第5章人体生物力学及施力特征
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《人机工程学》第五讲 人体力学特征与施力
二、人的运动输出
二、人的运动输出
• 二、反应时间 • 1、定义和特征 • 又叫反映潜伏期，是从刺激到反应的时间 间距 • 人的反应过程: 刺激—感觉器官反应—神 经—大脑（加工）—神经—肌肉动作—操作 （输出） • tz—反应感知时间，td—动作时间 •
Rt tz td
二、人的运动输出
• 反应的差别—简单反应—只有一个刺激， 刺激出现时作出特定的反应－快 • 选择反应 多个刺 激，对刺激一一作出反应 • 简单反应 快 • 选择反应—慢 • 》》其他影响
二、人的运动输出
• 2、不同的感觉器官和不同的刺激 • 》》不同器官，对刺激的反应时间不同
二、人的运动输出
• 》》表3-11讨论：不同的信号，反应时间有较 大差异 • 相同的器官，对不同的刺激，也有所不同， • 如味觉》 对咸反应时间短（308ms),甜酸 次之，苦最长（1082ms) • 》》触觉：和部位有关，手脸反应快，小腿慢 • 》》反应时间与运动器官的关系：
1
2
3 水平方 向的操 纵动作 ，前后 运动速 度比左 右运动 速度快 ，旋转 运动比 直线运 动更灵 活。
4
5
6 向身体 方向的 运动比 离开身 体方向 的运动， 速度更 快，但 后者的 准确性 高。
人体躯 干和肢 体在水 平面的 运动比 在垂直 面的运 动速度 快。
垂直方 向的操 纵动作 ，从上 往下的 运动速 度比从 下往上 的运动 速度快 。
表3-12 可选择的刺激数目对反应时间的影响
刺激选择数 目反应时间 （ms） 1 187 2 316 3 364 4 434 5 485 6 532 7 570 8 603 9 619 10 622
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B 刺激的辨别难度对反应时间的影响
人体生物力学与施力特征63页PPT
人体生物力学与施力特征
51、没有哪个社会可以制订一部永远 适用的 宪法， 甚至一 条永远 适用的 法律。 ——杰 斐逊 52、法律源于人的自卫本能。——英 格索尔
53、人们通常会发现，法律就是这样 一种的 网，触 犯法律 的人， 小的可 以穿网 而过， 大的可 以破网 而出， 只有中 等的才 会坠入 网中。 ——申 斯通 54、法律就是法律它是一座雄伟的大 夏，庇 护着我 们大家 ；它的 每一块 砖石都 垒在另 一块砖 石上。 ——高 尔斯华 绥 55、今天的法律未必明天仍是法律。 ——。 ——德 谟克利 特 67、今天应做的事没有做，明天再早也 是耽误 了。——裴斯 泰洛齐 68、决定一个人的一生，以及整个命运 的，只 是一瞬 之间。 ——歌 德 69、懒人无法享受休息之乐。——拉布 克 70、浪费时间是一桩大罪过。——卢梭
51、没有哪个社会可以制订一部永远 适用的 宪法， 甚至一 条永远 适用的 法律。 ——杰 斐逊 52、法律源于人的自卫本能。——英 格索尔
53、人们通常会发现，法律就是这样 一种的 网，触 犯法律 的人， 小的可 以穿网 而过， 大的可 以破网 而出， 只有中 等的才 会坠入 网中。 ——申 斯通 54、法律就是法律它是一座雄伟的大 夏，庇 护着我 们大家 ；它的 每一块 砖石都 垒在另 一块砖 石上。 ——高 尔斯华 绥 55、今天的法律未必明天仍是法律。 ——。 ——德 谟克利 特 67、今天应做的事没有做，明天再早也 是耽误 了。——裴斯 泰洛齐 68、决定一个人的一生，以及整个命运 的，只 是一瞬 之间。 ——歌 德 69、懒人无法享受休息之乐。——拉布 克 70、浪费时间是一桩大罪过。——卢梭
人体生物力学与施力特征.PPT文档共22页
▪
30、意志是一个强壮的盲人，倚靠在明眼的跛子肩上。——叔本华
谢谢！
22
人体生物力学与施力特征.
