人体运动学第一章 总论生物力学基础
人体运动学考试重点总结笔记
人体运动学考试重点总结笔记人体运动学考试重点第一章总论.人体动力学概念(8)：是运用力学的原理与方法研究人体在运动状态下各器官系统形态结构与功能活动变化规律及其影响的一门学科。
是多门学科之间相互交叉与渗透的科学。
是研究人体活动科学的领域。
是通过位置、速度、加速度等物理量描述和研究人体和器械的位置随时间变化的规律或在运动过程中所经过的轨迹，而不考虑人体和器械运动状态改变的原因。
.人体重心：人体重心一般在身体正中面上第三骶椎上缘前方7cm 处。
由于性别、年龄、体型不同，人体重心略有不同。
一般男子中心比女子高，自然站立时，男子重心高度大约是身高的56%，女子大约是身高的55%，这是因为女子骨盆较大的原因。
.人体解剖参考轴与面(14)：轴：冠状横轴，垂直纵轴，矢状轴面：水平面，与地面平行，把人体分成上下两部分冠状面，把人体分成前后两部分矢状面，把人体分成左右两部分.人体关节的运动形式（15）：屈曲与伸展，主要以横轴为中心，在矢状面上的运动内收与外展，主要以矢状轴为中心，在冠状面上的运动内旋与外旋，主要以纵轴为中心，在水平面上的运动（前臂和小腿有旋前和旋后运动，足踝部还有内翻和外翻运动）6、杠杆的分类（17）：三类第1类杠杆，又称平衡杠杆，支点位于力点和阻力点中间第2类杠杆，又称省力杠杆，其阻力点在力点和支点的中间，可用较小的力来克服较大的阻力第3类杠杆，又称速度杠杆，力点在阻力点和支点之间，如使用镊子.骨骼肌肉系统运动学*第一节骨运动学.骨运动学概念（22）：正常成年人人体共有206块骨2、骨的功能（27）：（疑问答题）.力学功能a 支撑功能，骨是全身最坚硬的组织，对肢体起着支撑作用，并负荷身体自身的重量及附加的重量，如脊柱、四肢b 杠杆功能，运动系统的各种机械运动都是在神经系统的支配下，通过骨骼肌的收缩、牵拉骨围绕关节产生的。
骨在运动中发挥着杠杆功能和承重作用c 保护功能，某些骨按一定的方式互相连接围成体腔或腔隙来保护内在组织和器官，如颅腔保护脑2）生理学功能a 钙磷储存功能与物质代谢功能b 造血功能和免疫功能第二节*肌肉运动学1、肌肉的组成、类型及特征：（40）肌肉的组成：完整的肌肉由肌束组成，肌束由肌纤维组成，每个肌纤维又由肌小结组成。
运动生物力学整套课件_第一章__人体运动学总论
2.刚体
是由相互间距离始终保持不变的许多质点 组成的连续体，它有一定形状、占据空间 一定位置，是由实际物体抽象出来的力学 简化模型。在运动生物力学中，把人体看 作是一个多刚体系统。
人体的运动形式
（1）平动：指运动过程中，身体上的任意两点的连线始 终保持等长和平行。其运动轨迹是直线或曲线，人体平动 时，身体上各点的位移、速度和加速度都一致，可简化成 质点处理。
速率指路程与通过这段路程所经历的时间之比。 速度指位移与通过这段位移所经历的时间之比， 是矢量。 瞬时速度指物体在某一时刻或通过运动轨迹上某 一点的速度。 加速度是描述速度的时间变化率的物理量。它是 一个矢量，有大小和方向。可以为正值、负值和0。 加速度也有平均加速度和瞬时加速度。 位移、速度和加速度都可以合成和分解，遵循平 行四边形法则。
描述人体运动空间的物理量
1.质点 是指具有质量、但可以忽略其大小、形状 和内部结构而视为几何点的物体，是由实际物体 抽象出来的力学简化模型。 质点的运动包括直线运动和曲线运动。 直线运动又分为匀速直线运动和变速直线运动， 后者在运动中比较多见。 曲线的运动方向始终在变化，具有矢量性。曲线 运动又常分为圆周运动和斜抛物体运动：斜抛物 体作为质点，在运动中形成的轨迹是一条抛物线。
（二）方法
运动学的研究方法有多种，主要包括描述性方法 和规定性方法。 描述性方法主要是依据人体运动时测量出的数据， 应用运动方程、图像法和表格法来描述人体运动 当时的状态。 规定性方法则是对测量出的数据进行分析和归纳。
运动生物力学的研究方法包括实验方法和理论分析方法。 前者主要是运用CT测试结合计算机图像处理分析系统测 定人体惯量参数、采用三维测力平台及计算机数据处理系 统、等速测力器和肌电图仪测定人体的力参数、以及采用 高速摄像图像分析系统测量人体的运动学参数，求得描述 研究对象的某项运动特征的各项指标，以便提供进行该运 动的必要条件。 后者则是采用人体系统仿真方法/多刚体系统动力学理论 建立抽象的力学模型，将运动主体和运动过程进行数学语 言的描述，应用数学、力学理论和计算推导出各种人体运 动的普遍规律和内在机理。
