人体运动的生物力学分析共78页
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人体生物力学
向外侧
60 70 70 70 80
• 第三节 人的生物力学特性
• 二、人体各部分的操纵力 操纵力是指人为完成某一动作所需付出的力量（N）
人的头、躯干、肩、四肢、手掌、手指、脚掌、脚趾均 可发出一定的力量（N）。力量的大小与肌肉的质量与数量 有重要关系，还与施力姿势（坐、站、卧）、施力部位（手、 肘、背）、施力方式（握、抱、提、推）、施力方向（向前、 向上）等有密切关系。
• 第三节 人的生物力学特性
• 一、《人体生物力学》一般知识 分析人体结构可以发现，人体完成各种动作的运动器官，
原来是由骨骼、关节、肌肉等组成的。它们巧妙地组成一个 统一体，在大脑的指挥下、在神经系统的支配和协调下，按 照人的意志，完美、准确地做出各种动作。
骨的作用： ①保护壳，保护重要器官如大脑、心脏、肺、肝、胆 ②搭起人体的架子，没有骨，人就是一堆稀泥
• 操纵力是指操作者为完成某一动作所需付出的 力量（N）。
• 肢体的力量来自肌肉收缩，肌肉收缩时所产生 的力称为肌力。 • 在操作活动中，肢体所能发挥的力量大小除了 取决人体肌肉的生理特征外，还与施力姿势、 施力部位、施力方式和施力方向有密切关系 （见图3-21 ）
图3-21 立姿弯臂时的力量分布
1、手的操纵力 ①坐姿：图3-22，表3-22 ②立姿：图3-23
• 第三节 人的生物力学特性
• 二、人体各部分的操纵力 操纵力是指人为完成某一动作所需付出的力量（N）
人的头、躯干、肩、四肢、手掌、手指、脚掌、脚趾均 可发出一定的力量（N）。力量的大小与肌肉的质量与数量 有重要关系，还与施力姿势（坐、站、卧）、施力部位（手、 肘、背）、施力方式（握、抱、提、推）、施力方向（向前、 向上）等有密切关系。
人体运动的生物力学分析
r F
A A
r F
B
作用于刚体上的力的三要素为：大小、方 作用于刚体上的力的三要素为：大小、 作用线。 向、作用线。 作用于刚体上的力是：滑动矢量。 作用于刚体上的力是：滑动矢量。
7
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公 理 三 力 的 平 行 四 边 形 法 则
推 论 三 力 的 平 移 定 理
力可平行于自身移动到任意一点，但需增加一 个力偶，其力偶矩等于原力对新作用点的力矩。如 所示。物体在点A受一个力F，若在任一点B加上一对 平衡力和，并使3个力的大小相等，作用线互相平行， 则和正好构成一对力偶，它对物体只起转动作用。 因此，作用于点A的力可用作用于点B的力和力偶矩M 来代替。
当变形体在已知力系作用下处于平衡时， 当变形体在已知力系作用下处于平衡时，如果 把该物体变成刚体，则平衡状态保持不变。 把该物体变成刚体，则平衡状态保持不变。
它建立了刚体力学与变形体力学的联系。 它建立了刚体力学与变形体力学的联系
11
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13
（四）平衡中的受力分析
解决力学问题时，首先要选定需要进行研究的物 解决力学问题时， 确定研究对象；然后考查和分析它的受力情况， 体，即确定研究对象；然后考查和分析它的受力情况， 这个过程称为进行受力分析 受力分析。 这个过程称为进行受力分析。 1.分离体 把研究对象解除约束， 1.分离体——把研究对象解除约束，从周围物体 分离体 把研究对象解除约束 中分离出来，画出简图。 中分离出来，画出简图。 2.受力图 受力图——将分离体所受的主动力和约束反力 受力图 将分离体所受的主动力和约束反力 以力矢表示在分离体上所得到的图形。 以力矢表示在分离体上所得到的图形。
《人体运动力学》课件
虚拟现实技术在人体运动力学中的应用
01
虚拟现实技术可以模拟真实 环境中的运动场景，让人体 在安全的环境中进行训练。
02
通过虚拟现实技术，可以模 拟各种复杂和危险的运动场 景，提高运动员的训练效果
和安全性。
03
虚拟现实技术还可以用于评 估和诊断人体运动问题，为 运动员和普通人提供更好的
运动康复服务。
