第二章運(yùn)動力學(xué)基礎(chǔ)

1、回顧,1. 打羽毛球時，手臂揮拍向下扣球的動作屬于（ ） a.推 b.拉 c.鞭打 d.緩沖 e.蹬伸 2.步行時，伴隨骨盆和肢體的轉(zhuǎn)運(yùn)運(yùn)動形式為（ ） a.扭轉(zhuǎn) b.擺動 c.鞭打 d.緩沖 e.蹬伸 3. 動力性運(yùn)動錯誤的是（ ） a.產(chǎn)生加速度 b.產(chǎn)生位移 c抗阻力 d.維持軀體姿勢 e.有明顯的關(guān)節(jié)活動 4.主動運(yùn)動是指肌力達(dá)（ ）時，即可由骨骼肌主動收縮完成肢體的運(yùn)動 A 1級 B 2級 C 3級 D 4級 5.人體步行時的運(yùn)動形式包括（ ） a.擺動 b.蹬伸 c.鞭打 d.軀干扭轉(zhuǎn) e.緩沖 6. 運(yùn)動強(qiáng)度與（）總是成正比 A 能量消耗 B 吸氧量 C 運(yùn)動時間 D 運(yùn)動頻率

2、e.運(yùn)動形式,2,第二章 運(yùn)動力學(xué)基礎(chǔ),3,學(xué)習(xí)目標(biāo),掌握運(yùn)動中的力合力矩及其表現(xiàn)形式，并明確力是物體運(yùn)動狀態(tài)改變和形狀改變的原因；掌握影響人體平衡與穩(wěn)定的因素。 熟悉牛頓運(yùn)動定律的在人體運(yùn)動中的應(yīng)用；熟悉骨、關(guān)節(jié)、韌帶和肌腱的生物力學(xué)特性及其在康復(fù)治療中的應(yīng)用。 了解運(yùn)動中力的合成與分解及其在人體運(yùn)動中受力分析中的應(yīng)用。,4,學(xué)習(xí)內(nèi)容,第一節(jié) 運(yùn)動中的力與力矩 一、運(yùn)動中的力 二、運(yùn)動中的力矩 第二節(jié) 牛頓運(yùn)動定律及其應(yīng)用 一、牛頓運(yùn)動定律 二、牛頓運(yùn)動定律在人體運(yùn)動中的應(yīng)用 第三節(jié) 平衡與穩(wěn)定,一、力系平衡條件與人體平衡類型 二、穩(wěn)定性及其影響因素 三、人體平衡與穩(wěn)定的特點(diǎn) 第四節(jié) 骨、關(guān)

3、節(jié)生物力學(xué) 一、骨的生物力學(xué)性質(zhì) 二、關(guān)節(jié)生物力學(xué) 三、肌腱和韌帶的生物力學(xué),任務(wù),1.第一段視頻工匠釘釘子工作有何特點(diǎn)，為什么要這樣操作？,2.體操運(yùn)動員比賽時從器械上落下來的原因是什么？如何評價(jià)？,釘子頭部很尖，面積小，用較小的力即可產(chǎn)生很大壓強(qiáng)，尖部會產(chǎn)生大于木材結(jié)構(gòu)應(yīng)力的力，破壞物質(zhì)結(jié)構(gòu)。,運(yùn)動員在比賽時，手掌心常會冒汗，這對體操和舉重運(yùn)動員來說非常不利。因?yàn)闈窕恼菩臅鼓Σ亮p小，使得運(yùn)動員握不住器械，不僅影響動作的質(zhì)量，嚴(yán)重時還會使運(yùn)動員從器械上跌落下來，造成失誤，甚至受傷。,8,第一節(jié) 運(yùn)動中的力與力矩,力是一個物體對另一個物體的作用，是使物體產(chǎn)生形變或線運(yùn)動狀態(tài)改變的原因。

4、力矩則是力和力臂的乘積，是使物體轉(zhuǎn)動狀態(tài)改變的原因。,9,一、運(yùn)動中的力,若將人體整體看做一個力學(xué)系統(tǒng)，則人體內(nèi)部各部分的相互作用，稱為內(nèi)力。外界作用于人體的力稱為外力。,（一）內(nèi)力與外力的概念,外力：重力、支撐反作用力等。,內(nèi)力：骨骼肌張力、關(guān)節(jié)約束力、韌帶張力等，其中骨骼肌的張力是人體內(nèi)力中的主動力。,10,運(yùn)動中的內(nèi)力和外力的關(guān)系,2、內(nèi)力可以改變外力的大小 3、外力可用來增強(qiáng)內(nèi)力,1、內(nèi)力與外力是相對的,11,要獲得較大的反作用力作為人體運(yùn)動的動力，必須加大人的蹬地力，這又取決于人體肌肉活動引起的對地面作用力的大小。肌肉活動是主動的，為了提高人體運(yùn)動效果，最重要的是提高肌肉收縮的力量（

5、內(nèi)力），以加大蹬地力從而得到一個大的反作用力（外力），使人體運(yùn)動狀態(tài)發(fā)生變化。 另外，實(shí)踐中采取一些措施，利用外部條件在一定程度上也可提高地面對人體的作用力，例如，在跑些、跳鞋上安上釘子，起跑時用起跑器等 。,12,跳高起跳過程中的外力作用,13,起跑過程中的外力作用,14,力量訓(xùn)練過程中人體肌肉收縮抵抗負(fù)荷的內(nèi)外力作用,15,人體運(yùn)動中所受到的外力 1.重力 大小與方向： ，方向：指向地球心。 g=9.8m/s/s,（二）幾種常見的外力,重力是地球?qū)θ梭w或物體的引力，是一種非接觸力。人體或物體受重力的集中點(diǎn)為重心，其方向指向地心。,16,2. 摩擦力 a.靜摩擦力和最大靜摩擦力 b.滑動摩擦

