《運(yùn)動(dòng)康復(fù)生物力學(xué)》第二章：人體平衡課件

人體平衡BodyBalance中醫(yī)工程教研室《運(yùn)動(dòng)康復(fù)生物力學(xué)》第二章：人體平衡FundamentalsofbiomechanicsDuaneV.Knudson2003IntroductiontoSportsBiomechanics:AnalysingHumanMovementPatternsRogerBartlett2007《運(yùn)動(dòng)康復(fù)生物力學(xué)》第二章：人體平衡Biomechanicsinsport:performanceenhancementandinjurypreventionVladimirM.Zatsiorsky,IOCMedicalCommission,InternationalFederationofSportsMedicine2000Appliedanatomyandbiomechanicsinsport

ByTimothyR.Ackland,BruceElliott,JohnBloomfield2009《運(yùn)動(dòng)康復(fù)生物力學(xué)》第二章：人體平衡運(yùn)動(dòng)康復(fù)生物力學(xué)錢竟光，宋雅偉等編著人民體育出版社2008運(yùn)動(dòng)生物力學(xué)張昌亨主編武漢體育學(xué)院出版社1996《運(yùn)動(dòng)康復(fù)生物力學(xué)》第二章：人體平衡一、力學(xué)基礎(chǔ)理論運(yùn)動(dòng)學(xué)特征：物體的運(yùn)動(dòng)在空間與時(shí)間等方面表現(xiàn)出的差異特征

（運(yùn)動(dòng)軌跡、路程、角度、位移、動(dòng)作的先后次序與持續(xù)時(shí)間等）以經(jīng)典牛頓力學(xué)理論為基礎(chǔ)研究時(shí)把人體及器械看作是質(zhì)點(diǎn)、剛體或剛體系統(tǒng)處理質(zhì)點(diǎn)：具有一定質(zhì)量忽略其大小、形狀的幾何點(diǎn)剛體：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《運(yùn)動(dòng)康復(fù)生物力學(xué)》第二章：人體平衡一、力學(xué)基礎(chǔ)理論位置矢量（空間矢量）

軌跡

路程與位移《運(yùn)動(dòng)康復(fù)生物力學(xué)》第二章：人體平衡一、力學(xué)基礎(chǔ)理論速率、速度、即時(shí)速度（瞬時(shí)速度）、加速度

1.運(yùn)動(dòng)康復(fù)中常常關(guān)心實(shí)際通過(guò)的距離，而不關(guān)心位移

2.加速度是重要的康復(fù)指標(biāo)，如步態(tài)訓(xùn)練中腳的離地時(shí)間特征參數(shù)運(yùn)動(dòng)何時(shí)開始和結(jié)束持續(xù)時(shí)間運(yùn)動(dòng)頻率運(yùn)動(dòng)的時(shí)間結(jié)構(gòu)（節(jié)律）運(yùn)動(dòng)形式直線運(yùn)動(dòng)曲線運(yùn)動(dòng)平動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)復(fù)合運(yùn)動(dòng)《運(yùn)動(dòng)康復(fù)生物力學(xué)》第二章：人體平衡一、力學(xué)基礎(chǔ)理論力的概念力是物體間的相互作用，力的作用離不開物體內(nèi)效應(yīng)外效應(yīng)力的三要素：大小、方向、作用點(diǎn)《運(yùn)動(dòng)康復(fù)生物力學(xué)》第二章：人體平衡一、力學(xué)基礎(chǔ)理論

作用于剛體上的兩個(gè)力，使剛體平衡的必要與充分條件是：這兩個(gè)力大小相等、方向相反、沿同一條直線。AB

可傳性原理：作用于剛體上的力，可沿其作用線移到剛體上任意點(diǎn)而不改變?cè)摿?duì)剛體的外效應(yīng)二力平衡AAB《運(yùn)動(dòng)康復(fù)生物力學(xué)》第二章：人體平衡一、力學(xué)基礎(chǔ)理論三力平衡匯交定理

當(dāng)剛體受三個(gè)力作用而平衡時(shí)，若其中任何兩力的作用線相交于一點(diǎn)，則其余一力的作用線亦必交于同一點(diǎn)，且三力的作用線在同一平面內(nèi)。