《人体运动学》第一章 总论(基础与概念)
肉骨骼和心血管系统并发症。
心理活动对人体生理运动的影响
人体运动的基本形式、规律及其生理 意义
呼吸与体液循环 肌骨系统运动 运动的生理效应
制动与卧床对机体的影响
制动对心血管系统的影响很大； 局部制动对肌肉和骨关节系统的影响严重； 对呼吸道的影响； 长期制动会产生感觉剥夺和心理的社会剥夺感； 长期卧床及病痛对精神和情绪的影响，可影响消
第一础与概念 第二节 运动学基础 第三节 动力学基础 第四节 静力学平衡 第五节 生物力学基础 第六节 人体运动的能量代谢 第七节 人体运动的效果评价
第一节 人体运动学基础与概念
1 人体运动的基本形式、规律及其生理意义
2
制动与卧床对机体的影响
3
心理活动对人体生理运动的影响
人体运动过程的生物力学模型研究
人体运动过程的生物力学模型研究人体运动是指人体在空间内的各种运动表现，无论是简单的走路还是复杂的体操运动都需要人体肌肉、骨骼、关节、神经等多个系统协同工作。
然而传统的体育训练和康复治疗方法缺乏科学性和个体化，而生物力学模型可以从数学和物理角度对人体运动进行分析和模拟，为体育训练和康复治疗提供了更为科学的依据。
第一部分：生物力学模型基础生物力学是研究生物体力学性质的学科，在医学、工程学和体育科学等领域有着广泛的应用。
研究人体运动生物力学模型需要了解以下几个基础概念：骨骼系统：人体骨骼系统是人体的支撑和运动系统，由206块骨头和各种关节连接而成。
肌肉系统：人体肌肉系统是人体的动力系统，由肌肉、肌腱、韧带等组成。
在运动过程中，肌肉受到刺激产生收缩，同时连接骨骼的肌腱也会产生拉力。
关节系统：人体关节系统是连接骨骼的组织，协调了骨骼的运动和平衡。
神经系统：人体神经系统是控制和调节人体各系统运转的中枢系统，与生物力学模型相关的是神经系统对肌肉和骨骼运动的控制和调节。
第二部分：生物力学模型的建立建立生物力学模型需要有详尽的解剖学知识、高精度的测量设备和数据处理技术。
目前常用的生物力学模型包括刚体模型、多刚体模型和柔性体模型，下面分别进行介绍。
刚体模型刚体模型基于刚体假设，将人体建模为由骨头、关节、肌肉等刚体组成的系统，模拟人体运动的时候假设所有组成部分都是刚性的。
这种模型在研究人体运动学时具有很高的精度，但是在研究动力学时由于未考虑到力的作用而远离真实情况。
多刚体模型多刚体模型通过约束关系将刚体模型中的连接关系转化为动力学约束，增加模型的可靠性。
同时加入力的作用，使得模型能更好地反映人体运动的复杂特性。
柔性体模型柔性体模型考虑了人体骨骼、肌肉等的柔性特性，而不是简单的假设为刚体。
这种模型可以更真实地反映人体运动的特性，尤其是研究完整的人体运动，例如爬山、攀登等场景。
第三部分：生物力学模型的应用生物力学模型应用在训练和康复治疗中有着广泛的应用，下面分别进行介绍。
人体运动学总论优选文档
研究运动器官的结构是如何适应其生理功 能的学科，为功能解剖学。
研究生物体机械运动的规律，以及力与生 物体的运动、生理、病理之间关系的学科 为生物力学。
研究运动中人体和器械运动力学规律的学 科，为运动生物力学。
在研究人体运动时，是以牛顿力学理论为 基础的。
2.刚体
是由相互间距离始终保持不变的许多质点 组成的连续体，它有一定形状、占据空间 一定位置，是由实际物体抽象出来的力学 简化模型。在运动生物力学中，把人体看 作是一个多刚体系统。
人体的运动形式
（1）平动：指运动过程中，身体上的任意两点的连线始 终保持等长和平行。其运动轨迹是直线或曲线，人体平动 时，身体上各点的位移、速度和加速度都一致，可简化成 质点处理。
人体平动的空间物理量
轨迹：质点运动的路径。当把人体转化成质点来 描述其运动时，把代表人体或器械的质点在一定 时间内用坐标值确定的位置点连接起来，就是人 体或器械某质点的运动轨迹。 路程：是指物体从一个位置移动到另一个位置时 的实际运动路线的长度，也是质点运动轨迹的全 长。路程是标量，只有数值的大小，没有方向。
速率指路程与通过这段路程所经历的时间之比。 速度指位移与通过这段位移所经历的时间之比， 是矢量。 瞬时速度指物体在某一时刻或通过运动轨迹上某 一点的速度。 加速度是描述速度的时间变化率的物理量。它是 一个矢量，有大小和方向。可以为正值、负值和0。 加速度也有平均加速度和瞬时加速度。 位移、速度和加速度都可以合成和分解，遵循平 行四边形法则。