活质量。
人体生物力学在牙科矫正中的应用
牙科矫正是指通过各种手段改善牙齿排列不齐、畸形等问题，而人体生物力学在牙 科矫正中也有着重要的应用。
通过分析牙齿、颌骨和面部软组织的运动规律，以及咀嚼过程中产生的力量分布， 牙科医生可以制定更加科学合理的矫正方案。
例如，利用生物力学原理设计出更加符合人体工学的矫治器，提高矫正效果和患者 的舒适度。
《人体运动力学》ppt课件
目录
• 人体运动力学的概述 • 人体运动力学的基本原理 • 人体运动力学在体育中的应用
目录
• 人体运动Leabharlann 学在医学中的应用 • 人体运动力学的未来发展
01
人体运动力学的概述
人体运动力学的定义
01
02
人体运动力学是一门研究人体运动规律的科学，它涉及到人体运动过 程中的力学、生物学和医学等多个领域的知识。
通过合理的运动锻炼，可以促进身体健康 和心理健康，提高生活质量。
02
人体运动力学的基本原理
牛顿第三定律
01
总结词
02
详细描述
作用力和反作用力相等，方向相反，作用在同一条直线上。
这是牛顿第三定律的基本内容，它描述了力是如何相互作用的。在人 体运动中，例如跑步或跳跃，地面反作用力使人体前进或向上运动。
第3-3人体生物力学特性
曲线
克服阻力 不克服阻力
0.22
0.72 0.22
旋转动作
脚 腿 躯干
直线
克服阻力 直线 脚向侧面 弯曲 倾斜
0.36
0.72 0.36 0.72～1.45 0.72～1.62 1.26
表3-20 人体各部分动作的最大频率
动作部位 手 手指 前臂 臂 腿 脚 动作的最大频率（次/min） 204～406 360～431 160～292 99～344 300～373 330～400
图3-13 力的应用（甲）
图3-13
力的应用（乙）
2、 体 位
• 操作者的体位（立位、坐位、躺位）、躯干的稳定 性对人的作用力也有一定的影响。 • 立位作业可以经常改变操作的姿势，活动范围大， 易于用力，但单调作业会引起疲劳 • 立位可适当地走动，有助于维持工作能力，但立位 不易进行精确而细致的工作，不易转换操作，而且 肌肉要作更多的功用以维持体重，易引起疲劳。 • 坐位则可以进行较长时间地精确而细致的工作，可 以手足并用，但是坐位作业则不易改变姿势，用力 受限制，工作范围受局限，久坐会导致生理性疲劳 • 躺位操作易疲劳，汽车修理工修理汽车时就有时必 须仰躺着工作。
图3-11 不同体位下脚的蹬力及在 各个角度时的压力比值
表3-17 脚的操纵力比较
脚别 右脚 左脚 屈曲力/N 男 326 299 女 234 209 男 478 421 伸展力/N 女 344 299
二、人体活动的速度与准确度 1、肢体的动作速度
• 肢体动作速度的大小，基本上决定于肢体 肌肉收缩的速度 • 对于操作动作速度，还取决于动作方向和 动作轨迹等特征
图3-9 坐姿操纵力侧视图 （a）侧视图 （b）俯视图
拉力
03人体运动的生物力学分析.ppt
13
（四）平衡中的受力分析
解决力学问题时，首先要选定需要进行研究的物体， 即确定研究对象；然后考查和分析它的受力情况，这 个过程称为进行受力分析。
1.分离体——把研究对象解除约束，从周围物体中 分离出来，画出简图。
2.受力图——将分离体所受的主动力和约束反力以 力矢表示在分离体上所得到的图形。
14
2
3.刚体——在任何情况下形状和大小始终不变的物 体。
刚体内任意两点的距离始终保持不变。刚体是一个 理想化的力学模型。
4.力系——作用于物体上的若干个力 ❖若两力系对同一物体作用效果相同——等效力系； ❖一个复杂力系用一个简单力系等效替换的过程——力 系的简化。 ❖若一个力系可用一个力等效替换，则该力叫合力；力 系中的各力叫分力。 ❖若作用于物体上的力系使物体保持平衡，则该力系称 为平衡力系。此时力系所满足的条件称平衡条件。
推
作用在刚体上的力可沿其作用线任意移动，而
论
不改变该力对刚体的作用。
一
力
的
F
F
B
可
A
A
传
性 原 理
作用于刚体上的力的三要素为：大小、方向、 作用线。
作用于刚体上的力是：滑动矢量。
7
———————————————————
公
理
作用于物体某一点的两个力的合力，亦作用于