1、战鼓一响，法律无声。——英国 2、任何法律的根本；不，不成文法本 身就是 讲道理 ……法 律，也 ----即 明示道 理。— —爱·科 克
3、法律是最保险的头盔。——爱·科 克 4、一个国家如果纲纪不正，其国风一 定颓败 。—— 塞内加 5、法律不能使人人平等，但是在法律 面前人 人是平 等的。 ——波 洛克
▪
26、要使整个人生都过得舒适、愉快，这是不可能的，因为人类必须具备一种能应付逆境的态度。——卢梭
▪
27、只有把抱怨环境的心情，化为上进的力量，才是成功的保证。——罗曼·罗兰
▪
28、知之者不如好之者，好之者不如乐之者。——孔子
▪
29、勇猛、大胆和坚定的决心能够抵得上武器的精良。——达·芬奇
6人体生物力学与施力特征
引入（任务项目）
主要内容：人体生物力学与施力特征
目的：1.了解骨杠杆；
2.熟悉人体肢体的出力范围与不同姿势的施力范围；
3.掌握合理施力的设计思路。
讲授
课件演示
倾听
5分钟
讲授内容
（1）介绍人体运动与骨杠杆：包括人体运动系统、骨的功能与骨杠杆。
讲授
课件演示
倾听
10分钟
（2）介绍人体生物力学模型：包括人体生物力学建模原理、前臂和手的生物力学模型、举物时腰部生物力学模型。
能力训练任务及案例
训练任务：
合理施力的设计思路
案例：
如何避免静态肌肉施力、避免弯腰提起重物。
参考资料
《人机工程学》（第四版）丁玉兰主编北京理工大学出版社
《产品造型材料与工艺》程能林主编北京理工大学出版社
《工业设计史》何人可主编北京理工大学出版社
二、教学设计
步骤
教学内容
教学方法
教学手段
学生活动
时间分配
根据教学情况进行归纳总结
5分钟
讲授
课件演示
倾听
10分钟
（3）介绍人体的施力特征：包括主要关节的活动范围、肢体的出力范围பைடு நூலகம்人体不同姿势的施力。
讲授
课件演示
倾听
30分钟
（4）介绍合理施力的设计思路：包括避免静态肌肉施力、避免弯腰提起重物、设计合理的工作台。
讲授
课件演示
倾听
回答问题
30分钟
总结与作业
①总结这节课内容
②课后复习所讲内容并预习下节课内容
《人机工程学》课程单元教学设计
——人体生物力学与施力特征
一、教案头
本次课标题：人体生物力学与施力特征
主要内容：人体生物力学与施力特征
目的：1.了解骨杠杆；
2.熟悉人体肢体的出力范围与不同姿势的施力范围；
3.掌握合理施力的设计思路。
讲授
课件演示
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5分钟
讲授内容
（1）介绍人体运动与骨杠杆：包括人体运动系统、骨的功能与骨杠杆。
讲授
课件演示
倾听
10分钟
（2）介绍人体生物力学模型：包括人体生物力学建模原理、前臂和手的生物力学模型、举物时腰部生物力学模型。
能力训练任务及案例
训练任务：
合理施力的设计思路
案例：
如何避免静态肌肉施力、避免弯腰提起重物。
参考资料
《人机工程学》（第四版）丁玉兰主编北京理工大学出版社
《产品造型材料与工艺》程能林主编北京理工大学出版社
《工业设计史》何人可主编北京理工大学出版社
二、教学设计
步骤
教学内容
教学方法
教学手段
学生活动
时间分配
根据教学情况进行归纳总结
5分钟
讲授
课件演示
倾听
10分钟
（3）介绍人体的施力特征：包括主要关节的活动范围、肢体的出力范围பைடு நூலகம்人体不同姿势的施力。
讲授
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（4）介绍合理施力的设计思路：包括避免静态肌肉施力、避免弯腰提起重物、设计合理的工作台。
讲授
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回答问题