在运动生物力学中，把人体简化为质点、 质点系、刚体和多刚体系等力学模型，而 使研究的问题大大简化。
但是人体是生命体，因此在研究人体运动 学时，还要尽可能地考虑人的生命特征， 才能正确地研究人体的运动。
1.4.第一章 总论 第四节 生物力学基本原理
一、生物力学概述
（二）生物力学基础知识 1.力2 与载荷
力是物体之间的相互作用； 载荷是作用在物体上的外加力。 两者都是物质间的作用，但力是互相间的作用， 载荷3有施加者和承受者的区别。
一、生物力学概述
（二）生物力学基础知识 2.应2 力与应变
物体由于外因(受力、湿度、温度场变化等)而 变形时，在物体内各部分之间产生相互作用的内力， 以抵3抗这种外因的作用，并力图使物体从变形后的 位置回复到变形前的位置。
物体受力变形时，体内各点变形程度一般不同。 某一点变形程度的力学量称为该点的应变，即： 结构内某一点受载时所发生的变形，称应变。 3应变用ε表示，ε= L/L0，L是变形量，L0是初 始长度。 应变的物理意义是外力作用后产生变形的能力。
一、生物力学概述
（二）生物力学基础知识
3.力2 -位移曲线和应力-应变曲线 用变形的位移为横坐标，相应的受力为纵坐标得
运动生物力学研究生物体的运动规律。
3
一、生物力学概述
（二）生物力学基础知识
2 生物力学基础知识：基本概念、基本物理量、计
算方法、计量单位及其物理意义。 基本指标如下：力与载荷、应力与应变、量、应力 3
松弛与蠕变
一、生物力学概述
（二）生物力学基础知识 1.力2 与载荷
一、生物力学概述
（二）生物力学基础知识 4.强2 度与刚度
刚度指受外力作用的抵抗变形的能力。 用K表示，K=F/L, F是所受的力，L是F对应的 变形值。刚度的单位为：N/m2或Pa。力-位移曲线 中线3 性段的斜率即为材料的线性刚度。 刚度是材料产生单位变形所需的外力值。
一、生物力学概述
（二）生物力学基础知识 5.弹2 性模量
相对于地球作变速运动的参考系叫非惯性参考 系。又称动参考系，或动系。
《人体运动学》第一章 总论(运动学、动力学基础)
内容
第一节 人体运动学基础与概念 第二节 运动学基础 第三节 动力学基础 第四节 静力学平衡 第五节 生物力学基础 第六节 人体运动的能量代谢 第七节 人体运动的效果评价
第二节 运动学基础
1
运动学基本概念
2
运动学描写的基本知识
运动学基本概念
（一）物理量 标量、矢量、张量
（二）运动学描写常见的物理量 时刻、时间 位置、位移、路程、轨迹
体阻力 2.内力：肌肉拉力、各组织器官间的被动阻
力、各内脏器官的摩擦力、内脏器官和固定装置 间的阻力等。 （二）牛顿定律
1.牛一 2.牛二 3.牛三
（三）功与能 1.功：作用力与受力点沿力的方向上的位移
的乘积。 2.功率：是描述力对物体做功快慢的物理量，
它等于力在单位时间内对物体所做的功。 3.动能 动能物定体理所：做末的态功的Ek动 12能mv与2 初态动能的差等于
t0 t
3．角加速度：指单位时间内角速度的变化量。
a lim
t0 t
4．转动惯量：转动惯量的大小不仅与物体的质
量有关，还与质量的分布及转轴的位置有关。 （1）对于质量为m的质点，如果它离转轴的
垂直距离为r，那么，这个质点对该转轴的转动 惯量为I=mr2
在研究人体转动问题时，转动惯量是一个必测的基本参数。
4. 保守力与非保守力：重力、弹性力、万
5.势能
重力势E能pG mgh
E pk
弹性势能
1 2
kx2
6.机械能：动能和势能之和
7.功能原理：系统的外力做功与系统内部非保 守力做功的总和等于系统总的机械能的改变。
8.机械能守恒定律：
如果系统的外力做功等于零，并且系统内 部没有非保守力做功，则系统的总机械能将不 随系统状态的改变而改变。这就是机械能守恒
人体运动学重点
人体运动学重点整理第一章人体运动学总论一、名词解释1、人体运动学：是研究人体活动科学的领域，是通过位置、速度、加速度等物理量描述和研究人体和器械的位置岁时间变化的规律活在运动过程中所经过的轨迹，而不考虑人体和器械运动状态改变的原因。
2、刚体：是由相互间距离始终保持不变的许多质点组成的连续体，它有一定形状、占据空间一定位置，是由实际物体抽象出来的力学简化模型。
