第二章 運(yùn)動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)課件

第二章運(yùn)動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)

1第二章運(yùn)動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)掌握運(yùn)動(dòng)中的力合力矩及其表現(xiàn)形式，并明確力是物體運(yùn)動(dòng)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(dòng)定律的在人體運(yùn)動(dòng)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(dòng)中力的合成與分解及其在人體運(yùn)動(dòng)中受力分析中的應(yīng)用。學(xué)習(xí)目標(biāo)2第二章運(yùn)動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)學(xué)習(xí)內(nèi)容第一節(jié)運(yùn)動(dòng)中的力與力矩一、運(yùn)動(dòng)中的力二、運(yùn)動(dòng)中的力矩第二節(jié)牛頓運(yùn)動(dòng)定律及其應(yīng)用一、牛頓運(yùn)動(dòng)定律二、牛頓運(yùn)動(dòng)定律在人體運(yùn)動(dòng)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)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)3第二章運(yùn)動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)第一節(jié)運(yùn)動(dòng)中的力與力矩

力是一個(gè)物體對(duì)另一個(gè)物體的作用，是使物體產(chǎn)生形變或線運(yùn)動(dòng)狀態(tài)改變的原因。力矩則是力和力臂的乘積，是使物體轉(zhuǎn)動(dòng)狀態(tài)改變的原因。4第二章運(yùn)動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)一、運(yùn)動(dòng)中的力

若將人體整體看做一個(gè)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(dòng)力。5第二章運(yùn)動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)運(yùn)動(dòng)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)力人體整體人體環(huán)節(jié)骨骼肌張力外力內(nèi)力1、內(nèi)力與外力是相對(duì)的6第二章運(yùn)動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)要獲得較大的反作用力作為人體運(yùn)動(dòng)的動(dòng)力，必須加大人的蹬地力，這又取決于人體肌肉活動(dòng)引起的對(duì)地面作用力的大小。肌肉活動(dòng)是主動(dòng)的，為了提高人體運(yùn)動(dòng)效果，最重要的是提高肌肉收縮的力量（內(nèi)力），以加大蹬地力從而得到一個(gè)大的反作用力（外力），使人體運(yùn)動(dòng)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(duì)人體的作用力，例如，在跑些、跳鞋上安上釘子，起跑時(shí)用起跑器等。7第二章運(yùn)動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)跳高起跳過程中的外力作用8第二章運(yùn)動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)起跑過程中的外力作用9第二章運(yùn)動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)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10第二章運(yùn)動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)（二）外力

器械的其他阻力肢體推動(dòng)運(yùn)動(dòng)器械進(jìn)行訓(xùn)練時(shí)，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。

11第二章運(yùn)動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)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(dòng)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)。12第二章運(yùn)動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)

人體運(yùn)動(dòng)中所受到的外力

a.

重力大小與方向：，方向：指向地球心。g=9.8m/s/s

13第二章運(yùn)動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)

b.

摩擦力概念，和特性。b1.靜摩擦力和最大靜摩擦力b2.滑動(dòng)摩擦力14第二章運(yùn)動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)

c.

彈性力概念：由物體發(fā)生形變產(chǎn)生的力。彈性力的胡克定律：人體運(yùn)動(dòng)中所受到的外力在體育運(yùn)動(dòng)中的運(yùn)用。15第二章運(yùn)動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)d、支撐反作用力人體處于支撐狀態(tài)時(shí)，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(dòng)，則支撐反作用力會(huì)不斷變化，稱為動(dòng)力性支撐反作用力。16第二章運(yùn)動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)e、流體作用力人體在空氣和水中運(yùn)動(dòng)時(shí)，與流體發(fā)生接觸，并相互作用，流體對(duì)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(duì)于肌力不足或關(guān)節(jié)疼痛的患者，可以借助水的阻力和浮力進(jìn)行康復(fù)訓(xùn)練。17第二章運(yùn)動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)（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(dòng)，同時(shí)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(dòng)阻力3）各內(nèi)臟器官的摩擦力4）內(nèi)臟器官和固定裝置間的阻力5）血液淋巴液在管道內(nèi)流動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的流體阻力，在分流時(shí)產(chǎn)生的湍流等。18第二章運(yùn)動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)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(shì)，引起人體內(nèi)部各部分、各環(huán)節(jié)間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)。是人體內(nèi)力中最重要的主動(dòng)力。

19第二章運(yùn)動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)2）各組織器官間的被動(dòng)阻力

當(dāng)一肢體做屈曲或伸展運(yùn)動(dòng)時(shí)，其相反方向的組織受到牽拉，尤其是拮抗肌的張力，此時(shí)必須做相應(yīng)松弛，以保證運(yùn)動(dòng)的完成。20第二章運(yùn)動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)