說(shuō)明不平行三力平衡的必要條件。即：三力平衡必匯交。三力匯交不一定平衡?！哆\(yùn)動(dòng)康復(fù)生物力學(xué)》第二章：人體平衡一、力學(xué)基礎(chǔ)理論力系的概念作用于一個(gè)物體上的一群力稱為力系如果某個(gè)力系作用在物體上，而使物體處于平衡狀態(tài)，則這個(gè)力系稱為平衡力系如果作用于物體上的力系可以用另外一個(gè)力系代替，而它對(duì)物體作用的效應(yīng)相同，則稱這兩個(gè)力系彼此等效。如果一個(gè)力和一個(gè)力系等效，則這個(gè)力稱為這個(gè)力系的合力《運(yùn)動(dòng)康復(fù)生物力學(xué)》第二章：人體平衡一、力學(xué)基礎(chǔ)理論力系的簡(jiǎn)化1.力的平行四邊形法則

αRФ1Ф2

2.多邊形法則《運(yùn)動(dòng)康復(fù)生物力學(xué)》第二章：人體平衡3.力矩和力偶力矩：從給定點(diǎn)到力作用線任意點(diǎn)的向徑和力本身的矢積M=L×F（公式）力偶：大小相等、方向相反、作用線不在同一直線上的一對(duì)力力偶性質(zhì)：1.力偶無(wú)合力；2.只要保持力偶距不變，可相應(yīng)改變力及力臂大小，其作用效應(yīng)不變；3.力偶對(duì)物體的作用與矩心無(wú)關(guān)。一、力學(xué)基礎(chǔ)理論力系的簡(jiǎn)化《運(yùn)動(dòng)康復(fù)生物力學(xué)》第二章：人體平衡一、力學(xué)基礎(chǔ)理論力系的分類力系平面力系空間力系（根據(jù)力系中各力的作用線是否在同一平面）平面力系匯交力系平行力系一般力系（根據(jù)力系中各力線是否相交）匯交力系A(chǔ)F2F1F4F3FR平行力系F1F2F3F4F5A《運(yùn)動(dòng)康復(fù)生物力學(xué)》第二章：人體平衡一、力學(xué)基礎(chǔ)理論力系的平衡

平面任意力系的一般簡(jiǎn)化結(jié)果為一個(gè)主矢FR’和一個(gè)主矩M’

。當(dāng)物體平衡時(shí)，主矢和主矩必須同時(shí)為零。由主矢FR’

=0，即：得：由主矩M’=0，得：《運(yùn)動(dòng)康復(fù)生物力學(xué)》第二章：人體平衡一、力學(xué)基礎(chǔ)理論作用與反作用定律

兩物體間相互作用的作用力和反作用力總是同時(shí)存在，大小相等，方向相反，沿同一直線，分別作用在這兩個(gè)物體上。F1F2

《運(yùn)動(dòng)康復(fù)生物力學(xué)》第二章：人體平衡一、力學(xué)基礎(chǔ)理論約束和約束反力自由體——可以在空間作任意運(yùn)動(dòng)的物體。非自由體——由于受到周圍物體的限制（或阻礙）而不能作任意運(yùn)動(dòng)的物體。約束——事先對(duì)物體的運(yùn)動(dòng)所加的限制條件。約束反力——約束作用于非自由體的力。（簡(jiǎn)稱：約束力或反力）除約束力外，非自由體上所受到的所有促使物體運(yùn)動(dòng)或有運(yùn)動(dòng)趨的力，稱為主動(dòng)力（重力、肌力、電磁力）。約束力是由主動(dòng)力引起的，故它是一種被動(dòng)力。《運(yùn)動(dòng)康復(fù)生物力學(xué)》第二章：人體平衡二、人體或人體局部受力分析人體或人體局部受力分析相關(guān)概念

解決力學(xué)問(wèn)題時(shí)，首先要選定需要進(jìn)行研究的物體，即確定研究對(duì)象；然后考查和分析它的受力情況，這個(gè)過(guò)程稱為進(jìn)行受力分析。