在运动生物力学中，把人体看作是一个多刚体系统。
运动形式有平动、转动和复合运动。
3、复合运动：人体的绝大部分运动包括平动和转动，两者结合的运动称为复合运动。
4、力偶：两个大小相等、方向相反、作用线互相平行，但不在同一条直线上的一对力。
5、人体运动的始发姿势：身体直立，面向前，双目平视，双足并立，足尖向前，双上肢下垂于体侧，掌心贴于体侧。
6、第三类杠杆：其力点在阻力点和支点的中间，如使用镊子，又称速度杠杆。
此类杠杆因为力臂始终小于阻力臂，动力必须大于阻力才能引起运动，但可使阻力点获得较大的运动速度和幅度。
7、非惯性参考系：把相对于地球做变速运动的物体作为参考系标准的参考系叫非惯性参考系，又称动参考系或动系。
8、角速度：人体或肢体在单位时间内转过的角度，是人体转动的时空物理量。
9、人体关节的运动形式：（1）屈曲（flexion）、伸展（extension）：主要是以横轴为中心，在矢状面上的运动。
（2）内收（adduction）、外展（abduction）：主要是以矢状轴为中心，在前额面上的运动。
（3）内旋（internal rotation）、外旋（external rotation）：主要是以纵轴为中心，在水平面上的运动。
（4）其他：旋前（pronation）、旋后（supernation）、内翻（inversion）、外翻（eversion）。
二、单选题【相关概念】·第一类杠杆：又称平衡杠杆，其支点位于力点和阻力点中间，如天平和跷跷板等。
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垂直于截面的应力称为“正应力” (Normal Stress )
lim ? ?
ΔN dN ?
ΔA? 0 ΔA dA
p
?
?
M
位于截面内的应力称为“切应力” (Shearing Stress )
摆动动作
身体某一部分完成“主要”动作（如踏跳动作）时，身 体的另一部分（如两臂及摆动腿） 配合“主要”动作 进行加速摆动的动 作形式称摆动。
躯干扭转
在身体各部分完成动作时，躯干上下 两端同时绕躯干纵轴的反向转动称躯干的 扭转运动形式。
相向运动
人体处于无支撑的腾空状态完成动作 时，由于人体两端均无约束，因此身体某 一部分向某一方向活动（转动）时，身体 的另一部分会同时产生相反方向的活动 （转动），这种身体两部分相互接近（或 远离）的运动形式称相向运动。
P/A=C（1-e-D δ /L）
C=a constant, D=equivalent modulus e=natural log base （自然对数的底）
比如一些生物材料：软骨或骨属于这种情况
黏弹性
黏弹性材料：力学性质既具有弹性材料 的力学性质，又具有黏性材料的力学性质。
生物固体材料如骨、软骨、肌肉、血管 壁、皮肤等都是黏弹性材料。
平衡杠杆
阻力 点
阻力点
动力点
支点
省力杠杆
动力点 支点
阻力点
速度杠杆
2.关节活动顺序性原理
大关节最先产生运动，然后依据关节的大小出现一 定的先后顺序。
上下肢各关节的肌肉生理横断面（cm2）
关节
上肢
下肢
性别 肩关节 肘关节 腕关节 髋关节 膝关节 踝关节
上肢鞭打
在克服阻力或自体位移过程中，上肢 诸环节依次加速与制动，使末端环节产 生极大速度的动作形式称鞭打动作。
下肢缓冲
在抵抗外力作用过程中，下肢由伸 展的状态转为较为屈曲的状态的动作 过程称下肢的缓冲运动。
下肢蹬伸
在克服阻力过程中，下肢由屈曲状态，进 行积极伸展的动作过程称为下肢的蹬伸动作。
下肢鞭打
应 力 σ
应变ε 滞后现象
二、运动生物力学
（一）人体解剖参考面
（二）人体关节的运动形式
1．屈曲(flexion)与伸展(extension)：主要是 以横轴为中心,在矢状面上的运动。 2．内收(adduction)与外展(abduction)：主要 是以矢状轴为中心,在前额面上的运动。 3．内旋(internal rotation)与外旋(external rotation)：主要是以纵轴为中心,在水平面上的 运动。
微小面积，有分布内力的合力，应力定义为：
p ? ΔP ΔA
K K
? 应力是一个矢量 ? 平均应力——某个范围内，单位面积上的内力的平均集度
? K点的应力——当面积趋于零时，平均应力的大小
和方向都将趋于一定极限，得到
lim p ?