30分钟
总结与作业
①总结这节课内容
②课后复习所讲内容并预习下节课内容
《人机工程学》课程单元教学设计
——人体生物力学与施力特征
一、教案头
本次课标题：人体生物力学与施力特征
第五节 人体运动系统的生物力学
研究人体运动状态变化的原 因。
2 牛顿运动定律
（一）牛顿第一定律 惯性定律
（二）牛顿第二定律
F=ma （三）牛顿第三定律
作用力与反作用力定律
3 动量定理在体育运动中的应用
F(t2-t1)=mV2-mV1
4人体运动中的力
人体内部各部分相互作用的力称为人体 内力，如肌肉张力、韧带张力、组织粘 滞力、关节约束力等。 外界对人体作用的力称人体外力。如重力、 摩擦力、支撑反作用力、向心力等。
2 骨骼的受力形式
剪载荷
弯曲载荷
拉伸载荷
压缩载荷
扭转载荷
复合载荷
（四）骨疲劳
剧烈运动 肌肉疲劳
人在不断运动 步态改变 储存能量的能力丧失 的过程中，骨会反复 载荷失常 受力，当这种反复作 用的力超过某一生理 改变应力分布 限度时会使骨组织受 加强压力 复合 加强张力 到损伤，这种循环载 荷下造成的骨的损伤 斜形裂缝 骨骼分离横行裂缝 为疲劳性损伤。
塑料材料：应力与应变成非线性，在外力作 用下外力功转变为变形能，外力消失后材料 的变形不可修复。
粘弹性材料：如果有一种材料，其力学性质 既具有弹性材料的力学性质，又具有粘性材 料的力学性质，那么这种材料就叫做粘弹性 材料。
（三）粘弹性材料的特点
当物体突然发 生应变时，若应变 保持一定，则相应 的应力随时间的增 加而下降，这种现 象叫应力松弛，
关节角：构成关节的两环节之间的夹角称为关 节角。
（2）肩关节
肩关节运动中的稳定性， 主要依靠三角肌和肩袖肌的 作用维持。冈上肌拉肱骨头 靠紧关节盂形成支点，同时 三角肌起主要悬吊作用，以 防止上肢的重力或因持重而 造成肩关节脱臼。
肩关节在后矢状面上向 后侧上举后后伸可以达到 60°左右，水平屈曲（上 臂在水平平面向前运动）， 正常范围约135°，做相反 方向的正常范围的45°。 在冠状面上举90°的位置 上，内旋和外旋各达到 90°，提供最大的总旋转 度180°。
第五章-人体生物力学与施力特征
人机工程学 Ergonomics
第五章 人体生物力学与施力特征
5.2.3 举物时腰部生物力学模型
∑（L5/S1腰骶间盘力矩）=0 （5-7）
∑（L5/S1腰骶间盘受力）=0 （5-8）
主要解因得素腰：骶货间物盘的所重受力的和压货 物的力位达置到到54脊58柱N重，心大的多距数离工。 其它人因的素腰还骶有间：盘躯都体无扭法转承的受角 度、这货个物压的力大水小平和。形状、货物 移动的距离等。
人机工程学 Ergonomics
第五章 人体生物力学与施力特征
4.人的主体因素
习俗、个体差异（性别、年龄）、疲劳等个人生 理、心理状况。
年龄与反应时间的关系
年
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
龄
20
30
40
50
60
反应时间相对值
100
104
112
116
161
人机工程学 Ergonomics
第五章 人体生物力学与施力特征
表3-1 不同感觉器官的反应时间
❖ 肌力的大小因人而异，男性的力量比女性平均大30% ~35%。年龄是影响肌力的显著因素，男性的力量在20岁 之前是不断增长的，20岁左右达到顶峰，这种状态大约 可以保持10~15年，随后开始下降。
❖ 此外，人体所处的姿势是影响施力的重要因素，作业 姿势设计时，必须考虑这一要素。图5-8表示人体在 不同姿势下的施力状态，图中（a）为常见的操作姿 态，其对应的施力数值见表5-4，施力时对应的移动 距离见表5-5.