三 同一点上，其大小和方向可由这两个力为邻边所构
3.受力分析的步骤
确定研究对象，取分离体； 先画主动力，明确研究对象所受周围的约束，进一步 明确约束类型，什么约束画什么约束反力。 必要时需用二力平衡共线、三力平衡汇交等条件确定 某些反力的指向或作用线的方位。
注意：（1）受力图只画研究对象的简图和所受的全部 力；（2）每画一力都要有依据，不多不漏；（3）不要 画错力的方向，反力要和约束性质相符，物体间的相互 约束力要符合作用与反作用公理。
（四）平衡中的受力分析
解决力学问题时，首先要选定需要进行研究的物体， 即确定研究对象；然后考查和分析它的受力情况，这 个过程称为进行受力分析。
1.分离体——把研究对象解除约束，从周围物体中 分离出来，画出简图。
2.受力图——将分离体所受的主动力和约束反力以 力矢表示在分离体上所得到的图形。
14
2
3.刚体——在任何情况下形状和大小始终不变的物 体。
刚体内任意两点的距离始终保持不变。刚体是一个 理想化的力学模型。
4.力系——作用于物体上的若干个力 ❖若两力系对同一物体作用效果相同——等效力系； ❖一个复杂力系用一个简单力系等效替换的过程——力 系的简化。 ❖若一个力系可用一个力等效替换，则该力叫合力；力 系中的各力叫分力。 ❖若作用于物体上的力系使物体保持平衡，则该力系称 为平衡力系。此时力系所满足的条件称平衡条件。
推
作用在刚体上的力可沿其作用线任意移动，而
论
不改变该力对刚体的作用。
一
力
的
F
F
B
可
A
A
传
性 原 理
作用于刚体上的力的三要素为：大小、方向、 作用线。
作用于刚体上的力是：滑动矢量。
7
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公
理
作用于物体某一点的两个力的合力，亦作用于
三 同一点上，其大小和方向可由这两个力为邻边所构
3.受力分析的步骤
确定研究对象，取分离体； 先画主动力，明确研究对象所受周围的约束，进一步 明确约束类型，什么约束画什么约束反力。 必要时需用二力平衡共线、三力平衡汇交等条件确定 某些反力的指向或作用线的方位。
注意：（1）受力图只画研究对象的简图和所受的全部 力；（2）每画一力都要有依据，不多不漏；（3）不要 画错力的方向，反力要和约束性质相符，物体间的相互 约束力要符合作用与反作用公理。
人体运动力学
力的值所决定的。骨对生理应力刺激的反应往往处于平衡状 态，应力越大，骨的增生和密度增厚越强。
16 2019/10/30
6．应力强度的方向性
骨结构中骨密质和骨 松质中的密度不同，它们 承受的力量也就不同。骨 密质的多孔性程度占5％ ～30％，而骨松质却占30 ％～90％，骨密质的刚性 比骨松质大，骨密质的变 形(约2％)比骨松质的变 形(约7％)小。
(6)复合载荷
物体同时受到多种载荷
的作用。活体骨承受载荷是
很复杂的，多属于复合载荷
。在人的日常生活和体育运
动中，骨干上的载状况并非
是单一的载荷，作用在体内
骨的载荷是复杂多变的，往
往是多种载荷的复合。例如
，人体髋关节的股骨颈断裂
时，它是压、弯、剪切力3
种载荷的复合。又如，人体
腔骨在步行状态时，在胫骨
4 2019/10/30
（二）人体机械运动的特点
1．人体机械运动有很大的主动性和可变性，而不决定 于外部条件。 2．人体长时间连续工作或运动后易出现疲劳，但经过 休整可以完全恢复。 3．人体的大部分机械运动形式，尤其是体育技术动作 都是后天、自发或自觉地形成的。 4．人体机械运动受大脑皮质的控制、调节并有意识参 与。
复作用的力超过某一生理限度时会使骨组织受到损伤，这 种循环载荷下造成骨的损伤为疲劳性损伤。所有物质，其 载荷和重复作用的关系都能作成一条疲劳曲线(图2—15) 。有些物质(如某些金属)， 它们的疲劳曲线是渐近的， 这说明如果载荷保持低于某一水平的话，不管重复的次数 多少，此物质将仍保持完好，对于实验中的骨，曲线不是 渐近的，因为骨在经受低载荷重复作用时，可产生疲劳性 微骨折。
表2-2男女长骨骨干平均密度的比较
男
女
16 2019/10/30
6．应力强度的方向性
