1、14:081第一章第一章 力學(xué)力學(xué)一、靜力學(xué)一、靜力學(xué) Static Forces1.1 Equilibrium and Stability1.2 Equilibrium of the Human Body1.3 Stability of the Human Body under the Action of an External Force1.4 Levers in the human body 1.5 The Elbow1.6 The Back1.7 Standing Tip-Toe on One Foot二、摩擦力二、摩擦力 Friction2.1 Standing at an Incl

2、ine2.2 Friction at the Hip Joint三、動力學(xué)三、動力學(xué) Dynamics14:082會倒嗎？會倒嗎？14:083一、靜力學(xué)一、靜力學(xué) Static Forcesn研究作用在處于平衡和靜止的物體上的研究作用在處于平衡和靜止的物體上的力。力。n質(zhì)點平衡的條件：質(zhì)點平衡的條件：n其受到的各力之和為零其受到的各力之和為零n剛體平衡的條件：剛體平衡的條件：n剛體：剛體：n具有固定形狀及大小的物體。具有固定形狀及大小的物體。n骨頭、壘球骨頭、壘球n合力為零合力為零？n合力矩為零合力矩為零條件一條件一條件二條件二轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)軸FrTrFFmN 單位：單位：14:084FrT力矩力矩s

3、inrFT ：大小大小是是r與與F所夾所夾的銳角的銳角 矢量差積矢量差積 14:085重心重心中在該點上。中在該點上。剛體的重量可以認為集剛體的重量可以認為集剛體的重心：剛體的重心： 位于它們的幾何中心。位于它們的幾何中心。稱的物體的重心稱的物體的重心密度均勻且?guī)缀涡螤顚γ芏染鶆蚯規(guī)缀涡螤顚π模啃模啃螤畈灰?guī)則的物體的重形狀不規(guī)則的物體的重14:086心心形形狀狀不不規(guī)規(guī)則則的的物物體體的的重重體體內(nèi)內(nèi)嗎嗎？物物體體的的重重心心一一定定位位于于物物可可能能在在肢肢體體之之外外。屈屈膝膝時時，下下肢肢的的重重心心就就14:0871.1 Equilibrium and Stability14:088

4、1.2 Equilibrium of the Human Body 重心（重心（c.g.c.g.）的位置：身高的）的位置：身高的5656 14:089mNwT443 . 08 . 915 3 . 0例例1.10，一個直立的體重為，一個直立的體重為60kg的人，當(dāng)?shù)娜耍?dāng)他提著他提著15kg的重物的重物w時，求重心位置需移動時，求重心位置需移動的的 距離。在實際生活中這種移動是怎距離。在實際生活中這種移動是怎 樣完成的？樣完成的？ 448 . 960 xcmx5 . 7需要將身體重心向重物對側(cè)移動需要將身體重心向重物對側(cè)移動7.5cm實際中是靠彎曲上身并將另一側(cè)上肢實際中是靠彎曲上身并將另一側(cè)上

5、肢抬高來維持平衡。抬高來維持平衡。 14:08101.3 Stability of the Human Body under the Action of an External ForcemFTaa5.1Na7 .455 . 11 . 08 . 970FmWTw1.014:0811 人體內(nèi)的很多肌肉和骨系統(tǒng)起著杠桿作用。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。見的是第三類杠桿。1.4 Levers in the human body 14:0812轉(zhuǎn)動的剛體棒。轉(zhuǎn)動的剛體棒。支點或軸支點或軸杠桿是繞

6、定點杠桿是繞定點)(第一類杠桿第一類杠桿21ddWF 12ddFWMM 1，稱為省力杠桿；反之，則，稱為省力杠桿；反之，則M 1，省力杠桿，省力杠桿12ddFWM14:0814第三類杠桿第三類杠桿機械利益機械利益M 1，為費力杠桿，為費力杠桿 .在人體內(nèi)最常見的是第三類杠桿。在人體內(nèi)最常見的是第三類杠桿。12ddFWM14:0815負載端的位移和速度反比于機械利益負載端的位移和速度反比于機械利益2121ddLL2121ddvvM11d2d14:08161.5 The Elbow二頭肌使前臂曲；三頭肌使前臂伸。二頭肌使前臂曲；三頭肌使前臂伸。 14:0817例例1.11一個人手持一重一個人手持一