3）各內(nèi)臟器官的摩擦力例如胃腸蠕動(dòng)時(shí)候腸袢間的摩擦力（盡管很?。?，心臟搏動(dòng)時(shí)與肺、縱隔和胸廓間的摩擦力等。

4）內(nèi)臟器官和固定裝置間的阻力如胃腸蠕動(dòng)與腹膜、腸系膜、大血管間的阻力，食管的蠕動(dòng)與縱隔間的阻力等。

5）血液淋巴液在管道內(nèi)流動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的流體阻力，在分流時(shí)產(chǎn)生的湍流等。21第二章運(yùn)動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)1.合力與分力

一個(gè)力如果它產(chǎn)生的效果與幾個(gè)力共同作用的效果相同，則這個(gè)力就叫那幾個(gè)力的合力，而那幾個(gè)力就叫這個(gè)力的分力。2.力的合成

求幾個(gè)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）力的合成與分解平行四邊形法則是力的合成與分解的基礎(chǔ)22第二章運(yùn)動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)掌握物體受力的分析方法確定受力分析對(duì)象，取出隔離體確定場(chǎng)力（重力、電磁場(chǎng)力等）確定所有外力：動(dòng)力，阻力（摩擦力、空氣阻力等），接觸力等。畫受力分析圖23第二章運(yùn)動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)abcd24第二章運(yùn)動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)當(dāng)骨骼肌在某一平面產(chǎn)生力作用時(shí)，可將肌力分解為兩個(gè)垂直分量：一個(gè)沿著骨軸線作用，另一個(gè)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(dòng)的分量，所以叫轉(zhuǎn)動(dòng)分量。25第二章運(yùn)動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)1、力的時(shí)間累積效應(yīng)作用于物體的合外力與其作用時(shí)間的乘積（F·Δt），稱為力的沖量。而將運(yùn)動(dòng)物體或人體具有的“運(yùn)動(dòng)量”，即質(zhì)量與速度的乘積（mv），稱為動(dòng)量。動(dòng)量定理：物體動(dòng)量的增量等于其所受的沖量。

（五）力的時(shí)間和空間累積效應(yīng)26第二章運(yùn)動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)動(dòng)量定理和動(dòng)量守恒定律：1.

動(dòng)量與沖量的概念

①

動(dòng)量（矢量性）

，單位：米.千克/秒（m.kg/s）。②

沖量（矢量性）單位：牛頓.秒（N.s）

27第二章運(yùn)動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)沖量的幾何含義：S=F*ttFS28第二章運(yùn)動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)動(dòng)量定理物體在運(yùn)動(dòng)過程中，在某段時(shí)間內(nèi)動(dòng)量的改變，等于所受合外力在這段時(shí)間內(nèi)的沖量。即：

29第二章運(yùn)動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)動(dòng)量定理在運(yùn)動(dòng)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(dòng)量，應(yīng)增加在最后用力階段對(duì)器械的沖量。這要求在發(fā)揮最大力量的同時(shí)，延長(zhǎng)力的作用時(shí)間。2、若要減少對(duì)人體的沖力，就得延長(zhǎng)力作用的時(shí)間，各種落地緩沖動(dòng)作就是典型的例子。

30第二章運(yùn)動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)2、力的空間累積效應(yīng)力與力作用方向上移動(dòng)距離的乘積（F·S），稱力對(duì)物體作了功。力作用方向與其引起的物體運(yùn)動(dòng)方向改變一致，力對(duì)物體所做的功為正功。物體的運(yùn)動(dòng)方向與力的作用方向相反，這時(shí)力所做的功為負(fù)功。功的國(guó)際單位是焦耳（J）。

31第二章運(yùn)動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)

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(zhǎng)收縮運(yùn)動(dòng)中，環(huán)節(jié)不產(chǎn)生位移，沒有做機(jī)械功，此時(shí)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(duì)物體做的功等于物體機(jī)械能（動(dòng)能和勢(shì)能）的增量。32第二章運(yùn)動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)

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×ｄ。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(gè)力作用在同一物體上，雖然其合力為零，但物體同樣會(huì)轉(zhuǎn)動(dòng)，這一對(duì)力稱為力偶，其產(chǎn)生的轉(zhuǎn)動(dòng)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(gè)力若不通過物體的重心，也會(huì)引起物體的轉(zhuǎn)動(dòng)，這個(gè)力稱為偏心力，由其產(chǎn)生的轉(zhuǎn)動(dòng)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(dòng)的條件。

二、運(yùn)動(dòng)中的力矩33第二章運(yùn)動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)一、人體的簡(jiǎn)化根據(jù)人體運(yùn)動(dòng)的特征，可將人體運(yùn)動(dòng)模型簡(jiǎn)化為：質(zhì)點(diǎn)、剛體和多剛體系統(tǒng)等運(yùn)動(dòng)模型。1、質(zhì)點(diǎn)：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(dòng)，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(dòng)定律及其應(yīng)用