6、力,（二）幾種常見的外力,摩擦力是兩相互接觸的物體作相對運(yùn)動（線運(yùn)動或滾動）或有相對運(yùn)動趨勢時產(chǎn)生的力，分別成為滑動摩擦力、滾動摩擦力和靜摩擦力。,17,3.支撐反作用力 人體處于支撐狀態(tài)時，人體重力作用于支撐面上，支撐面又反作用于人體，這種反作用稱為支撐反作用力。如果人體處于靜止?fàn)顟B(tài)，為靜力性支撐反作用力；如果人體局部環(huán)節(jié)有運(yùn)動，則支撐反作用力會不斷變化，稱為動力性支撐反作用力。,（二）幾種常見的外力,18,4.流體作用力 人體在空氣和水中運(yùn)動時，與流體發(fā)生接觸，并相互作用，流體對人體的作用即為流體作用力。 人體在水中受到浮力作用，可以減輕肢體的重力作用，對于肌力不足或關(guān)節(jié)疼痛的患者，可以借

7、助水的阻力和浮力進(jìn)行康復(fù)訓(xùn)練。,（二）幾種常見的外力,19,5.器械的其他阻力 肢體推動運(yùn)動器械進(jìn)行訓(xùn)練時，除要克服器械重力外，還需要克服器械的慣性力、摩擦力或彈力所產(chǎn)生的阻力，其大小與肢體的推力大小相等，方向相反。,（二）幾種常見的外力,20,意 義：,各種外力經(jīng)常被用來作為康復(fù)訓(xùn)練/治療的負(fù)荷，選擇的負(fù)荷要求與肢體運(yùn)動的方向和力量相適應(yīng)，這是增強(qiáng)肌力訓(xùn)練的方法學(xué)基礎(chǔ)。,21,（三）內(nèi)力,定義： 是指人體內(nèi)部各組織器官間相互作用的力。各種內(nèi)力總要相互適應(yīng)，以維持最佳活動，同時也不斷和外力相抗衡以適應(yīng)人體生活的需要。 1）肌拉力 2）各組織器官間的被動阻力 3）各內(nèi)臟器官的摩擦力 4）內(nèi)臟器官

8、和固定裝置間的阻力 5）血液淋巴液在管道內(nèi)流動時產(chǎn)生的流體阻力，在分流時產(chǎn)生的湍流等。,22,1）肌拉力 這種力通過其在骨骼上的附著點(diǎn)，可以維持人體姿勢，引起人體內(nèi)部各部分、各環(huán)節(jié)間的相對運(yùn)動。是人體內(nèi)力中最重要的主動力。,2）組織彈力,1938年，英國學(xué)者A.V.希爾根據(jù)他所做的蛙縫匠肌的大量實(shí)驗(yàn)，提出了肌肉收縮的力學(xué)模型（希爾模型），當(dāng)靜休狀態(tài)下肌肉張力不可忽略時，若靜休狀態(tài)張力與興奮狀態(tài)無關(guān)，則可將肌肉的張力分解為主動張力和被動張力，后者用一并聯(lián)彈性元表示，它和收縮成分，串聯(lián)彈性元組成三元素模型(圖2-2)。,24,3）各組織器官間的被動阻力 當(dāng)一肢體做屈曲或伸展運(yùn)動時，其相反方向的組織

9、受到牽拉，尤其是拮抗肌的張力，此時必須做相應(yīng)松弛，以保證運(yùn)動的完成。,25,4）各內(nèi)臟器官的摩擦力 例如胃腸蠕動時候腸袢間的摩擦力（盡管很?。?，心臟搏動時與肺、縱隔和胸廓間的摩擦力等。5）內(nèi)臟器官和固定裝置間的阻力 如胃腸蠕動與腹膜、腸系膜、大血管間的阻力，食管的蠕動與縱隔間的阻力等。6）血液淋巴液在管道內(nèi)流動時產(chǎn)生的流體阻力，在分流時產(chǎn)生的湍流等。,26,1.合力與分力 一個力如果它產(chǎn)生的效果與幾個力共同作用的效果相同，則這個力就叫那幾個力的合力，而那幾個力就叫這個力的分力。 2.力的合成 求幾個已知力的合力，叫力的合成。 3.力的分解 力的分解是力的合成的逆運(yùn)算。,（四）力的合成與分解,平

10、行四邊形法則是力的合成與分解的基礎(chǔ),27,掌握物體受力的分析方法,確定受力分析對象，取出隔離體 確定場力（重力、電磁場力等） 確定所有外力：動力，阻力（摩擦力、空氣阻力等），接觸力等。 畫受力分析圖,28,a,b,c,d,29,當(dāng)骨骼肌在某一平面產(chǎn)生力作用時，可將肌力分解為兩個垂直分量：一個沿著骨軸線作用，另一個垂直骨軸線。前者起穩(wěn)固關(guān)節(jié)的作用，因而叫穩(wěn)固分量，后者是使骨產(chǎn)生轉(zhuǎn)動的分量，所以叫轉(zhuǎn)動分量。,力的分解,30,1、力的時間累積效應(yīng) 作用于物體的合外力與其作用時間的乘積（Ft ），稱為力的沖量。而將運(yùn)動物體或人體具有的“運(yùn)動量”，即質(zhì)量與速度的乘積（m v），稱為動量。 動量定理：物體