7、重14kg鉛球，前臂保鉛球，前臂保持水平，臂的尺寸及角度由圖持水平，臂的尺寸及角度由圖b中給出，中給出，試求：二頭肌產(chǎn)生的力和關(guān)節(jié)處尺骨的受試求：二頭肌產(chǎn)生的力和關(guān)節(jié)處尺骨的受力。力。 14:0818coscos:rmFFx方方向向sinsin:rmFWFy方方向向選擇選擇支點支點計算力矩計算力矩 WcmFcmm40sin4由力的平衡條件由力的平衡條件 o6 .72利利用用余余弦弦定定理理可可求求出出：WFm5 .101440NNFr1320o7114:0819背部各塊肌背部各塊肌肉產(chǎn)生的力肉產(chǎn)生的力用連接用連接D-C的繩子來等的繩子來等效效頭和手臂的重量表示為懸頭和手臂的重量表示為懸掛于杠桿

8、末端的負載掛于杠桿末端的負載W2 1.6 The Back人的脊柱由人的脊柱由2424塊椎骨構(gòu)成，椎骨之間被充塊椎骨構(gòu)成，椎骨之間被充滿液體的椎間盤隔開。滿液體的椎間盤隔開。 軀干的重量均勻分布于背軀干的重量均勻分布于背部，等效為懸掛在中點的部，等效為懸掛在中點的負載負載W1 作用于第五腰椎的力作用于第五腰椎的力R14:0820考慮考慮70kg的人，的人，W1和和W2的代表值為的代表值為320N和和160N。 R，力矩平衡：，力矩平衡：長長為支點，設(shè)為支點，設(shè)以以lAAB12sin3230cos2130cos12lTlwlw1999T力的平衡：力的平衡：18coscosTRx方向：方向：為為R

9、與虛線的夾角與虛線的夾角18sinsin21TwwRy方向：方向：2195 R14:08211.6 The Backholds a 20kg weightNRNT21951999NRNT34913223此例說明彎腰時在第五腰椎處產(chǎn)生很大的此例說明彎腰時在第五腰椎處產(chǎn)生很大的力，因此，腰背痛常常發(fā)生在此處。力，因此，腰背痛常常發(fā)生在此處。14:08221.7 Standing Tip-Toe on One Foot屬于第一類杠桿，屬于第一類杠桿，支點在脛骨接觸處支點在脛骨接觸處單腳踮立時，跟腱單腳踮立時，跟腱的拉力約為的拉力約為2.5W2.5W，作用于脛骨的壓，作用于脛骨的壓力為力為3.5W3.

10、5W。14:0823骨的構(gòu)造使它適于承受壓縮力而不是張力或骨的構(gòu)造使它適于承受壓縮力而不是張力或彎曲力。彎曲力。從前面例題我們注意到，從前面例題我們注意到，在大多數(shù)情況下，肌肉提供的力比負荷在大多數(shù)情況下，肌肉提供的力比負荷作用的力大得多，作用的力大得多，出現(xiàn)這種情況的一個原因是：出現(xiàn)這種情況的一個原因是：如要省力就需要很長的力臂，而這對骨如要省力就需要很長的力臂，而這對骨骼系統(tǒng)來說是很難辦到的，骼系統(tǒng)來說是很難辦到的，另一個原因是：另一個原因是：短力臂給予的動作要比長力臂的更快。短力臂給予的動作要比長力臂的更快。14:0824二、摩擦力二、摩擦力 FrictionNf 接觸表面接觸表面 u

