ms，如果頭的質(zhì)量為4kg，求碰撞時頭部所受的力。第四節(jié)人體動力學(xué)例一個人以1m/s的速度步行時第四節(jié)人體動力學(xué)

（討論）

如果橫梁上有2cm厚的墊料，使碰撞時間增加到0.04s，問此時頭部所受的力是多少？第四節(jié)人體動力學(xué)（討論）如果橫梁上有2cm厚第四節(jié)人體動力學(xué)

如果一個人從1m高處跳下且著地時腿是伸直的，他將受到很大的沖擊。在人著地的瞬間，其速度是4.5m/s，設(shè)地面在5ms內(nèi)使人體停止，此時所受的力約是其體重的100倍。如果人落在體操墊上，則其減速時間會長一些，另外，如果他按照人體的正常反應(yīng)，先將腳尖著地然后曲膝，使減速的時間更長，則可減少著地力。第四節(jié)人體動力學(xué)如果一個人從1m高處跳下第四節(jié)人體動力學(xué)牛頓第三定律:作用力和反作用力

若物體A對物體B作用一力FAB，則物體B同時以力FBA反作用物體A，兩力的大小相等，方向相反，并在同一直線—上。即：

FAB=-FBA

第四節(jié)人體動力學(xué)牛頓第三定律:作用力和反作用力第四節(jié)人體動力學(xué)正確理解和應(yīng)用牛頓第三定律應(yīng)注意的幾點：(1)作用力和反作用力分別作用在不同的物體上，分別產(chǎn)生各自的效應(yīng)。它們不同于一對平衡力。如踢足球，腳對球的作用力為F，作用在球上，使球產(chǎn)生加速度和形變。而球?qū)δ_的作用力F，同時作用在腳上，使腳產(chǎn)生向后的加速度和受到壓迫。雖然二力大小相等，但作用在不同的物體上，產(chǎn)生不同的效果。(2)作用力和反作用力互為存在條件。它們總是同時產(chǎn)生、同時存在，同時消失。(3)作用力和反作用力必是同種性質(zhì)的力。如果作用力是摩擦力，反作用力也是摩擦力；如果作用力是彈性力，反作用力一定也是彈性力。(4)作用力與反作用力等值反向，沿同一直線這一規(guī)律，不受相互作用的兩物體的運動狀態(tài)的影響。不管它們處于靜止?fàn)顟B(tài)還是運動狀態(tài)，相互作用力的上述規(guī)律仍然成立。第四節(jié)人體動力學(xué)正確理解和應(yīng)用牛頓第三定律應(yīng)注意的幾點3．能量特征

功表征了系統(tǒng)能量變化的過程，能量則表征系統(tǒng)由于做功而改變了的狀態(tài)。在人體的運動中，由一種運動狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪环N運動狀態(tài)時，能量也要發(fā)生相應(yīng)形式的轉(zhuǎn)化。第四節(jié)人體動力學(xué)3．能量特征功表征了系統(tǒng)能量變化的過程，能量則表征系統(tǒng)由于二、人體的運動第四節(jié)人體動力學(xué)

人體在走步、跑步、跳躍、轉(zhuǎn)動等運動中都涉及一些力學(xué)問題，而這些問題基本上都和我們前面所講述的人體動力學(xué)特征密切相關(guān)。1、走步

走步是人體連續(xù)失去平衡和恢復(fù)平衡的過程，走步近似勻速運動，它具有人體動力學(xué)的慣性特征。2、跑步

跑步可分為騰空階段和支承階段。跑的速度取決于步長和步頻，而速度的變化又取決于對這兩個因素的控制情況。二、人體的運動第四節(jié)人體動力學(xué)人體在走第四節(jié)人體動力學(xué)起跑過程中的外力作用第四節(jié)人體動力學(xué)起跑過程中的外力作用第四節(jié)人體動力學(xué)

第三節(jié)

人體動力學(xué)

跑的人體受力分析第四節(jié)人體動力學(xué)

第三節(jié)人體動力學(xué)

跑的人體第四節(jié)人體動力學(xué)