1.分離體——把研究對(duì)象解除約束，從周圍物體中分離出來(lái)，畫出簡(jiǎn)圖。

2.受力分析圖——將分離體所受的主動(dòng)力和約束反力以力矢表示在分離體上所得到的圖形?！哆\(yùn)動(dòng)康復(fù)生物力學(xué)》第二章：人體平衡二、人體或人體局部受力分析人體或人體局部受力分析步驟確定研究對(duì)象，取分離體（抓住主要矛盾，分離次要矛盾）；先畫主動(dòng)力，明確研究對(duì)象所受周圍的約束，進(jìn)一步明確約束類型，什么約束畫什么約束反力。必要時(shí)需用二力平衡共線、三力平衡匯交等條件確定某些反力的指向或作用線的方位。注意：（1）受力分析圖只畫研究對(duì)象的簡(jiǎn)圖和所受的全部力；（2）每畫一力都要有依據(jù)，不多不漏；（3）不要畫錯(cuò)力的方向，反力要和約束性質(zhì)相符，物體間的相互約束力要符合作用與反作用公理?！哆\(yùn)動(dòng)康復(fù)生物力學(xué)》第二章：人體平衡跑的受力分析彈力重力阻力摩擦力重力彈力摩擦力阻力二、人體或人體局部受力分析《運(yùn)動(dòng)康復(fù)生物力學(xué)》第二章：人體平衡花樣滑冰的受力分析二、人體或人體局部受力分析《運(yùn)動(dòng)康復(fù)生物力學(xué)》第二章：人體平衡人體運(yùn)動(dòng)的內(nèi)力與外力內(nèi)力：人體內(nèi)部各個(gè)部分互相作用的力（肌力、韌帶張力、軟骨應(yīng)力、骨應(yīng)力）外力：1.重力G=mg（重力=質(zhì)量×重力加速度）重力與運(yùn)動(dòng)康復(fù)之間的聯(lián)系：骨折后功能位的保持二、人體或人體局部受力分析《運(yùn)動(dòng)康復(fù)生物力學(xué)》第二章：人體平衡2.摩擦力（靜摩擦力與滑動(dòng)摩擦力）

摩擦力與康復(fù)：1.骨折后的不同骨針固定選擇2.摩擦力相關(guān)的功能訓(xùn)練3.應(yīng)用于康復(fù)器械中，如拐杖前的橡皮墊、矯形器紋路、二、人體或人體局部受力分析《運(yùn)動(dòng)康復(fù)生物力學(xué)》第二章：人體平衡3.彈性力

虎克定律二、人體或人體局部受力分析《運(yùn)動(dòng)康復(fù)生物力學(xué)》第二章：人體平衡4.器械的其他阻力二、人體或人體局部受力分析《運(yùn)動(dòng)康復(fù)生物力學(xué)》第二章：人體平衡5.支撐反作用力在靜止?fàn)顟B(tài)下地面或器械通過(guò)支撐點(diǎn)作用于人體對(duì)重力的反作用力6.流體作用力人體在流體中運(yùn)動(dòng)時(shí)所承受的流體阻力，能抵消大部分的重力二、人體或人體局部受力分析《運(yùn)動(dòng)康復(fù)生物力學(xué)》第二章：人體平衡什么是人體平衡？（1.力系平衡；2.加速度為0）靜止勻速直線運(yùn)動(dòng)二、人體或人體局部受力分析《運(yùn)動(dòng)康復(fù)生物力學(xué)》第二章：人體平衡（一）人體平衡

人體保持某一姿態(tài)的穩(wěn)定性或動(dòng)態(tài)中的控制能力。靜止?fàn)顟B(tài)勻速運(yùn)動(dòng)狀態(tài)二、人體或人體局部受力分析《運(yùn)動(dòng)康復(fù)生物力學(xué)》第二章：人體平衡人體平衡的生物學(xué)特點(diǎn)：人體不能處于絕對(duì)的靜止?fàn)顟B(tài)人體內(nèi)力在維持平衡中發(fā)揮重要作用生物體在平衡控制中有補(bǔ)償動(dòng)作人體具自我控制與調(diào)節(jié)的能力人體平衡受到心理因素的影響人體平衡過(guò)程中消耗大量的能量二、人體或人體局部受力分析《運(yùn)動(dòng)康復(fù)生物力學(xué)》第二章：人體平衡三、人體的重心及人體重心的測(cè)量方法