11、（摩擦系數(shù)）（摩擦系數(shù)） 鋼與鋼鋼與鋼0.15橡膠輪胎在干水泥地上橡膠輪胎在干水泥地上1.0橡膠輪胎在濕水泥地上橡膠輪胎在濕水泥地上0.7鋼在冰上鋼在冰上0.03潤滑的骨關(guān)節(jié)潤滑的骨關(guān)節(jié)0.00314:0825cosGf sinGFt2.1 Standing at an Incline2.2 Friction at the Hip JointGf4 .2GcmGWork2 . 734 . 23 . 0,lubricatednotifGWork 16. 2003. 0,lubricatedwell14:0826三、動力學(xué)三、動力學(xué) Dynamics 力學(xué)中討論運動和力的關(guān)系的部分力學(xué)中討論運動和

12、力的關(guān)系的部分稱為動力學(xué)。稱為動力學(xué)。牛頓第二定律：牛頓第二定律：tmvtvmmaF)(14:0827例例3.1a）一個人以）一個人以1m/s的速度步行時，頭碰到一根的速度步行時，頭碰到一根很低的橫梁上，碰撞的持續(xù)時間為很低的橫梁上，碰撞的持續(xù)時間為5ms，如果頭的，如果頭的質(zhì)量為質(zhì)量為4kg，求碰撞時頭部所受的力。，求碰撞時頭部所受的力。NtmvF800005. 04)(tmvtvmmaF)(smkgsmsmkgmv/4)/0/1 (4)(14:0828 b）如果橫梁上有）如果橫梁上有2cm厚的墊料，使碰撞時厚的墊料，使碰撞時間增加到間增加到0.04s，問此時頭部所受的力是多少，問此時頭部所

13、受的力是多少NtmvF10004. 04)(NtmvF800005. 04)(14:0829 如果一個人從如果一個人從1m高處跳下且著地時腿是高處跳下且著地時腿是伸直的，他將受到很大的沖擊。伸直的，他將受到很大的沖擊。在人著地的瞬間，其速度是在人著地的瞬間，其速度是4.5m/s，設(shè)地面，設(shè)地面在在5ms內(nèi)使人體停止，此時所受的力約是其內(nèi)使人體停止，此時所受的力約是其體重的體重的100倍。倍。如果人落在體操墊上，則其減速時間會長一如果人落在體操墊上，則其減速時間會長一些，些，另外，如果他按照人體的正常反應(yīng)，先將腳另外，如果他按照人體的正常反應(yīng)，先將腳尖著地然后曲膝，使減速的時間更長，則可尖著地然

14、后曲膝，使減速的時間更長，則可減少著地力。減少著地力。14:0830 人體在加速和減速力作用下的行為，是和人體在加速和減速力作用下的行為，是和飛機、汽車、太空飛行器有關(guān)的人員感興趣飛機、汽車、太空飛行器有關(guān)的人員感興趣的領(lǐng)域。人體經(jīng)受得起的加速度的量值，決的領(lǐng)域。人體經(jīng)受得起的加速度的量值，決定于人體的方位和加速度的持續(xù)時間。定于人體的方位和加速度的持續(xù)時間。14:083114:083214:0833 加速度可能產(chǎn)生若干種效應(yīng)，例如加速度可能產(chǎn)生若干種效應(yīng)，例如（1）出現(xiàn)超重或失重；）出現(xiàn)超重或失重；（2）體內(nèi)靜壓的改變；）體內(nèi)靜壓的改變；（3）人體彈性組織的扭變；）人體彈性組織的扭變；（4）

15、懸浮在液體中密度不同的各種成份有）懸浮在液體中密度不同的各種成份有分離的趨勢。分離的趨勢。14:0834如果讓人體振動，就會發(fā)生共振現(xiàn)象。如果讓人體振動，就會發(fā)生共振現(xiàn)象。我們的每個主要器官都有其固有頻率，我們的每個主要器官都有其固有頻率，這個頻率決定于它的質(zhì)量和加于它的各種彈這個頻率決定于它的質(zhì)量和加于它的各種彈力。力。如果一個器官共振于它的固有頻率時，會出如果一個器官共振于它的固有頻率時，會出現(xiàn)痛苦和不適感。現(xiàn)痛苦和不適感。14:083514:0836小結(jié)小結(jié)一、靜力學(xué)一、靜力學(xué) Static Forces1.1 Equilibrium and Stability1.2 Equilibrium of the Human Body1.3 Stability of the Human Body under the Action