运动生物力学 ppt课件

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骨组织的生物力学
• 骨骼系统的作用是保
护内脏器官并为肌肉
提供坚强的动力联系
和附着点，以利于肌
肉收缩和身体运动。
骨具有实现该目的所
需的力学性能。除此
之外，骨具有自我修
复的能力，并能根据
力学的需要改变其性
能和外形 。
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骨对其承受的力具有适应能力
• 持久运动后，承 受最大应力的骨 骼可产生相应的 改变——骨皮质 增厚，骨密度增 加，骨粗隆增大 等
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应力应变
• 应力是结构内某一平面上响应外部施加的 载荷而产生的单位面积的负荷（即力在截 面上各点的分布情况和密集程度），以单 位面积所受的力来表示。表示骨试样应力 测量的最常用单位是每平方米牛顿。
• 应变是结构在载荷下某一点上发生的变形。
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决定结构强度的三个参数
• ① 结构断裂前所能承受的载荷； • ② 断裂前所能承受的变形； • ③ 断裂前所储存的能量。
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骨的力学性能
• 图示出某一塑性材料假定的加载
荷的变形曲线。当在材料的弹性
区内加载，并随之卸负时，结构
恢复原来形状，即不产生永久变
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外力
• 器械的其他阻力
– 肢体推动运动器械进 行锻炼时，除要克服 器械重力外，还需要 克服器械的惯性力、 摩擦力或弹力所产生 的阻力，其大小与肢 体推力相等，方向相 反。
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外力
• 各种外力经常被用来作为运动训练的负荷， 这种负荷要求肢体运动的方向和力量与之 相适应，从而选择投入工作的肌群及其收 缩强度，这是肌力训练的方法学基础。
3% 1%
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5%
43% 2%
12% 2%
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外力
• 支撑反作用力
– 静力支撑反作用 力 ：在静止状态
下，地面或器械
通过支撑点作用 于人体的对重力
G
的反作用力，其
N
大小与重力相同， 方向相反 。
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外力
– 动力支撑反作用力 ：人体做加速度运动时 所受的支撑反作用力，除上述力外还要加上 与加速度运动力大小和方向相反的反作用 力。
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外力
• 摩擦力
– 是指人体或肢体在 地面或器械上滑动 时所受到的摩擦阻 力。其大小因人体 或肢体重量及地面 或器械表面质地而 异，其方向与运动 方向相反。
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外力
• 流体作用力
– 人体在流体中运动时所承受的流体阻力， 称流体作用力。其大小与运动速度、流 体密度成正比，故在水中运动所受到的 阻力较空气中大。但因流体的浮力抵消 了大部分重力，故人体在水中运动比较 省力。
表示；结构的刚度用弹性区的曲
线斜率来表示。
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应力应变曲线
• 在标准情况下进行 试验，可以确定单 位面积所加载荷大 小和以原长来表示 的变形量，从而可 以绘出一条曲线， 称为应力应变曲线。
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• 把一个骨组织的标 准试样装在试验卡 具上，加载直至断 裂，可以获得骨的 应力和应变值，应 力应变曲线可说明 变形结果。应力应 变曲线的分区与载 荷变形曲线相似。
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弹性模量
• 材料的刚度以弹性区内的曲线斜率来表示， 刚度值可以由弹性区内任何一点的应力除 以此点的应变取得，亦即载荷变形曲线上 弹性范围内任意一点的应力对应变的比值， 此值称为弹性模量(modulus of elasticity) （也称杨氏模量，Young's modulus）。能 量储存显示的强度用整个曲线下面积表示。
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• 而肢体在废用后 则可发现——骨 皮质变薄、骨密
度减少，骨粗隆 减小。
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骨的力学性能
• 强度和刚度是骨的重要的力学性能，在做载荷 试验时能够很好的了解这些性能。
• 强度：是一个生物材料（如骨骼）抵抗破坏的 能力。
• 刚度：是一个生物材料（如骨骼）抵抗变形的 能力。
形；若继续加载，材料的最外层
纤维就开始在某些点“屈服”。
若继续加载，超过此屈服点(yield
point) ， 则 进 入 该 曲 线 的 非 弹 性
区，将出现永久变形。若在非弹
性区再继续加载，则可以达到结
构的极限断裂点。在曲线上，由
载荷和变形显示的强度，用极限
断裂点表示；由能量储存显示的
强度，用整个曲线下面积大小来
• 生物力学（Biomechanics）：当力作用于 人体和其他生物体上并加以研究的学科。
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作用于人体的力
• 外力 主要有： – 重力（gravitational force）
• 是地球对其附近物体吸引的力，是人体保 持直立姿势及活动时必须克服的负荷。
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3%
• 作用于人 体运动器 官各节段 重力占体 重的百分 比为
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应力应变
• 应变有两种类型： • 线应变，它是长度的改变，是与以结构原
长相除后的变形量（伸长或缩短），以百 分比表示，如cm/cm。
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• 剪应变是某一结构在承受载荷下所发生的 角 改 变 ， 以 弧 度 (rad) 表 示 （ 1 弧 度 约 等 于 57.3°）。
• 如胃肠蠕动与腹膜、肠系膜、大血管间的阻 力，食管蠕动与纵膈间的阻力等。
– 血液淋巴液在管道内流动时产生的流体阻力， 在分流时产生的湍流等。
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内力
• 各种内力总是相互适应，以维持最佳活动， 同时也不断和外力相抗衡以适应人体生活 的需要。例如为克服重力对Байду номын сангаас液流动的影 响，有时需要肌肉收缩来帮助血流循环。
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作用于人体的力
• 内力 主要有：
– 肌肉收缩时产生的力 • 这种力通过骨的附 着点，根据力偶 （force couple）、 力矩（forgue）、 分力、合力等力学 规律和杠杆原理产 生相应的运动和/ 或维持人体姿势。
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内力
– 各组织器官间的被动阻力 – 各内脏器官间的摩擦力 – 内脏器官和固定装置间的阻力
康复治疗学精品课程系列之
运动生物力学 Sport Biomechanics
Dept of Rehab Therapeutics of Nanjing Medical University
基本概念
• 力（force）：是一种作用，它能改变受力 物体的静止或运动状态。
• 力学（Mechanics）：对力进行广泛综合研 究的学科。