人體靜力學(xué)與平衡

1第一章力學(xué)一、靜力學(xué)StaticForces1.1EquilibriumandStability1.2EquilibriumoftheHumanBody1.3StabilityoftheHumanBodyundertheActionofanExternalForce1.4Leversinthehumanbody1.5TheElbow1.6TheBack1.7StandingTip-ToeonOneFoot二、摩擦力Friction2.1StandingatanIncline2.2FrictionattheHipJoint三、動(dòng)力學(xué)Dynamics*2會(huì)倒嗎？*3一、靜力學(xué)StaticForces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？對(duì)任意選定的點(diǎn)計(jì)算得到的合力矩為零條件一條件二支點(diǎn)位矢*4r與F所夾的小于π的角矢量叉積r是從支點(diǎn)到F作用點(diǎn)的矢量支點(diǎn)*5*6*71.1EquilibriumandStability當(dāng)物體稍偏離平衡位置時(shí)，力矩使物體回到原平衡位置，則稱為穩(wěn)定平衡。*81.2EquilibriumoftheHumanBody

重心（c.g.）的位置：身高的56％

*9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)上肢抬高來維持平衡。*101.3StabilityoftheHumanBodyundertheActionofanExternalForce*11

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，在人體內(nèi)最常見的是第三類杠桿。1.4Leversinthehumanbody*12M>1，稱為省力杠桿；反之，則M<1，為費(fèi)力杠桿.機(jī)械利益*13機(jī)械利益M>1，省力杠桿*14機(jī)械利益M<1，為費(fèi)力杠桿.在人體內(nèi)最常見的是第三類杠桿。*15負(fù)載端的位移和速度反比于機(jī)械利益*161.5TheElbow二頭肌使前臂曲；三頭肌使前臂伸。

*17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。

*18選擇支點(diǎn)計(jì)算力矩

由力的平衡條件*19背部各塊肌肉產(chǎn)生的力用連接D-C的繩子來等效頭和手臂的重量表示為懸掛于杠桿末端的負(fù)載W2

1.6TheBack人的脊柱由24塊椎骨構(gòu)成，椎骨之間被充滿液體的椎間盤隔開。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R*20考慮70kg的人，w1和w2的代表值為320N和160N。Rθ為R與虛線的夾角*211.6TheBackholdsa20kgweight此例說明彎腰時(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。*221.7StandingTip-ToeonOneFoot單腳踮立時(shí)，跟腱的拉力Fm約為2.5W，作用于脛骨的壓力Fr為3.5W。*23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)來說是很難辦到的，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。*24二、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)0.003*252.1StandingatanIncline2.2FrictionattheHipJoint*26三、動(dòng)力學(xué)Dynamics力學(xué)中討論運(yùn)動(dòng)和力的關(guān)系的部分稱為動(dòng)力學(xué)牛頓第二定律：*27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。*28b）如果橫梁上有2cm厚的墊料，使碰撞時(shí)間增加到0.04s，問此時(shí)頭部所受的力是多少*29

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)所受的力約是其體重(mg)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)，先將腳尖著地然后屈膝，使減速的時(shí)間更長(zhǎng)，則可減少著地力。*30

人體在加速和減速力作用下的行為，是和飛機(jī)、汽車、太空飛行器有關(guān)的人員感興趣的領(lǐng)域。人體經(jīng)受的加速度的量值，決定于人體的方位和加速度的持續(xù)時(shí)間。*31*32*33

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)。*34如果讓人體振動(dòng)，就會(huì)發(fā)生共振現(xiàn)象。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。*35*36馬杜克神像殺人之謎馬杜克神廟遺址大門上的龍“神的眼睛將注視著所有試圖侵入的瀆神者，將死亡與災(zāi)禍降臨到他們頭上?！?/p>

*37小結(jié)一、靜力學(xué)StaticForces1.1EquilibriumandStability1.2EquilibriumoftheHumanBody1.3StabilityoftheHumanBodyundertheActionofanExternalForce1.4Leversinthehumanbody1.5TheElbow1.6TheBack1.7Stan