人體平衡生物力學(xué)

1、人體平衡生物力學(xué)第1頁，共11頁，2022年，5月20日，9點(diǎn)46分，星期日第四章人體平衡的生物力學(xué)分析 第一節(jié) 人體平衡動(dòng)作的力學(xué)原理一、基本概念(二)力的可傳性原理 力可沿其作用線任意移動(dòng)，而不改變其對(duì)物體的效應(yīng)。這一性質(zhì)稱為力的可傳性。 如上圖（1），球的重力G作用點(diǎn)在球心O點(diǎn)，地面對(duì)球的支撐反作用力N作用點(diǎn)在球與地面的接觸處A點(diǎn)，但N作用線的延長(zhǎng)線也通過球心O點(diǎn)。如果在O點(diǎn)加上一對(duì)平衡力和，它們對(duì)物體沒有什么影響，現(xiàn)使三力大小相等，則N和的大小相等，方向相反且共線，即可作為一對(duì)平衡力而取消，則只剩下O點(diǎn)的力和G，這就將A點(diǎn)的力沿其作用線移動(dòng)到了球心O點(diǎn)，這一性質(zhì)就稱為力的可傳性。這樣我

2、們可把圖（1）和圖（2）的力都沿其作用線移到球心上。 圖(1)圖(2)第2頁，共11頁，2022年，5月20日，9點(diǎn)46分，星期日第四章人體平衡的生物力學(xué)分析 第一節(jié) 人體平衡動(dòng)作的力學(xué)原理一、基本概念(二)力的可傳性原理 第3頁，共11頁，2022年，5月20日，9點(diǎn)46分，星期日第四章人體平衡的生物力學(xué)分析 第一節(jié) 人體平衡動(dòng)作的力學(xué)原理一、基本概念(三)力矩、力偶和力偶矩 (1) 力矩的概念： 力矩亦稱“轉(zhuǎn)矩”（力對(duì)點(diǎn)之矩）。表示力對(duì)物體作用時(shí)產(chǎn)生轉(zhuǎn)動(dòng)效果的物理量。物體受力繞某點(diǎn)或定軸轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，力的轉(zhuǎn)動(dòng)效果除了取決于力的大小和方向外，還取決于所繞定點(diǎn)或定軸到力的作用線的距離。 ZZ圖(3)

3、圖(4)第4頁，共11頁，2022年，5月20日，9點(diǎn)46分，星期日第四章人體平衡的生物力學(xué)分析 第一節(jié) 人體平衡動(dòng)作的力學(xué)原理一、基本概念(三)力矩、力偶和力偶矩 (1) 力矩的概念： 如圖（3）所示力F在垂直轉(zhuǎn)軸OZ平面內(nèi)，O是平面內(nèi)的任一點(diǎn)，d是O點(diǎn)至力F作用線的垂直距離（稱為力臂），則F對(duì)于O點(diǎn)的力矩是F與d的乘積，以符號(hào)M表示。則有MF.d 如圖（4）所示力F不在垂直轉(zhuǎn)軸OZ平面內(nèi)，這時(shí)可把力F分解為與轉(zhuǎn)軸平行的力F1，及垂直轉(zhuǎn)軸平面內(nèi)的分力F2。F2與轉(zhuǎn)軸的垂直距離為d，使物體產(chǎn)生轉(zhuǎn)動(dòng)的力矩為F2d。實(shí)踐證明，只有與軸既不平行，也不相交的力才能使物體轉(zhuǎn)動(dòng)，而且起作用僅是該力在垂直轉(zhuǎn)

4、軸OZ平面內(nèi)的分力。 根據(jù)力矩的定義可知力矩的大小和方向取決于力的大小和其相對(duì)于轉(zhuǎn)軸的位置。力矩的單位是牛頓米。 第5頁，共11頁，2022年，5月20日，9點(diǎn)46分，星期日第四章人體平衡的生物力學(xué)分析 第一節(jié) 人體平衡動(dòng)作的力學(xué)原理一、基本概念(三)力矩、力偶和力偶矩 (2)力偶和力偶矩的概念 通常我們把兩個(gè)大小相等、方向相反、作用線互相平行但不重合的兩個(gè)力(F及F)作用在物體上，使物體發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng).，這一對(duì)力稱為力偶。它們是反向平行力的一種特殊情況，不能求得它們的合力。力偶作用在剛體上，能改變剛體的轉(zhuǎn)動(dòng)狀態(tài)。例如圖4-6，汽車司機(jī)用雙手轉(zhuǎn)動(dòng)方向盤所施的力就是一個(gè)力偶 。 力偶矩：力與力偶臂的乘