? P ? dP
? A? 0 ? A dA
? 应力即单位面积上的内力——某截面处内力的密集程度 ? 应力的国际单位为 N/m2
第一章 总论
内容
第一节 人体运动学基础与概念 第二节 运动学基础 第三节 动力学基础 第四节 静力学平衡 第五节 生物力学基础 第六节 人体运动的能量代谢 第七节 人体运动的效果评价
第五节 生物力学基础
1
材料力学相关概念
2
运动生物力学
应力与应变
?应力
为了引入应力的概念，参照下图，首先围绕K点取
lim ? ?
ΔT ? dT
ΔA? 0 ΔA dA
应变（ Strain）
对于构件任一点的变形，只有线变形和角变形 两种基本变形，分别由线应变和角应变来度量。
线应变
线应变 —— 即单位长度上的变形量，无量纲， 其物
形量
理意义是构件上一点沿某一方向变
的大小
角应变 切应变 ——即一点单元体两棱角直角的改变量，
无量纲
弹性模量
P/A
E= δ/L
E=Constant ，modulus of elasticity /elastic modulus( 弹性模量）
P/A E1 E2
E3 δ /L
Linear elastic material
代表材料刚度
P/A D1
D2
D3
δ /L Nonlinear elastic material
（四）人体运动链
? 三个或三个以上环节通过关节相连，组成运动 链(kinematic chain)，关节运动链是研究人 体运动的基础，在关节康复治疗中具有重要的 运动学与生物力学意义。
? 运动链分为开链（open kinematic chain， OKC）和闭链（closed kinematic chain，CKC）
另外，前臂和小腿还有旋前(pronation)和
（三）人体的基本运动形式
推
上肢
拉
鞭打
缓冲
人体运动 下肢 蹬伸
鞭打
摆动
全身 躯干扭转
相向运动
上肢推
在克服阻力时上肢由屈曲状态变为伸 展状态的动作过程称为推的基本运动形式。
上肢拉
在克服阻力时上肢由伸展状态变 为屈曲状态的动作过程成为拉的基本 运动形式。
闭链
如果一个运动链的两端都被固定住，或者说运 动链中每一个环节至少和其他二个环节相连就 叫闭链。
B 1 ω
A
C 2
3
D
四杆机构的闭链
开链
? 如果运动链的末端环节是可以自由运动的，或者说 如果运动链中有一个环节只和其他一个环节相连接， 这个运动链就叫开链。
? 在人体运动中大多是开链，尤其是四肢的运动。
黏弹性材料的特点
（1）当物体突然发生应变时，若应变保持一 定，则相应的应力将随时间的增加而下降， 这种现象叫做应力松弛。
应 力 σ
时间t 应力松弛曲线
（2）若令应力保持一定，物体的应变随时间的 增加而增大，这种现象称为蠕变。
应 变 ε
时间t 蠕变曲线
（3）对物体作周期性的加载和卸载，则加载 时的应力-应变曲线同卸载时的应力-应变曲 线不重合，这种现象称为滞后。
人体上肢环节的开链系统
人体运动链
左边图示bam（一个开链）和ABCDE与dff1d1（闭链）。右边图示 一个闭链的运动，其关节角运动是耦合的。
引自V.M. Zatsiorsky 《Kinematics of Human Motion》
（五）人体基本运动原理 1.杠杆原理
寰枕 关节
斜方肌
动力点
支点