11、動量的增量等于其所受的沖量。,（五）力的時間和空間累積效應(yīng),31,動量定理和動量守恒定律：,1. 動量與沖量的概念 動量（矢量性） ，單位：米.千克/秒（m. kg / s）。 沖量（矢量性） 單位：牛頓.秒（N. s）,32,沖量的幾何含義：,K=F*t,33,動量定理,物體在運(yùn)動過程中，在某段時間內(nèi)動量的改變，等于所受合外力在這段時間內(nèi)的沖量。即：,34,動量定理在運(yùn)動中的應(yīng)用,1、在投擲項(xiàng)目中，為了增加器械的出手速度，即增加器械的出手動量，應(yīng)增加在最后用力階段對器械的沖量。這要求在發(fā)揮最大力量的同時，延長力的作用時間。,2、若要減少對人體的沖力，就得延長力作用的時間，各種落地緩沖動作就是

12、典型的例子。 3.給物體或人體強(qiáng)大沖力，要求與物體或人體接觸的時間要短，例如釘釘子。,35,2、力的空間累積效應(yīng) 力與力作用方向上移動距離的乘積（FS），稱力對物體作了功。力作用方向與其引起的物體運(yùn)動方向改變一致，力對物體所做的功為正功。物體的運(yùn)動方向與力的作用方向相反，這時力所做的功為負(fù)功。功的國際單位是焦耳（J）。,36,通常講骨骼肌做功，是指骨骼肌做的機(jī)械功。肌將其貯存的化學(xué)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，克服阻力使環(huán)節(jié)及外界物體產(chǎn)生位移。 等長收縮運(yùn)動中，環(huán)節(jié)不產(chǎn)生位移，沒有做機(jī)械功，此時骨骼肌消耗的能量完成了“生理功”。 功和能之間是可以相互轉(zhuǎn)換的，能的量值是通過做功來確定的，力對物體做的功等于物體

13、機(jī)械能（動能和勢能）的增量。,37,力矩（M）是作用于物體或人體的合力（F）與支點(diǎn)到力作用線距離（d）的乘積，即M=F。 一種情況：即大小相等，方向相反，作用線互相平行但不重合的兩個力作用在同一物體上，雖然其合力為零，但物體同樣會轉(zhuǎn)動，這一對力稱為力偶，其產(chǎn)生的轉(zhuǎn)動力矩稱為力偶矩。 另一種情況：物體在無支撐情況下受到力的作用，這個力若不通過物體的重心，也會引起物體的轉(zhuǎn)動，這個力稱為偏心力，由其產(chǎn)生的轉(zhuǎn)動力矩稱為偏心矩。 力矩、力偶矩和偏心矩是人體或物體轉(zhuǎn)動的條件。,二、運(yùn)動中的力矩,38,一 、人體的簡化,根據(jù)人體運(yùn)動的特征，可將人體運(yùn)動模型簡化為：質(zhì)點(diǎn)、剛體和多剛體系統(tǒng)等運(yùn)動模型。,1、質(zhì)點(diǎn)

14、：具有一定質(zhì)量，忽略其大小形態(tài)的幾何點(diǎn)。,研究地球繞太陽運(yùn)動， 地球可以當(dāng)作質(zhì)點(diǎn),研究地球的自轉(zhuǎn)， 地球就不能當(dāng)作質(zhì)點(diǎn),第二節(jié) 牛頓運(yùn)動定律及其應(yīng)用,39,2、剛體 是由相互間距離始終保持不變的許多質(zhì)點(diǎn)組成的連續(xù)體，它有一定形狀、占據(jù)空間一定位置，是由實(shí)際物體抽象出來的力學(xué)簡化模型。在運(yùn)動生物力學(xué)中，把人體看作是一個多剛體系統(tǒng)。,40,人體簡化以后的運(yùn)動形式人體運(yùn)動的形式多種多樣。 把人體簡化成質(zhì)點(diǎn)：分為直線運(yùn)動和曲線運(yùn)動。 把人體簡化成剛體：分為平動、轉(zhuǎn)動和復(fù)合運(yùn)動。,41,牛頓第一定律：任何物體在不受外力作用（或所受合外力為零）時，物體將保持靜止或勻速直線運(yùn)動狀態(tài)不變。物體的這種性質(zhì)稱為慣

15、性。 牛頓第二定律：物體加速度（a）的大小與物體所受合外力（F）的大小成正比，與物體的質(zhì)量（m）成反比，即F=ma。 牛頓第三定律（作用力與反作用力）：兩個物體相互作用時，物體甲對物體乙的作用力，F(xiàn)1與F2大小相等、方向相反、沿同一直線，即F1 = -F2。,二、牛頓運(yùn)動定律,42,運(yùn)動中很多動作可以借助慣性完成，巧妙地利用慣性，不但省力且減少能量消耗，減少運(yùn)動性疲勞。因此，人體活動中保持動作的連貫性和動作間的連續(xù)性能起到省力的作用。 例如，康復(fù)治療中偏癱患者自主從仰臥位到側(cè)臥位，可以利用健側(cè)肢體的慣性完成體位轉(zhuǎn)換例子。,三、牛頓運(yùn)動定律在人體運(yùn)動中的應(yīng)用,（一）運(yùn)動中合理利用慣性可以省力,4