3.1 反应时间
❖ 反应时间（ RT）:又称为反应潜伏期，它是指刺激和反应
的时间间隔。它由反应知觉时间（tz）和动作时间（td）组
成。 即 RT=tz+td
第五章 人体生物力学与施力特征
5.2.3 举物时腰部生物力学模型
∑（L5/S1腰骶间盘力矩）=0 （5-7）
∑（L5/S1腰骶间盘受力）=0 （5-8）
主要解因得素腰：骶货间物盘的所重受力的和压货 物的力位达置到到54脊58柱N重，心大的多距数离工。 其它人因的素腰还骶有间：盘躯都体无扭法转承的受角 度、这货个物压的力大水小平和。形状、货物 移动的距离等。
人机工程学 Ergonomics
第五章 人体生物力学与施力特征
4.人的主体因素
习俗、个体差异（性别、年龄）、疲劳等个人生 理、心理状况。
年龄与反应时间的关系
年
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
龄
20
30
40
50
60
反应时间相对值
100
104
112
116
161
人机工程学 Ergonomics
第五章 人体生物力学与施力特征
表3-1 不同感觉器官的反应时间
❖ 肌力的大小因人而异，男性的力量比女性平均大30% ~35%。年龄是影响肌力的显著因素，男性的力量在20岁 之前是不断增长的，20岁左右达到顶峰，这种状态大约 可以保持10~15年，随后开始下降。
❖ 此外，人体所处的姿势是影响施力的重要因素，作业 姿势设计时，必须考虑这一要素。图5-8表示人体在 不同姿势下的施力状态，图中（a）为常见的操作姿 态，其对应的施力数值见表5-4，施力时对应的移动 距离见表5-5.
3.1 反应时间
❖ 反应时间（ RT）:又称为反应潜伏期，它是指刺激和反应
的时间间隔。它由反应知觉时间（tz）和动作时间（td）组
成。 即 RT=tz+td
生物力学 第五章 软组织力学
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第二节 肌肉的力学性质
肌肉（骨骼肌）是 人体运动系统重要的组 成部分，是人体运动的 动力来源。可以说肌肉 在生物力学研究中是最 具吸引力、最有挑战性 的研究领域。肌肉的力 学性质十分复杂，它跟 组成肌肉各种成份的力 学特性有关，迄今为止 人们仍然在不断的研究 和探索之中。
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一、肌肉的基本知识：
（一）特点： 柔软易变形
（二）分类：骨骼肌、心肌、平滑肌
• 构造要素和收缩机理大致相同 • 结构、功能和力学性质不同 （三）组成： 肌纤维：肌内膜、细胞核、肌浆、肌原纤维 肌原纤维：特殊的收缩蛋白
（肌动蛋白、肌浆球蛋白）
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大
中
平滑肌 小
4、肌纤维有序度：
肌纤维排列 有序度高—— 平直规则
肌纤维排列 肌纤维排列 有序度中—— 有序度低—— 不弯曲缠绕 弯曲缠绕呈螺旋
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骨骼肌
心肌
5、肌纤维节：
平滑肌
肌节明显—— 肌节不够明显—— 无肌节——
工作范围大2~3.5 工作范围小2~2.6
收缩速度快
肌钙（原）蛋白分子
肌动蛋白：表面有与横桥结合的位点，静息 时被原肌球蛋白掩盖；
原肌球蛋白：静息时掩盖横桥结合位点； 肌钙蛋白：与Ca2+结合变构后,使原肌球蛋
白位移，暴露出结合位点。
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细肌丝：
由肌纤蛋白、原肌凝蛋白、肌钙蛋白质组成
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肌原纤维
线粒体少— 线粒体多（大量）— 磷酸肌酸多 磷酸肌酸少 毛细管少— 毛细管多（每根都有）— 可以暂时性缺氧 不可以暂时性缺氧（不可须臾不足）
第二节 肌肉的力学性质
肌肉（骨骼肌）是 人体运动系统重要的组 成部分，是人体运动的 动力来源。可以说肌肉 在生物力学研究中是最 具吸引力、最有挑战性 的研究领域。肌肉的力 学性质十分复杂，它跟 组成肌肉各种成份的力 学特性有关，迄今为止 人们仍然在不断的研究 和探索之中。
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一、肌肉的基本知识：
（一）特点： 柔软易变形
（二）分类：骨骼肌、心肌、平滑肌
• 构造要素和收缩机理大致相同 • 结构、功能和力学性质不同 （三）组成： 肌纤维：肌内膜、细胞核、肌浆、肌原纤维 肌原纤维：特殊的收缩蛋白
（肌动蛋白、肌浆球蛋白）
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大
中
平滑肌 小
4、肌纤维有序度：
肌纤维排列 有序度高—— 平直规则
肌纤维排列 肌纤维排列 有序度中—— 有序度低—— 不弯曲缠绕 弯曲缠绕呈螺旋
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骨骼肌
心肌
5、肌纤维节：
平滑肌
肌节明显—— 肌节不够明显—— 无肌节——
工作范围大2~3.5 工作范围小2~2.6
收缩速度快
肌钙（原）蛋白分子
肌动蛋白：表面有与横桥结合的位点，静息 时被原肌球蛋白掩盖；
原肌球蛋白：静息时掩盖横桥结合位点； 肌钙蛋白：与Ca2+结合变构后,使原肌球蛋
白位移，暴露出结合位点。
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细肌丝：
由肌纤蛋白、原肌凝蛋白、肌钙蛋白质组成
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肌原纤维
线粒体少— 线粒体多（大量）— 磷酸肌酸多 磷酸肌酸少 毛细管少— 毛细管多（每根都有）— 可以暂时性缺氧 不可以暂时性缺氧（不可须臾不足）
人体生物力学与施力特征.PPT22页
71、既然我已经踏上这条道路，那么，任何东西都不应妨碍我沿着这条路走下去。——康德 72、家庭成为快乐的种子在外也不致成为障碍物但在旅行之际却不渝的精神。——伏尔泰 74、路漫漫其修道远，吾将上下而求索。——屈原 75、内外相应，言行相称。——韩非
人体生物力学与施力特征.