34第二章運(yùn)動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)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(jiǎn)化模型。在運(yùn)動(dòng)生物力學(xué)中，把人體看作是一個(gè)多剛體系統(tǒng)。35第二章運(yùn)動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)

人體簡(jiǎn)化以后的運(yùn)動(dòng)形式

人體運(yùn)動(dòng)的形式多種多樣。把人體簡(jiǎn)化成質(zhì)點(diǎn)：分為直線運(yùn)動(dòng)和曲線運(yùn)動(dòng)。把人體簡(jiǎn)化成剛體：分為平動(dòng)、轉(zhuǎn)動(dòng)和復(fù)合運(yùn)動(dòng)。

36第二章運(yùn)動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)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(shí)，物體將保持靜止或勻速直線運(yùn)動(dòng)狀態(tài)不變。物體的這種性質(zhì)稱為慣性。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(gè)物體相互作用時(shí)，物體甲對(duì)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(dòng)定律

37第二章運(yùn)動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)

運(yùn)動(dòng)中很多動(dòng)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(dòng)性疲勞。因此，人體活動(dòng)中保持動(dòng)作的連貫性和動(dòng)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(dòng)定律在人體運(yùn)動(dòng)中的應(yīng)用（一）運(yùn)動(dòng)中合理利用慣性可以省力38第二章運(yùn)動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)

指在人體在克服外界阻力負(fù)荷運(yùn)動(dòng)時(shí)，需要遵循由大肌群首先活動(dòng)，逐步過渡到中小肌群活動(dòng)。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(dòng)開始時(shí)的中小肌群的損傷。例如，搬動(dòng)較重物體時(shí)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(dòng)順序原理39第二章運(yùn)動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)

運(yùn)動(dòng)中，要使人體運(yùn)動(dòng)速度增加或減小，需要外界對(duì)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(duì)人體的作用力增加或減小時(shí)，人體對(duì)外界的作用力也需要增加或減小。（三）增加人體對(duì)外界的作用力可以增大外界對(duì)人體的反作用力40第二章運(yùn)動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)第三節(jié)平衡與穩(wěn)定

一個(gè)物體如果受到幾個(gè)力的作用，這幾個(gè)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41第二章運(yùn)動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)平衡重心與支撐點(diǎn)關(guān)系平衡穩(wěn)定程度上支撐平衡下支撐平衡混合支撐平衡穩(wěn)定平衡有限穩(wěn)定平衡不穩(wěn)定平衡隨遇平衡人體平衡的類型（二）人體平衡的類型42第二章運(yùn)動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)

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(shí)抵抗各種干擾的能力。2、動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性

人體重心偏移平衡位置后，干擾因素除去時(shí)，人體仍能恢復(fù)到初始平衡范圍。二、穩(wěn)定性及其影響因素（一）穩(wěn)定性43第二章運(yùn)動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)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(píng)價(jià)指標(biāo)44第二章運(yùn)動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)（1）定義：整個(gè)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45第二章運(yùn)動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)（2）人體重心位置正常站立姿勢(shì)下人體重心位置。46第二章運(yùn)動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)人體重心位置，人體重心位置隨人體姿勢(shì)變化而改變。47第二章運(yùn)動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)人體重心的變化48第二章運(yùn)動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)人體重心可移動(dòng)出身體之外。49第二章運(yùn)動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)為了訓(xùn)練平衡功能差的患者的平衡能力，開始訓(xùn)練時(shí)，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(shí)，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(dòng)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50第二章運(yùn)動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)2、人體下支撐穩(wěn)定性的評(píng)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，51第二章運(yùn)動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)52第二章運(yùn)動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)（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(shí)，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(shí)，物體抵抗不住外來的翻倒力矩，平衡將遭到破壞，即物體會(huì)翻倒。

53第二章運(yùn)動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)FhGr穩(wěn)定系數(shù)的計(jì)算54第二章運(yùn)動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)結(jié)論：K>1，K<1當(dāng)K>1時(shí)，物體本身重力產(chǎn)生的恢復(fù)力矩足以對(duì)抗傾倒，當(dāng)K<1時(shí)，物體恢復(fù)力矩對(duì)抗不了傾倒力矩，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)。55第二章運(yùn)動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)人體不能絕對(duì)靜止：人體的呼吸、循環(huán)運(yùn)動(dòng)使得人體重心不是定點(diǎn)。另一方面人體肌張力任何時(shí)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(shì)自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)：人體有翻倒趨勢(shì)時(shí)，依靠反射性地改變身體姿勢(shì)，可以保持原有平衡。三、人體平衡與穩(wěn)定的特點(diǎn)56第二章運(yùn)動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)人體保持平衡穩(wěn)定的補(bǔ)償動(dòng)作57第二章運(yùn)動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)人體的補(bǔ)償作用達(dá)瓦孜58第二章運(yùn)動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)人體內(nèi)力起重要作用：內(nèi)力可以通過對(duì)外界環(huán)境（人體或物體）的主動(dòng)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(duì)人體平衡穩(wěn)定性的影響最為明顯。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。59第二章運(yùn)動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)第四節(jié)骨、關(guān)節(jié)生物力學(xué)