16、3,指在人體在克服外界阻力負(fù)荷運(yùn)動時，需要遵循由大肌群首先活動，逐步過渡到中小肌群活動。 因?yàn)榇蠹∪耗墚a(chǎn)生較大的力或力矩，有利于克服阻力物體的慣性，可以有效預(yù)防運(yùn)動開始時的中小肌群的損傷。 例如，搬動較重物體時應(yīng)用下蹲通過大腿的肌群用力來克服重物的慣性，而不應(yīng)用彎腰通過腰部肌群的用力克服重物的慣性。由于腰部肌群的力量弱，彎腰搬重物易導(dǎo)致腰部肌的急性損傷。,（二）克服重物慣性需要遵循骨骼肌活動順序原理,44,運(yùn)動中，要使人體運(yùn)動速度增加或減小，需要外界對人體的作用力增加或減小。根據(jù)作用力與反作用力定律，外界物體對人體的作用力增加或減小時，人體對外界的作用力也需要增加或減小。,（三）增加人體對外界

17、的作用力可以增大外界對人體的反作用力,45,第三節(jié) 平衡與穩(wěn)定,一個物體如果受到幾個力的作用，這幾個力稱為力系。力系平衡的條件因力系的不同而有所差異，力系通常有以下4種情況。 1.共點(diǎn)、共線力系 2.平面匯交力系 3.平面平行力系 4.空間一般力系,一、力系平衡條件與人體平衡類型,（一）力系的平衡條件,1.共點(diǎn)、共線力系,2.平面匯交力系,3.平面平行力系,4.空間一般力系,條件：合力為零，合力矩為零,50,人體平衡的類型,（二）人體平衡的類型,上支撐平衡,單杠懸垂平衡,下支撐平衡,人體站立,混合支撐平衡,1、面對肋木架站立，單腿抬起置于練習(xí)架橫桿上，依次由低向高放腿部肌肉拉伸練習(xí)；2、面對肋

18、木架站立，雙手上舉握緊上端橫桿，雙腿離地蹬踏在下端橫桿上，然后做深蹲拉起練習(xí)；3、背對肋木架站立，雙手向上握緊上端橫桿，雙腳垂直繃緊做雙腿抬起練習(xí)。,通常上肢平衡都是穩(wěn)定平衡，下肢平衡都是有限的穩(wěn)定平衡，這在體育運(yùn)動中最常見。 不穩(wěn)定平衡僅限于下支撐中的點(diǎn)支撐或線支撐，例如，雜技中自行車定位、高空走鋼絲等是不穩(wěn)定平衡，它們的支撐面很窄，可近似看成線支撐。 人體的隨遇平衡只是在失重時才可能有，例如球體的平衡。,55,穩(wěn)定性是指人體和物體抵抗各種干擾作用保持平衡的能力。 1、靜態(tài)穩(wěn)定性 人體靜止時抵抗各種干擾的能力。 2、動態(tài)穩(wěn)定性 人體重心偏移平衡位置后，干擾因素除去時，人體仍能恢復(fù)到初始平衡范

19、圍。,二、穩(wěn)定性及其影響因素,（一）穩(wěn)定性,56,1.影響人體下支撐穩(wěn)定性的因素 支撐面大小:支撐面大，穩(wěn)定度大；支撐面小，穩(wěn)定度小。 重心的高低:在支撐面不變的情況下，人體的重心位置低，穩(wěn)定度大；重心位置高，穩(wěn)定度小。,（二）影響人體下支撐穩(wěn)定性的因素與評價(jià)指標(biāo),57,（1）定義：整個人體所受重力的合力的作用點(diǎn)，叫人體重心。 它位于身體正中面上第三骶椎上緣前方7厘米處，大約在身高的55%56%。,人體重心,58,（2）人體重心位置 正常站立姿勢下人體重心位置。,59,人體重心位置，人體重心位置隨人體姿勢變化而改變。,60,人體重心的變化,61,人體重心可移動出身體之外。,62,為了訓(xùn)練平衡功

20、能差的患者的平衡能力，開始訓(xùn)練時，可以先練習(xí)坐位（重心低支撐面較大）平衡，完成后練習(xí)立位平衡時，可先分開雙腿以加大支撐面使重心比較低，練習(xí)靜態(tài)和動態(tài)平衡，達(dá)到一定效果后，再逐漸過渡到并足訓(xùn)練。,應(yīng) 用,63,1.人體整體主動運(yùn)動的必要條件是（ ） A.摩擦力 B.重力 C.肌力 D.支撐反作用力 2.運(yùn)動物體的質(zhì)量和速度的乘積稱為（ ） A.動量 B.沖量 C.動能 D.勢能 3.人體站立姿勢平衡（ ） A.上支撐平衡 B.混合支撐平衡 C.上下支撐平衡 D.下支撐平衡 4.簡述人體平衡與穩(wěn)定的特點(diǎn)有哪些？ 5.簡述影響人體下支撐平衡穩(wěn)定性的因素，以及評價(jià)其穩(wěn)定性的方法？,回顧,64,2、人體

21、下支撐穩(wěn)定性的評價(jià)指標(biāo) （1）穩(wěn)定角：穩(wěn)定角是指重力作用線和重心至支撐面邊緣相應(yīng)點(diǎn)的連線間的夾角。,重心高度相同，支撐面越大，穩(wěn)定角越大；支撐面相同，重心越高，穩(wěn)定角越小。穩(wěn)定角越大，物體的穩(wěn)定度越大，,65,66,（2）穩(wěn)定系數(shù)： 穩(wěn)定系數(shù)是指穩(wěn)定力矩與傾倒力矩之比值。穩(wěn)定系數(shù)表明物體依靠重力抵抗平衡受破壞的能力。 穩(wěn)定系數(shù)大于1時，物體能抵抗外來翻倒力矩，平衡不被破壞；穩(wěn)定系數(shù)小于1時，物體抵抗不住外來的翻倒力矩，平衡將遭到破壞，即物體會翻倒。,67,F,h,G,r,穩(wěn)定系數(shù)的計(jì)算,68,結(jié)論： K1，K1時，物體本身重力產(chǎn)生的恢復(fù)力矩足以對抗傾倒， 當(dāng)K1時，物體恢復(fù)力矩對抗不了傾倒力矩