41、俯仰终宇宙，不乐复何如。 42、夏日长抱饥，寒夜无被眠。 43、不戚戚于贫贱，不汲汲于富贵。 44、欲言无予和，挥杯劝孤影。 45、盛年不重来，一日难再晨。及时 当勉励 ，岁月 不待人 。
谢谢你的阅读
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人体生物力学与施力特征
• 单一部位的静止平面模型（又称为二维模型），通常指的是在一个平 面上分析身体的受力情况。静止模型认为身体或身体的各个部分如果 没有运动就处于静止状态。单一物体的静止平面模型是最基础的模型 ，它体现了生物力学模型最基本的研究方法。复杂的三维模型和全身 模型都建立在这个基本模型上。
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５.２ 人体生物力学模型
• 引起腰部疼痛的主要原因是用手进行的一些操作，如抬起重物、折弯 物体、拧转物体等，这些动作造成的疾病也是最严重的。除此之外， 长时间保持一个静止的姿势也是引起腰部问题的主要原因。因此，生 物力学模型应该详细分析这两个问题的原因。
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５.３ 人体的施力特征
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５.１ 人体运动与肌骨系统
• 每块肌纤维还可以更进一步地细分成更小的肌原纤维，直到最后的提 供收缩机制的蛋白质丝。这些蛋白质丝可以分为两类，一种是有分子 头的粗长蛋白质丝，称为肌球蛋白；一种是有球状蛋白质的细长丝， 称为肌动蛋白。
• ５.１.２骨杠杆
• 人体有２０６块骨头，它们组成坚实的骨骼框架，从而可以支撑和保 护肌体。骨骼系统的组成使得它可以容纳人体的其他组成部分并将其 连接在一起。
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５.１ 人体运动与肌骨系统
• （１）平衡杠杆 • 支点位于重点与力点之间，类似天平秤的原理，例如通过寰枕关节调
节头的姿势的运动，见图５-２（ａ）。 • （２）省力杠杆 • 重点位于力点与支点之间，类似撬棒撬重物的原理，例如支撑腿起步
抬足跟时踝关节的运动，见图５-２（ｂ）。 • （３）速度杠杆 • 力点在重点和支点之间，阻力臂大于力臂，例如手执重物时肘部的运
• 肌肉的收缩是运动的基础，但是，单有肌肉的收缩并不能产生运动， 必须借助于骨杠杆的作用，方能产生运动。人体骨杠杆的原理和参数 与机械杠杆完全一样。在骨杠杆中，关节是支点，肌肉是动力源，肌 肉与骨的附着点称为力点，而作用于骨上的阻力（如自重、操纵力等 ）的作用点称为重点（阻力点）。人体的活动，主要有下述三种骨杠 杆的形式：
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５.２ 人体生物力学模型
• 引起腰部疼痛的主要原因是用手进行的一些操作，如抬起重物、折弯 物体、拧转物体等，这些动作造成的疾病也是最严重的。除此之外， 长时间保持一个静止的姿势也是引起腰部问题的主要原因。因此，生 物力学模型应该详细分析这两个问题的原因。
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５.３ 人体的施力特征
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５.１ 人体运动与肌骨系统
• 每块肌纤维还可以更进一步地细分成更小的肌原纤维，直到最后的提 供收缩机制的蛋白质丝。这些蛋白质丝可以分为两类，一种是有分子 头的粗长蛋白质丝，称为肌球蛋白；一种是有球状蛋白质的细长丝， 称为肌动蛋白。