人體的重心：地球?qū)θ梭w各部分引力合力的作用點(diǎn)人體所受的重力，嚴(yán)格而言是個(gè)匯交力系；但可視作平行力系《運(yùn)動(dòng)康復(fù)生物力學(xué)》第二章：人體平衡XOY三、人體的重心及人體重心的測(cè)量方法《運(yùn)動(dòng)康復(fù)生物力學(xué)》第二章：人體平衡三、人體的重心及人體重心的測(cè)量方法當(dāng)人體自然站立時(shí)，總重心的位置一般在身體正中面上第三骶椎上緣前方7cm處男子的重心高度約為身高的56%，女子約為身高的55%《運(yùn)動(dòng)康復(fù)生物力學(xué)》第二章：人體平衡三、人體的重心及人體重心的測(cè)量方法人體重心的變化特點(diǎn)幾何形狀固定的物體，不管他怎樣運(yùn)動(dòng)，其重心相對(duì)于自身的位置是不變的。人體重心的變化方向與其運(yùn)動(dòng)方向一致，距離與其環(huán)節(jié)質(zhì)量和運(yùn)動(dòng)幅度一致?！哆\(yùn)動(dòng)康復(fù)生物力學(xué)》第二章：人體平衡三、人體的重心及人體重心的測(cè)量方法人體重心測(cè)量方法重心板（一維或二維）實(shí)測(cè)靜態(tài)人體的重心位置BRWR’dL

d：B點(diǎn)到人體重心的水平距離L：板長(zhǎng)W：人體體重R’：板重R：秤的讀數(shù)《運(yùn)動(dòng)康復(fù)生物力學(xué)》第二章：人體平衡三、人體的重心及人體重心的測(cè)量方法人體重心測(cè)量方法攝影和錄像獲得的人體圖像中通過(guò)測(cè)量和計(jì)算獲得

原理：力矩合成原理公式中：X,Y分別為總重心的橫、縱坐標(biāo)