22、，物體傾倒，平衡破壞。 所以，物體越重，其穩(wěn)定力矩越大，抗傾倒的能力越強(qiáng)。,69,人體不能絕對靜止：人體的呼吸、循環(huán)運(yùn)動使得人體重心不是定點(diǎn)。另一方面人體肌張力任何時候不能恒定。 人體形狀可變：由于人體支撐面邊緣均為軟組織，有效支撐面面積要小于“理論”支撐面的面積。 人體自身的姿勢自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)：人體有翻倒趨勢時，依靠反射性地改變身體姿勢，可以保持原有平衡。,三、人體平衡與穩(wěn)定的特點(diǎn),70,人體保持平衡穩(wěn)定的補(bǔ)償動作,71,人體的補(bǔ)償作用,達(dá)瓦孜,72,人體內(nèi)力起重要作用：內(nèi)力可以通過對外界環(huán)境（人體或物體）的主動作用，從而影響人體的平衡。 心理因素的影響：緊張心理反應(yīng)對人體平衡穩(wěn)定性的影響最為

23、明顯。 感覺系統(tǒng)在保持人體平衡中的作用：視覺、位覺與本體感覺等感覺系統(tǒng)起著重要作用。,人體各個環(huán)節(jié)的運(yùn)動都是圍繞關(guān)節(jié)軸的轉(zhuǎn)動,走、跑、跳等動作是通過關(guān)節(jié)的轉(zhuǎn)動來實(shí)現(xiàn)的。所以，轉(zhuǎn)動是人體運(yùn)動的基礎(chǔ)。在康復(fù)醫(yī)學(xué)中所講的關(guān)節(jié)活動度的測定和訓(xùn)練，都是指肢體圍繞關(guān)節(jié)軸所進(jìn)行的轉(zhuǎn)動。,第四節(jié) 人體運(yùn)動的轉(zhuǎn)動力學(xué),轉(zhuǎn)動軸,剛體轉(zhuǎn)動時，剛體上的各點(diǎn)都做圓周運(yùn)動形成大小不等的同心圓，各圓的中心都位于同一條直線上，這條直線叫做轉(zhuǎn)動軸。 實(shí)體軸：人體圍繞固定在地面上的運(yùn)動器械轉(zhuǎn)動使，器械就是人體的轉(zhuǎn)動軸。 非實(shí)體軸：人體局部肢體或整體轉(zhuǎn)動時所圍繞的是位于人體內(nèi)部的某特定的直線,花式單杠,63歲老人單杠30秒轉(zhuǎn)30圈

24、,一、轉(zhuǎn)動運(yùn)動學(xué),1.角速度 人體/肢體在單位時間內(nèi)轉(zhuǎn)過的角度叫角速度。它是矢量，其方向與角位移方向相同。采用等速訓(xùn)練器進(jìn)行患者的等速肌力訓(xùn)練時， “等速”是指肢體圍繞關(guān)節(jié)軸轉(zhuǎn)動時的角速度是相等的。 2.線速度 是質(zhì)點(diǎn)圍繞一點(diǎn)轉(zhuǎn)動或者人體圍繞某個軸轉(zhuǎn)動時，質(zhì)點(diǎn)或者人體上各點(diǎn)的瞬時速度。它具體描述轉(zhuǎn)動的人體或器械上各個點(diǎn)轉(zhuǎn)動的快慢。 3.角加速度 指單位時間內(nèi)角速度的變化量。它也是矢量。在描述勻變速運(yùn)動時，其特點(diǎn)是角加速度恒定。 4.角位移 人體整體或環(huán)節(jié)圍繞某個軸轉(zhuǎn)動時轉(zhuǎn)過的角度叫角位移。,二、轉(zhuǎn)動動力學(xué),人體的轉(zhuǎn)動包括肢體在肌力的作用下牽引骨圍繞關(guān)節(jié)軸的轉(zhuǎn)動和人體整體的轉(zhuǎn)動。 人體轉(zhuǎn)動的力學(xué)

25、條件是作用在人體上的外力對某一轉(zhuǎn)軸的力矩的矢量和不為零即合外力矩不為零,肢體繞關(guān)節(jié)軸轉(zhuǎn)動的條件是阻力矩與肌力矩之和不為零。對多軸關(guān)節(jié)的轉(zhuǎn)動，要對每個軸做力矩的合成，正確判定阻力和肌力對于相應(yīng)軸的力矩。如上臂作肩關(guān)節(jié)的屈伸時，其阻力與肌力對額狀軸產(chǎn)生力矩，而上臂作肩關(guān)節(jié)的內(nèi)收外展時，其阻力與肌力對矢狀軸產(chǎn)生力矩。,（一）轉(zhuǎn)動定律,物體的轉(zhuǎn)動慣量是物體轉(zhuǎn)動慣性的大小。由于人體的質(zhì)量分布不均勻，其轉(zhuǎn)動慣量的計(jì)算很困難。通常采用人體力學(xué)模型，將人體簡化成16個剛體，通過鉸鏈聯(lián)結(jié)形成剛體系統(tǒng)，然后分別計(jì)算各個剛體的轉(zhuǎn)動慣量。,環(huán)節(jié)的轉(zhuǎn)動慣量（I）,I = m * r2 （環(huán)節(jié)中質(zhì)點(diǎn)的質(zhì)量）（質(zhì)點(diǎn)到轉(zhuǎn)軸的