• ５.１.２骨杠杆
• 人体有２０６块骨头，它们组成坚实的骨骼框架，从而可以支撑和保 护肌体。骨骼系统的组成使得它可以容纳人体的其他组成部分并将其 连接在一起。
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５.１ 人体运动与肌骨系统
• （１）平衡杠杆 • 支点位于重点与力点之间，类似天平秤的原理，例如通过寰枕关节调
节头的姿势的运动，见图５-２（ａ）。 • （２）省力杠杆 • 重点位于力点与支点之间，类似撬棒撬重物的原理，例如支撑腿起步
抬足跟时踝关节的运动，见图５-２（ｂ）。 • （３）速度杠杆 • 力点在重点和支点之间，阻力臂大于力臂，例如手执重物时肘部的运
• 肌肉的收缩是运动的基础，但是，单有肌肉的收缩并不能产生运动， 必须借助于骨杠杆的作用，方能产生运动。人体骨杠杆的原理和参数 与机械杠杆完全一样。在骨杠杆中，关节是支点，肌肉是动力源，肌 肉与骨的附着点称为力点，而作用于骨上的阻力（如自重、操纵力等 ）的作用点称为重点（阻力点）。人体的活动，主要有下述三种骨杠 杆的形式：
人体平衡的生物力学分析
F1
R
F2
A
即： R F F 1 2
它是力系简化的基础。
20
推 论 二
三 力 平 衡 汇 交 定 理
当刚体受三个力作用而平衡时，若其中任何 两力的作用线相交于一点，则其余一力的作用线 亦必交于同一点，且三力的作用线在同一平面内。
F2
A2
A3
F3
F1
A1
说明不平行三力平衡的 必要条件。 即：三力平衡必汇交。 三力汇交不一定平衡。
④ 连接关节点构成人体棍图。
⑤ 开始测量各环节的相片长度(以毫米为单位)，填入环 节长度一栏内。
⑥ 把各环节重心至近侧端距离占环节长度的百分比填入 ％一栏内。见表4—1中具体的布拉温—菲舍尔环节 相对重心位置数据。
5
⑦ 环节长度乘以环节相对重心位置百分比，填入环节质 近侧端实长一栏内。 ⑧ 按环节质心到近侧端实际长度一栏的数据，在照片上 的环节上点出环节质心位置。头手的位置不必计算， 可以直接点出。 ⑨ 从照片上测量各环节质心的坐标。 ⑩ 把人体模型中已知的环节相对重量数据添入表内（P）。
不稳定平衡（单臂倒立）
随遇平衡（球的平衡）
8
（二）人体平衡的分类
1. 根据支点相对于人体重心的位 置不同，将人体平衡分为以下3种：
（1）上支撑平衡：当人体 处于平衡，且支点在人体重心 的上方，这种平衡状态称为上 支撑平衡。如体操中的各种悬 垂动作。
（2）下支撑平衡：当人体处于平 衡，且支点在人体重心的下方，这种 平衡状态称为下支撑平衡。例如，站 立、平衡木上的平衡动作及田径、游 泳、举重等各类平衡动作。 （3）混合支撑平衡：是一种多 支撑点的平衡状态，这时有的支撑点 在人体重心上方，有的支撑点在人体 重心的下方。例如，肋木侧身平衡。
R
F2
A
即： R F F 1 2
它是力系简化的基础。
20
推 论 二
三 力 平 衡 汇 交 定 理
当刚体受三个力作用而平衡时，若其中任何 两力的作用线相交于一点，则其余一力的作用线 亦必交于同一点，且三力的作用线在同一平面内。
F2
A2
A3
F3
F1
A1
说明不平行三力平衡的 必要条件。 即：三力平衡必汇交。 三力汇交不一定平衡。
④ 连接关节点构成人体棍图。
⑤ 开始测量各环节的相片长度(以毫米为单位)，填入环 节长度一栏内。
⑥ 把各环节重心至近侧端距离占环节长度的百分比填入 ％一栏内。见表4—1中具体的布拉温—菲舍尔环节 相对重心位置数据。
5
⑦ 环节长度乘以环节相对重心位置百分比，填入环节质 近侧端实长一栏内。 ⑧ 按环节质心到近侧端实际长度一栏的数据，在照片上 的环节上点出环节质心位置。头手的位置不必计算， 可以直接点出。 ⑨ 从照片上测量各环节质心的坐标。 ⑩ 把人体模型中已知的环节相对重量数据添入表内（P）。