Pi為環(huán)節(jié)相對(duì)重量xi,yi為環(huán)節(jié)質(zhì)心的橫、縱坐標(biāo)《運(yùn)動(dòng)康復(fù)生物力學(xué)》第二章：人體平衡以人體左下角邊緣處O點(diǎn)為原點(diǎn)繪出直角坐標(biāo)系（OXY）。確定各環(huán)節(jié)點(diǎn)位置。確定頭和手的重心位置。頭的重心在耳廓上緣中點(diǎn)正面觀時(shí)在兩眉間，手的重心在中指的掌指關(guān)節(jié)處。連接關(guān)節(jié)點(diǎn)構(gòu)成人體棍圖。開始測(cè)量各環(huán)節(jié)的相片長(zhǎng)度(以毫米為單位)，填入環(huán)節(jié)長(zhǎng)度一欄內(nèi)。把各環(huán)節(jié)重心至近側(cè)端距離占環(huán)節(jié)長(zhǎng)度的比值填入半徑系數(shù)一欄內(nèi)。見表2—1中具體的布拉溫—菲舍爾環(huán)節(jié)相對(duì)重心位置數(shù)據(jù)。三、人體的重心及人體重心的測(cè)量方法人體重心測(cè)量方法攝影和錄像獲得的人體圖像中通過(guò)測(cè)量和計(jì)算獲得《運(yùn)動(dòng)康復(fù)生物力學(xué)》第二章：人體平衡《運(yùn)動(dòng)康復(fù)生物力學(xué)》第二章：人體平衡三、人體的重心及人體重心的測(cè)量方法人體重心測(cè)量方法攝影和錄像獲得的人體圖像中通過(guò)測(cè)量和計(jì)算獲得環(huán)節(jié)長(zhǎng)度乘以環(huán)節(jié)相對(duì)重心位置百分比，填入環(huán)節(jié)重心近側(cè)端實(shí)長(zhǎng)一欄內(nèi)。按環(huán)節(jié)質(zhì)心到近側(cè)端實(shí)際長(zhǎng)度一欄的數(shù)據(jù)，在照片上的環(huán)節(jié)上點(diǎn)出環(huán)節(jié)質(zhì)心位置。頭手的位置不必計(jì)算，可以直接點(diǎn)出。從照片上測(cè)量各環(huán)節(jié)質(zhì)心的坐標(biāo)。把人體模型中已知的環(huán)節(jié)相對(duì)重量數(shù)據(jù)添入表內(nèi)（P）。計(jì)算出各環(huán)節(jié)對(duì)軸之矩Px,Py。求出Px,Py的和，即為人體總重心位置。在照片上點(diǎn)出總重心?！哆\(yùn)動(dòng)康復(fù)生物力學(xué)》第二章：人體平衡XOY三、人體的重心及人體重心的測(cè)量方法人體重心測(cè)量方法攝影和錄像獲得的人體圖像中通過(guò)測(cè)量和計(jì)算獲得《運(yùn)動(dòng)康復(fù)生物力學(xué)》第二章：人體平衡四、人體平衡的分類上支撐平衡（懸垂平衡）下支撐平衡（倒立平衡）混合支撐平衡（肋木側(cè)平衡）1、根據(jù)人體重心與支撐點(diǎn)的位置關(guān)系2、根據(jù)平衡的穩(wěn)定性（穩(wěn)度）----保持平衡的能力穩(wěn)定平衡（吊袋、懸垂）有限度的穩(wěn)定平衡（人下支撐平衡）不穩(wěn)定平衡（單臂倒立）隨遇平衡（球的平衡）《運(yùn)動(dòng)康復(fù)生物力學(xué)》第二章：人體平衡（1）上支撐平衡：當(dāng)人體處于平衡，且支點(diǎn)在人體重心的上方，這種平衡狀態(tài)稱為上支撐平衡。如體操中的各種懸垂動(dòng)作。四、人體平衡的分類（2）下支撐平衡：當(dāng)人體處于平衡，且支點(diǎn)在人體重心的下方，這種平衡狀態(tài)稱為下支撐平衡。例如，站立、平衡木上的平衡動(dòng)作。（3）混合支撐平衡：是一種多支撐點(diǎn)的平衡狀態(tài)，這時(shí)有的支撐點(diǎn)在人體重心上方，有的支撐點(diǎn)在人體重心的下方。例如，肋木側(cè)身平衡?！哆\(yùn)動(dòng)康復(fù)生物力學(xué)》第二章：人體平衡四、人體平衡的分類（1）穩(wěn)定平衡：去除破壞平衡力的作用后可恢復(fù)平衡。其特點(diǎn)是當(dāng)偏離平衡位置時(shí)，重心升高，產(chǎn)生的重力矩使物體向平衡位置運(yùn)動(dòng)。（2）不穩(wěn)定平衡：去除破壞平衡力的作用后不可恢復(fù)平衡。其特點(diǎn)是偏離平衡位置時(shí)，重心降低，產(chǎn)生的重力矩使物體繼續(xù)傾倒。僅在下支撐平衡動(dòng)作出現(xiàn)。

根據(jù)平衡的穩(wěn)定程度把人體平衡分為4種：《運(yùn)動(dòng)康復(fù)生物力學(xué)》第二章：人體平衡四、人體平衡的分類（3）有限度的穩(wěn)定平衡：去除破壞平衡力的作用后僅能在有限的范圍內(nèi)恢復(fù)平衡。其特點(diǎn)是在一定限度內(nèi)的偏離平衡位置時(shí)，人體重心升高，產(chǎn)生的重力矩使人體向平衡位置移動(dòng)，最終恢復(fù)平衡。（4）隨遇平衡：不管什么位置下都能平衡。其特點(diǎn)是偏離原來(lái)位置時(shí)，重心高度不變，不產(chǎn)生使物體位置移動(dòng)的重力矩?！哆\(yùn)動(dòng)康復(fù)生物力學(xué)》第二章：人體平衡五、影響人體平衡的因素從生理學(xué)角度：年齡、性別、神經(jīng)控制能力、肌肉力量、身體狀態(tài)（