26、垂直距離的平方） 人體運(yùn)動時，隨著姿勢的變化轉(zhuǎn)動慣量也會發(fā)生變化，因此對一種姿勢算出的轉(zhuǎn)動慣量只是說明一瞬間的情況。這種可變性可以使人根據(jù)訓(xùn)練目的，調(diào)節(jié)姿勢以改變轉(zhuǎn)動慣量，達(dá)到自我控制的目的。,轉(zhuǎn)動定律,轉(zhuǎn)動定律：剛體繞固定軸轉(zhuǎn)動時，轉(zhuǎn)動慣量與角加速度的積等于作用在剛體上的合外力矩。 M = I * a （轉(zhuǎn)動慣量） （角速度）,（二）動量矩定理,假定轉(zhuǎn)動慣量為I的剛體在外力矩M的作用下，經(jīng)過了時間t，轉(zhuǎn)動角速度從1變成2，則這個過程中角速度變化量為2- 1.角加速度a=（ 2- 1）/ t. M = I * a=I* （ 2- 1）/ t M* t= I* （ 2- 1） 沖量矩= 動量矩,

27、（二）動量矩定理,M* t= I* （ 2- 1） 沖量矩是力矩和時間的乘積，表示外力矩對轉(zhuǎn)動物體作用于時間上的累積效用。 轉(zhuǎn)動慣量與轉(zhuǎn)動的角速度的乘積，叫動量矩。反映了剛體的轉(zhuǎn)動狀態(tài)。 不同時刻剛體動量矩的變化是外力引起沖量矩的作用結(jié)果。外力矩越大，作用時間越長，剛體轉(zhuǎn)動狀態(tài)變化越大。,（三）肢體的轉(zhuǎn)動作用,人的肢體在運(yùn)動時，大多是圍繞關(guān)節(jié)軸的轉(zhuǎn)動。當(dāng)肌力矩大于阻力矩時，肢體向肌拉力的方向轉(zhuǎn)動；當(dāng)阻力矩大于肌力矩時，肢體向阻力方向轉(zhuǎn)動；當(dāng)肌力矩等于阻力矩時，肢體平衡，肌肉作靜態(tài)的等長收縮。,三、轉(zhuǎn)動定律的應(yīng)用,為了增加肢體的轉(zhuǎn)動角速度，訓(xùn)練關(guān)節(jié)的活動度和靈活程度，可以增大肌力矩，主要通過增強(qiáng)

28、肌力來實(shí)現(xiàn)。另一方面，當(dāng)肌力矩一定時，減小轉(zhuǎn)動慣量也可提高轉(zhuǎn)動的角速度或角加速度?？梢栽谕瓿蓜幼鲿r，盡量使肢體靠近關(guān)節(jié)軸，從而加大肢體的轉(zhuǎn)動速度。 例如跑步時的擺臂擺腿動作，可以采用屈肘擺臂，從而減小上肢的轉(zhuǎn)動慣量；小腿后擺時，盡量靠近大腿做折疊動作，減小下肢圍繞髖關(guān)節(jié)的轉(zhuǎn)動慣量，以便提高擺動的角速度。,M = I * a I=mr2,第五節(jié) 骨與關(guān)節(jié)生物力學(xué),骨是以骨組織為主體的器官 有新陳代謝和生長發(fā)育的特點(diǎn) 很強(qiáng)的修復(fù)和再生能力 支持、保護(hù)、杠桿、造血、儲備鈣磷等,人體共有206塊骨,其功能是對人體起支持、運(yùn)動和保護(hù)的作用. 骨的外部形態(tài)和內(nèi)部結(jié)構(gòu)不論是從解剖學(xué)還是生物力學(xué)的角度來看,都

29、是十分復(fù)雜的.這種復(fù)雜性是由骨的功能適應(yīng)性所決定的.骨的功能適應(yīng)性,是指對所擔(dān)負(fù)工作的適應(yīng)能力.,一、骨的概述,從力學(xué)觀點(diǎn)來看,骨是理想的等強(qiáng)度優(yōu)化結(jié)構(gòu).它不僅在一些不變的外力環(huán)境下能表現(xiàn)出承受負(fù)荷（力）的優(yōu)越性,而且在外力條件發(fā)生變化時,能通過內(nèi)部調(diào)整,以有利的新的結(jié)構(gòu)的形式來適應(yīng)新的外部環(huán)境.越是深入了解人體骨的特性,就越是為其優(yōu)良的受力結(jié)構(gòu)感到驚嘆.制造出這種“智能”型的材料和結(jié)構(gòu),一直是科學(xué)工作者孜孜以求的目標(biāo).,人體骨骼,顱 骨,軀干骨,上肢骨,下肢骨,四肢骨,29,51,126,骨的分類,1.按照部位？ 顱骨、軀干骨、四肢骨 2.根據(jù)發(fā)生？ 膜化骨、軟骨化骨（有的二者共同組成，稱為

30、復(fù)合骨，如枕骨） 3.按照形態(tài)特點(diǎn)？ 長骨、短骨、扁骨、不規(guī)則骨,骨的分類- 按形態(tài),長骨： 長管狀，分骨體和骨骺； 主要分布在四肢， 起杠桿和支撐作用,骨的分類,短骨： 形似立方體，在腕和踝 處成群分布，使手、足 的運(yùn)動靈活、分散壓力,骨的分類：,扁骨： 呈板狀，分布在顱、肩胛骨 等處，參與構(gòu)成體腔； 保護(hù)臟器、提供肌肉附著點(diǎn),骨的分類：,不規(guī)則骨： 形狀不規(guī)則，分布在軀干、 顱、髖骨等處； 還包括內(nèi)含空腔的含氣骨,二、骨的結(jié)構(gòu)：,骨膜-骨外膜由纖維結(jié)締組織構(gòu)成，含有豐富 的神經(jīng)、血管和成骨、破骨細(xì)胞；襯在髓 腔內(nèi)面和松質(zhì)間隙內(nèi)的膜稱骨內(nèi)膜，也含 有成骨細(xì)胞和破骨細(xì)胞。 骨質(zhì)-由骨組織構(gòu)成，