不稳定平衡（单臂倒立）
随遇平衡（球的平衡）
8
（二）人体平衡的分类
1. 根据支点相对于人体重心的位 置不同，将人体平衡分为以下3种：
（1）上支撑平衡：当人体 处于平衡，且支点在人体重心 的上方，这种平衡状态称为上 支撑平衡。如体操中的各种悬 垂动作。
（2）下支撑平衡：当人体处于平 衡，且支点在人体重心的下方，这种 平衡状态称为下支撑平衡。例如，站 立、平衡木上的平衡动作及田径、游 泳、举重等各类平衡动作。 （3）混合支撑平衡：是一种多 支撑点的平衡状态，这时有的支撑点 在人体重心上方，有的支撑点在人体 重心的下方。例如，肋木侧身平衡。
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第5章人体生物力学与施力特征
5.1 人体运动与骨杠杆
5.1.1 人体运动系统
运动系统是人体完成各种动作和从事生产劳动的器官系统。
有以下三部分组成：
◆骨—运动的杠杆
◆关节—运动的枢纽
◆肌肉—运动的动力
5.1.2 骨的功能和骨杠杆
1.骨的功能
2.骨杠杆，见图5-1
根据支点，力点（动力点）、重点（阻力点）三者不同的位置分布，分为：
◆平衡杠杆，见图5-1（a）
◆省力杠杆，见图5-1（b）
◆速度杠杆：用力大，但运动速度快，，见图5-1（c）
由等功原理，得之于力则失之于速度，反之亦然。
因此，最大的力量与最大的运动范围两者是相矛盾的。
5.2 人体生物力学模型
5.2.1 人体生物力学建模原理
生物力学模型的基本原理建立在牛顿的三大定律基础上：
◆物体在无外力作用下会保持匀速直线运动或静止状态；
◆物体的加速度跟所受到的合外力的大小成正比；
◆两个物体之间的作用力和反作用力总是大小相等、方向相反，作
用在同一条直线上，
5.2.2 前臂和手的生物力学模型
分析身体的各个部位能得出相关关节和肌肉的受力情况，如一个人前臂平举、双手拿起20Kg的物体，此状态的受力情况如图5-2所示：
5.2.3 举物时腰部生物力学模型
在举起重物工作中，脊柱的作用力大小受很多因素的影响，主要考虑影响最显著的两个因素——货物的重力和货物的位置到脊柱重心的距离。
如图5-3所示：
5.3 人体的施力特征
5.3.1 主要关节的活动范围
关节的活动范围有一定的限度，人体处于舒适时，关节必然处在一定的舒适调节范围内。
见图5-4，其数值范围见表5-1.
5.3.2 肢体的出力范围
肌体所能发挥的力量大小取决于：
◆人体肌肉的生理特征
◆施力的姿势、部位、方式和方向，分别见图5-5、5-6、5-7。
5.3.3 人体不同姿势的施力
人体所处的姿势是影响施力的重要因素，在不同姿势下的施力状态如图5-8所示。
5.4 合理施力的设计思路
5.4.1 避免静态肌肉施力
设计要点如下：
1.避免弯腰及其它不自然的姿势，见图5-9（a）
2.避免长时间抬手作业，见图5-9（b）
3.坐姿工作比立姿工作省力
4.双手作业时，手的运动方向相反或不对称
5.作业位置与视距的关系，见图5-10
6.常用工具、零件、材料与操作者的位置关系
7.手在较高位置作业时，应增设支承物
8.利用重力作用，见图5-11
5.4.2 避免弯腰提起重物
用不同的方法来提起重物，对腰部负重的影响不同，如图5-12。
5.4.3 设计合理的工作台
设计可升降的工作台帮助工人搬运大型货物，如图5-13。
设计消除操作过程中不必要的躯体扭转的工作场所，明显较少工人的不适和受伤的可能性，如图5-14。
附录
第5章所附插图
图5-1
图5-2
图5-3
图5-4
图5-5
图5-6
图5-7
图5-8
图5-9
图5-10
图5-11
图5-12
图5-13
图5-14。