（一）骨受載荷形式

一、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60第二章運(yùn)動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)骨的應(yīng)力是指骨結(jié)構(gòu)受到外來載荷時(shí)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61第二章運(yùn)動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)應(yīng)力較小時(shí)，在一定的范圍內(nèi)，應(yīng)力與應(yīng)變之間存在著一個(gè)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(huì)造成永久形變。載荷持續(xù)增加時(shí)，骨最外層某些部位就會(huì)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(gè)部位失效（骨折，圖中C點(diǎn)為斷裂點(diǎn)），對(duì)應(yīng)的應(yīng)力稱為極限應(yīng)力（C’）。62第二章運(yùn)動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)

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形的能力，稱為剛度。

63第二章運(yùn)動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)

達(dá)到極限應(yīng)力時(shí)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(shí)被骨釋放，使骨恢復(fù)原狀。但當(dāng)骨不斷受到外力作用時(shí)，其應(yīng)變能量不能被及時(shí)完全釋放，經(jīng)積累后可能會(huì)損壞材料的結(jié)構(gòu)。64第二章運(yùn)動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)骨的生長(zhǎng)是破壞和重建兩個(gè)過程對(duì)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(duì)骨有積極的影響，但過載、過用或過度沖擊性載荷可引起骨損傷甚至骨折發(fā)生。

（三）機(jī)械應(yīng)力對(duì)骨生長(zhǎng)的影響65第二章運(yùn)動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)運(yùn)動(dòng)中，骨會(huì)反復(fù)受力，超過某一生理限度時(shí)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(dòng)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(duì)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66第二章運(yùn)動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)持續(xù)劇烈運(yùn)動(dòng)/大強(qiáng)度勞動(dòng)骨骼肌疲勞貯存能量能力下降動(dòng)作結(jié)構(gòu)特征改變骨受載荷異常應(yīng)力分布改變高拉伸復(fù)合高壓縮斜行骨折斜行裂紋橫行骨折橫向裂紋疲勞性骨折的發(fā)生過程示意圖67第二章運(yùn)動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)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(shí)，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68第二章運(yùn)動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)人類三種類型的杠桿（六）骨的杠桿功能69第二章運(yùn)動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)二、關(guān)節(jié)的生物力學(xué)

關(guān)節(jié)面形狀韌帶強(qiáng)弱骨骼肌力量關(guān)節(jié)負(fù)壓（一）關(guān)節(jié)穩(wěn)定性70第二章運(yùn)動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)

關(guān)節(jié)的存在使骨的杠桿作用得以實(shí)現(xiàn)，而提供骨杠桿轉(zhuǎn)動(dòng)的力、力矩可來自多方面，如承載的負(fù)荷與環(huán)節(jié)重量、關(guān)節(jié)韌帶牽拉、肌收縮力等。

（二）關(guān)節(jié)的力和力矩71第二章運(yùn)動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)力學(xué)性能與固體材料特性和滲透性有關(guān)。滲透性是指液體流過多孔固體基質(zhì)時(shí)的摩擦阻力，是雙相材料的重要參數(shù)。關(guān)節(jié)軟骨損害、變性與關(guān)節(jié)載荷的頻率與量級(jí)有關(guān)。關(guān)節(jié)的先天性發(fā)育不良以及關(guān)節(jié)損傷等因素，可以導(dǎo)致應(yīng)力集中。（三）關(guān)節(jié)軟骨生物力學(xué)特性72第二章運(yùn)動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)

脊柱是軀干的中軸、位于背部正中，由24塊椎骨、一塊骶骨和一塊尾骨，借椎間盤、韌帶和關(guān)節(jié)連接而成。為直立與行走需要，形成四個(gè)生理性彎曲。（四）脊柱生物力學(xué)73第二章運(yùn)動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)

1.脊柱結(jié)構(gòu)力學(xué)特性脊椎的功能單元是運(yùn)動(dòng)節(jié)段，包括2個(gè)椎體及其間的軟組織。（1）椎體（2）椎間盤

74第二章運(yùn)動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)

隨著年齡增長(zhǎng)及外傷損害，椎間盤表現(xiàn)出老化與退變的特征，導(dǎo)致椎間盤的承載能力及其傳遞能力下降，繼而產(chǎn)生脊柱的功能性退化與可能性的損傷