5、積稱為力偶矩。力偶的轉(zhuǎn)動(dòng)效應(yīng)決定于力偶矩，力偶中一個(gè)力的大小F乘以兩個(gè)力作用線之間的垂直距離d，即Fd。使物體產(chǎn)生逆時(shí)針方向轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)力偶矩取正值；反之為負(fù)值。通常力偶矩用符號(hào)M表示：MFd。 第6頁，共11頁，2022年，5月20日，9點(diǎn)46分，星期日第四章人體平衡的生物力學(xué)分析 第一節(jié) 人體平衡動(dòng)作的力學(xué)原理一、基本概念(四)力的平移定理 在分析運(yùn)動(dòng)時(shí)，往往需要了解力對(duì)整個(gè)人體的作用情況，通常把力平移到重心上加以分析。當(dāng)力的作用線或其延長(zhǎng)線通過重心時(shí)，根據(jù)力的可傳性可直接移動(dòng)到重心上，但如果力的作用線或其延長(zhǎng)線不通過重心時(shí)，要直接把該力平移到重心上，是否會(huì)改變力對(duì)身體的作用效果呢？現(xiàn)在我們來看

6、下面的問題：如圖（5）和圖（6）所示：如果力F通過剛體中心B點(diǎn)（圖（5），剛體可產(chǎn)生移動(dòng)，若將F平移到C點(diǎn)（圖（6），則剛體除了產(chǎn)生平動(dòng)外還要轉(zhuǎn)動(dòng)，顯然力F平移后與原來作用不等效，那么如何才能等效呢？第7頁，共11頁，2022年，5月20日，9點(diǎn)46分，星期日第四章人體平衡的生物力學(xué)分析 第一節(jié) 人體平衡動(dòng)作的力學(xué)原理一、基本概念(四)力的平移定理 如圖4-7： 設(shè)有力F作用于A點(diǎn)，現(xiàn)任取一點(diǎn)B并在B點(diǎn)加反向的兩個(gè)力和，使其大小均等于F，作用線與F平行。由于和是一平衡力系，故F、 的作用與F單獨(dú)作用等效。但F與可視為一力偶，因此作用于A點(diǎn)的力F可用作用于B點(diǎn)的力和力偶矩MFd來代替。 第8頁，

7、共11頁，2022年，5月20日，9點(diǎn)46分，星期日第四章人體平衡的生物力學(xué)分析 第一節(jié) 人體平衡動(dòng)作的力學(xué)原理一、基本概念(五)受力分析 為了清楚地表示研究對(duì)象的受力情況，就有必要把所研究的對(duì)象從周圍的物體中分離出來。即將研究對(duì)象單獨(dú)畫出，并表示出周圍物體作用于它的全部外力，這樣的圖稱為受力圖。在畫受力圖時(shí)，要注意除重力以外，只考慮與研究對(duì)象相接觸的物體對(duì)于它的作用力，不要漏畫力，也不能任意添加力。例如：靜止在桌面上的小球只受重力和桌面對(duì)它的支撐反作用力的作用第9頁，共11頁，2022年，5月20日，9點(diǎn)46分，星期日第四章人體平衡的生物力學(xué)分析 第一節(jié) 人體平衡動(dòng)作的力學(xué)原理舉例例：如圖，某人手持鉛球水平平衡，已知鉛球重G，前臂與手共重W，肱二頭肌的肌拉力角為a，還已知如圖所示的d,b,c的距離，求肱二頭肌的肌拉力F和肘關(guān)節(jié)處的約束反力Nx和Ny。第10頁，共11頁，2022年，5月20日，9點(diǎn)46分，星期日第四章人體平衡的生物力學(xué)分析 第一節(jié) 人體平衡動(dòng)作的力學(xué)原理三、力系