31、分骨密質(zhì)和骨松質(zhì) 骨髓-充填于骨髓腔和松質(zhì)間隙內(nèi)，胎兒和幼 兒的骨髓有造血功能，稱紅骨髓；5歲以 后的長骨骨干內(nèi)漸被黃骨髓替代；,骨膜,骨外膜：外層厚而致密，有穿通纖維固定膜和韌帶；內(nèi)層薄而疏松，含骨祖細(xì)胞、成骨細(xì)胞及小血管、神經(jīng)。 骨內(nèi)膜：骨髓腔面、骨小梁表面、中央管及穿通管內(nèi)表面的薄層結(jié)締組織。扁平狀骨祖細(xì)胞常排成一層，能分裂分化為成骨細(xì)胞 ，有利于骨生長、改建。 功能：對骨組織具營養(yǎng)、保護(hù)、生長、改建及骨折后修復(fù)等作用。,骨質(zhì)/骨板 骨基質(zhì)基本結(jié)構(gòu)形式呈板層狀，同一骨板內(nèi)的纖維相互平行，相鄰骨板的纖維則相互垂直，骨鹽沉積、結(jié)合在膠原原纖維間。分骨密質(zhì)和骨松質(zhì)。 骨密質(zhì)分布于長骨骨干和骨髓

32、的外側(cè)份。,外環(huán)骨板：較厚，約有10-40層，較整齊，環(huán)繞骨干排列。 內(nèi)環(huán)骨板 ：較薄，僅數(shù)層，排列不規(guī)則。 內(nèi)、外環(huán)骨板均有橫向穿越的小管-穿通管，其與縱行排列的骨單位中央管相通連，它們都是小血管、神經(jīng)及骨膜成分的通道，并含有組織液。,骨單位（哈佛系統(tǒng) ）P22,位于內(nèi)、外環(huán)骨板之間，是長骨干起支持作用的主要結(jié)構(gòu)單位。 中軸：中央管(哈佛氏管 )，內(nèi)含 神經(jīng)。 中間：由1020層同心圓排列的骨 板圍成的長筒狀結(jié)構(gòu),內(nèi)有突起 相互連接的骨細(xì)胞。,骨骺（骨松質(zhì)）,分布于長骨骨骺和骨干的內(nèi)側(cè)份，為大量針狀或片狀骨小梁相互連接而成的多孔隙網(wǎng)架結(jié)構(gòu)。骨小梁排列方向組成張力和壓力曲線。網(wǎng)孔中充滿骨髓。,

33、骨組織的構(gòu)成,骨組織包括細(xì)胞和骨基質(zhì) 位于骨基質(zhì)內(nèi)面的骨細(xì)胞量多 位于骨組織表面的有骨祖細(xì)胞、成骨細(xì)胞、破骨細(xì)胞 骨基質(zhì)為鈣化的細(xì)胞外基質(zhì),骨的圖片,骨的圖片,骨的圖片,107,第五節(jié) 骨、關(guān)節(jié)生物力學(xué),（一）骨受載荷形式,二、骨的生物力學(xué)性質(zhì),拉伸載荷 壓縮載荷 彎曲載荷 剪切載荷 扭轉(zhuǎn)載荷 復(fù)合載荷,骨骼系統(tǒng)是人體的支架，在完成活動時，承受著來自于自身及外界的各種形式的載荷作用。根據(jù)力和力矩由不同方向作用于骨,108,骨的應(yīng)力是指骨結(jié)構(gòu)受到外來載荷時其表面單位面積所受到的力。骨的應(yīng)變是指骨在外力作用下的局部形變，包括線性應(yīng)變和剪切應(yīng)變。,（二）骨的應(yīng)力與應(yīng)變曲線,109,應(yīng)力較小時，在一定

34、的范圍內(nèi)，應(yīng)力與應(yīng)變之間存在著一個線性關(guān)系，應(yīng)力-應(yīng)變曲線為直線，即應(yīng)力與應(yīng)變成正比關(guān)系，稱為彈性區(qū)。去除外部載荷移后，材料將恢復(fù)到原來的形狀，即不會造成永久形變。 載荷持續(xù)增加時，骨最外層某些部位就會發(fā)生屈服，即彈性區(qū)末端點(diǎn)稱為屈服點(diǎn)。屈服點(diǎn)以后的曲線則變成了非線性，骨將產(chǎn)生永久變形，稱為塑性區(qū)。 載荷持續(xù)增加，骨組織的結(jié)構(gòu)體將在某個部位失效（骨折，圖中C點(diǎn)為斷裂點(diǎn)），對應(yīng)的應(yīng)力稱為極限應(yīng)力（C）。,110,在應(yīng)力-應(yīng)變曲線圖中的彈性區(qū)，材料的應(yīng)力與應(yīng)變之間存在著一定的關(guān)系，即應(yīng)力/應(yīng)變是常數(shù)，此常數(shù)為材料的彈性模量或楊氏模量，其大小等于這段直線的斜率。彈性模量或楊氏模量大小表示了材料抵抗變

