1、第一章 力學(xué)一、靜力學(xué) 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 Friction2.1 Standing at an Incline2.2 Friction at th

2、e Hip Joint三、動(dòng)力學(xué) Dynamics7/23/20221會(huì)倒嗎？7/23/20222一、靜力學(xué) Static Forces研究作用在處于平衡和靜止的物體上的力。質(zhì)點(diǎn)平衡的條件：其受到的各力之和為零剛體平衡的條件：剛體：具有固定形狀及大小的物體。骨頭、壘球合力為零？合力矩為零條件一條件二轉(zhuǎn)軸7/23/20223是r與F所夾的銳角 矢量差積 7/23/202247/23/202257/23/202261.1 Equilibrium and Stability7/23/202271.2 Equilibrium of the Human Body 重心（c.g.）的位置：身高的56 7/

3、23/20228例1.10，一個(gè)直立的體重為60kg的人，當(dāng)他提著15kg的重物w時(shí)，求重心位置需移動(dòng)的 距離。在實(shí)際生活中這種移動(dòng)是怎 樣完成的？ 需要將身體重心向重物對(duì)側(cè)移動(dòng)7.5cm實(shí)際中是靠彎曲上身并將另一側(cè)上肢抬高來(lái)維持平衡。 7/23/202291.3 Stability of the Human Body under the Action of an External Force7/23/202210 人體內(nèi)的很多肌肉和骨系統(tǒng)起著杠桿作用。杠桿分為第一、第二和第三類(lèi)，在人體內(nèi)最常見(jiàn)的是第三類(lèi)杠桿。1.4 Levers in the human body 7/23/202211M

4、1，稱(chēng)為省力杠桿；反之，則M 1，省力杠桿7/23/202213機(jī)械利益M 1，為費(fèi)力杠桿 .在人體內(nèi)最常見(jiàn)的是第三類(lèi)杠桿。7/23/202214負(fù)載端的位移和速度反比于機(jī)械利益7/23/2022151.5 The Elbow二頭肌使前臂曲；三頭肌使前臂伸。 7/23/202216例1.11一個(gè)人手持一重14kg鉛球，前臂保持水平，臂的尺寸及角度由圖b中給出，試求：二頭肌產(chǎn)生的力和關(guān)節(jié)處尺骨的受力。 7/23/202217選擇支點(diǎn)計(jì)算力矩 由力的平衡條件 7/23/2022181.6 The Back7/23/202219背部各塊肌肉產(chǎn)生的力用連接D-C的繩子來(lái)等效頭和手臂的重量表示為懸掛于杠

5、桿末端的負(fù)載W2 1.6 The Back人的脊柱由24塊椎骨構(gòu)成，椎骨之間被充滿(mǎn)液體的椎間盤(pán)隔開(kāi)。 軀干的重量均勻分布于背部，等效為懸掛在中點(diǎn)的負(fù)載W1 作用于第五腰椎的力R7/23/202220考慮70kg的人，W1和W2的代表值為320N和160N。 R為R與虛線的夾角7/23/2022211.6 The Backholds a 20kg weight此例說(shuō)明彎腰時(shí)在第五腰椎處產(chǎn)生很大的力，因此，腰背痛常常發(fā)生在此處。7/23/2022221.7 Standing Tip-Toe on One Foot屬于第三類(lèi)杠桿，支點(diǎn)在足尖接觸處單腳踮立時(shí)，跟腱的拉力約為2.5W，作用于脛骨的壓力為

6、3.5W。G+F拉*cos15。=F壓 力平衡F壓*18=F拉*25 力矩平衡7/23/202223骨的構(gòu)造使它適于承受壓縮力而不是張力或彎曲力。從前面例題我們注意到，在大多數(shù)情況下，肌肉提供的力比負(fù)荷作用的力大得多，出現(xiàn)這種情況的一個(gè)原因是：如要省力就需要很長(zhǎng)的力臂，而這對(duì)骨骼系統(tǒng)來(lái)說(shuō)是很難辦到的，另一個(gè)原因是：短力臂給予的動(dòng)作要比長(zhǎng)力臂的更快。7/23/202224二、摩擦力 Friction 接觸表面 u （摩擦系數(shù)） 鋼與鋼0.15橡膠輪胎在干水泥地上1.0橡膠輪胎在濕水泥地上0.7鋼在冰上0.03潤(rùn)滑的骨關(guān)節(jié)0.0037/23/2022252.1 Standing at an Inc

7、line2.2 Friction at the Hip Joint7/23/202226三、動(dòng)力學(xué) Dynamics 力學(xué)中討論運(yùn)動(dòng)和力的關(guān)系的部分稱(chēng)為動(dòng)力學(xué)。牛頓第二定律：7/23/202227例3.1a）一個(gè)人以1m/s的速度步行時(shí)，頭碰到一根很低的橫梁上，碰撞的持續(xù)時(shí)間為5ms，如果頭的質(zhì)量為4kg，求碰撞時(shí)頭部所受的力。7/23/202228 b）如果橫梁上有2cm厚的墊料，使碰撞時(shí)間增加到0.04s，問(wèn)此時(shí)頭部所受的力是多少7/23/202229 如果一個(gè)人從1m高處跳下且著地時(shí)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(shí)所受

8、的力約是其體重的100倍。如果人落在體操墊上，則其減速時(shí)間會(huì)長(zhǎng)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(shí)間更長(zhǎng)，則可減少著地力。7/23/202230 人體在加速和減速力作用下的行為，是和飛機(jī)、汽車(chē)、太空飛行器有關(guān)的人員感興趣的領(lǐng)域。人體經(jīng)受得起的加速度的量值，決定于人體的方位和加速度的持續(xù)時(shí)間。7/23/2022317/23/2022327/23/202233 加速度可能產(chǎn)生若干種效應(yīng)，例如（1）出現(xiàn)超重或失重；（2）體內(nèi)靜壓的改變；（3）人體彈性組織的扭變；（4）懸浮在液體中密度不同的各種成份有分離的趨勢(shì)。7/23/202234如果讓人體振動(dòng)，就會(huì)發(fā)生共振現(xiàn)象。

9、我們的每個(gè)主要器官都有其固有頻率，這個(gè)頻率決定于它的質(zhì)量和加于它的各種彈力。如果一個(gè)器官共振于它的固有頻率時(shí)，會(huì)出現(xiàn)痛苦和不適感。7/23/2022357/23/202236小結(jié)一、靜力學(xué) 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