35、形的能力，稱為剛度。,111,達(dá)到極限應(yīng)力時的應(yīng)力-應(yīng)變曲線下面的面積表示導(dǎo)致骨折所需要的能量。一般骨在生理負(fù)荷范圍內(nèi)，骨產(chǎn)生彈性變形，當(dāng)外力去除后，彈性區(qū)內(nèi)的能量能同時被骨釋放，使骨恢復(fù)原狀。但當(dāng)骨不斷受到外力作用時，其應(yīng)變能量不能被及時完全釋放，經(jīng)積累后可能會損壞材料的結(jié)構(gòu)。,成人皮質(zhì)骨的極限應(yīng)力在壓縮、拉伸和剪切旗荷時是不同的.皮質(zhì)骨所能承受的壓應(yīng)力大于拉應(yīng)力,所能承受的拉應(yīng)力又大于剪應(yīng)力.,113,骨的生長是破壞和重建兩個過程對立統(tǒng)一的結(jié)果。骨的塑形與重建是通過適應(yīng)力的作用，這種適應(yīng)性是按沃爾夫（Wolff）定律進(jìn)行的。 適宜的載荷對骨有積極的影響，但過載、過用或過度沖擊性載荷可引起骨

36、損傷甚至骨折發(fā)生。,（三）機(jī)械應(yīng)力對骨生長的影響,114,運(yùn)動中，骨會反復(fù)受力，超過某一生理限度時使骨組織受到損傷，造成骨的損傷為疲勞性損傷。 在持續(xù)性緊張的骨骼肌運(yùn)動中，首先引起骨骼肌疲勞，收縮能力降低，其結(jié)果是抵消作用于骨上的應(yīng)力的能力也減弱，導(dǎo)致對骨的作用力過大，骨結(jié)構(gòu)在反復(fù)的應(yīng)力刺激下導(dǎo)致結(jié)構(gòu)的改變而發(fā)生骨折。,（四）骨疲勞,115,疲勞性骨折的發(fā)生過程示意圖,116,骨的力學(xué)性質(zhì)還受到以下因素的影響。 骨的大小和形狀 骨折愈合：當(dāng)骨折愈合開始時，骨痂在骨折處周圍形成套狀以穩(wěn)定骨折區(qū)。骨痂使截面積顯著增加，從而增加骨骼的強(qiáng)度和剛度。 手術(shù)因素：有些外科手術(shù)造成骨缺損而使其力學(xué)性能明顯減

37、弱。 衰老與骨質(zhì)疏松：骨組織總量的減少和骨體積的輕度減少。,（五）影響骨力學(xué)性能的其他因素,117,人類三種類型的杠桿,（六）骨的杠桿功能,杠桿的分類,Title,第2類杠桿：又稱省力杠桿,第1類杠桿： 又稱平衡杠桿,第3類杠桿： 又稱速度杠桿,阻力點(diǎn)在支點(diǎn)和動力點(diǎn)之間的杠桿。,阻力點(diǎn) 在支點(diǎn)和動力點(diǎn)之間的杠桿,動力點(diǎn)在支點(diǎn)與阻力點(diǎn)之間的杠桿，又稱為 費(fèi)力杠桿,杠桿原理在康復(fù)醫(yī)學(xué)中的作用,省力： 要用較小的力去克服較大阻力，就要縮短阻力臂或延長力臂。 獲得速度： 許多動作不要求省力，而要求獲得較大的運(yùn)動速度和幅度。 防止損傷： 從上述杠桿原理可知第3類杠桿不利于負(fù)重和載荷，而人體肌肉杠桿又大都

38、屬于第3類杠桿，因而可以理解阻力過大容易引起運(yùn)動杠桿各環(huán)節(jié)的損傷，特別是其力點(diǎn)和支點(diǎn)，即肌腱系統(tǒng)和肌肉止點(diǎn)以及關(guān)節(jié)的損傷。,三、關(guān)節(jié)的生物力學(xué),關(guān)節(jié)的結(jié)構(gòu) 骨連接有直接連接和間接連接。 關(guān)節(jié)面及關(guān)節(jié)軟 基本結(jié)構(gòu) 關(guān)節(jié)囊 關(guān)節(jié)腔 韌帶 關(guān)節(jié)內(nèi)軟骨 輔助結(jié)構(gòu) 關(guān)節(jié)唇 滑膜囊 滑膜襞,關(guān)節(jié)的基本功能,關(guān)節(jié)的基本功能是傳遞人體運(yùn)動的力和保證身體各部分間的靈活運(yùn)動.明確力在各種關(guān)節(jié)中的傳遞方式以及關(guān)節(jié)的運(yùn)動特點(diǎn)是關(guān)節(jié)生物力學(xué)的主要目標(biāo).人體關(guān)節(jié)最奇妙之處在于它是一個集自如的快速和慢速運(yùn)動,承受高載荷和低載荷于一體,可正常運(yùn)行數(shù)十年的既靈活又穩(wěn)固的結(jié)構(gòu).在現(xiàn)今的科學(xué)技術(shù)水平上,人體關(guān)節(jié)在承受不同載荷下作不同的運(yùn)動被認(rèn)為分屬于不同的運(yùn)行機(jī)制,目前還無法模擬.,1. 關(guān)節(jié)的分型,按關(guān)節(jié)面的形態(tài)、運(yùn)動軸數(shù) 分類如下： 屈戍關(guān)節(jié)（滑車關(guān)節(jié)） 單軸關(guān)節(jié) 車軸關(guān)節(jié) 根據(jù)關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)分為 橢圓關(guān)節(jié) 雙軸關(guān)節(jié) 單關(guān)節(jié) 鞍狀關(guān)節(jié) 球窩關(guān)節(jié) 復(fù)關(guān)節(jié) 多軸關(guān)節(jié) 平面關(guān)節(jié) 聯(lián)合關(guān)節(jié),2. 關(guān)節(jié)的活動