骨结构中骨密质和骨 松质中的密度不同，它们 承受的力量也就不同。骨 密质的多孔性程度占5％ ～30％，而骨松质却占30 ％～90％，骨密质的刚性 比骨松质大，骨密质的变 形(约2％)比骨松质的变 形(约7％)小。
(6)复合载荷
物体同时受到多种载荷
的作用。活体骨承受载荷是
很复杂的，多属于复合载荷
。在人的日常生活和体育运
动中，骨干上的载状况并非
是单一的载荷，作用在体内
骨的载荷是复杂多变的，往
往是多种载荷的复合。例如
，人体髋关节的股骨颈断裂
时，它是压、弯、剪切力3
种载荷的复合。又如，人体
腔骨在步行状态时，在胫骨
4 2019/10/30
（二）人体机械运动的特点
1．人体机械运动有很大的主动性和可变性，而不决定 于外部条件。 2．人体长时间连续工作或运动后易出现疲劳，但经过 休整可以完全恢复。 3．人体的大部分机械运动形式，尤其是体育技术动作 都是后天、自发或自觉地形成的。 4．人体机械运动受大脑皮质的控制、调节并有意识参 与。
复作用的力超过某一生理限度时会使骨组织受到损伤，这 种循环载荷下造成骨的损伤为疲劳性损伤。所有物质，其 载荷和重复作用的关系都能作成一条疲劳曲线(图2—15) 。有些物质(如某些金属)， 它们的疲劳曲线是渐近的， 这说明如果载荷保持低于某一水平的话，不管重复的次数 多少，此物质将仍保持完好，对于实验中的骨，曲线不是 渐近的，因为骨在经受低载荷重复作用时，可产生疲劳性 微骨折。
表2-2男女长骨骨干平均密度的比较
男
女
《简明运动生物力学》课件5-5人体运动的流体力学分析
• 其他称呼：神奇泳衣、SPEEDO泳衣，LZRRacer泳衣、快皮
• 泳者在水中遇到的阻力，与水的密度、泳者的正面面积、摩擦 系数及泳者速度的平方成正比，因此减少正面面积和摩擦系数 是设计低阻力泳的关键。
• 鲨鱼皮泳衣它的核心技术在于模 仿鲨鱼的皮肤，鲨鱼皮肤表面粗 糙的V形皱褶可以大大减少水流 的摩擦力，使身体周围的水流更 高效地流过，鲨鱼得以快速游动 。该泳衣的超伸展纤维表面便是 完全仿造鲨鱼皮肤表面制成的。 此外，这款泳衣还充分融合了仿 生学原理：在接缝处模仿人类的 肌腱，为运动员向后划水时提供 动力；在布料上模仿人类的皮肤 ，富有弹性。
• 根据总阻力计算公式可得出
• 风洞试验中，运动员在飞行中所受到的空气阻力（如表）
空中 姿势
a
b
c
d
e
f
c´ d´ e´ f´
空气 阻力
11.8
11.9
12.1
15.1
19.5
19.9
17.3
19.1
23.5
26.2
•
注：被测试者为男性，身高1.70米，体重70千克，阻力单位为牛顿。
•结论：滑雪杖置于胸前且躯干紧贴大腿阻力最小。
• （一）流线形和水感
• 1、流线形：保持流线形的身体 姿势是减小游泳阻力的重要途径 之一。保持流线形，就是保证流 线能够平稳地流过身体而不发生 紊乱，防止紊流（湍流）出现。
• 2、水感：水感是一种重要的能 力。较好的水感就是熟悉水的流 动。有水感的选手会知道如何用 手掌抓水、推水，并让身体以最 小的阻力，像鱼一样地在水中向 前游进。
第四节 人体运动的流体力学分析
人体运动的流体力学分析
一、人体在流体中运动的阻力
• （一）流动阻力的性质
• 泳者在水中遇到的阻力，与水的密度、泳者的正面面积、摩擦 系数及泳者速度的平方成正比，因此减少正面面积和摩擦系数 是设计低阻力泳的关键。
• 鲨鱼皮泳衣它的核心技术在于模 仿鲨鱼的皮肤，鲨鱼皮肤表面粗 糙的V形皱褶可以大大减少水流 的摩擦力，使身体周围的水流更 高效地流过，鲨鱼得以快速游动 。该泳衣的超伸展纤维表面便是 完全仿造鲨鱼皮肤表面制成的。 此外，这款泳衣还充分融合了仿 生学原理：在接缝处模仿人类的 肌腱，为运动员向后划水时提供 动力；在布料上模仿人类的皮肤 ，富有弹性。
• 根据总阻力计算公式可得出
• 风洞试验中，运动员在飞行中所受到的空气阻力（如表）
空中 姿势
a
b
c
d
e
f
c´ d´ e´ f´
空气 阻力
11.8
11.9
12.1
15.1
19.5
19.9
17.3
19.1
23.5
26.2
•
注：被测试者为男性，身高1.70米，体重70千克，阻力单位为牛顿。
•结论：滑雪杖置于胸前且躯干紧贴大腿阻力最小。
• （一）流线形和水感
• 1、流线形：保持流线形的身体 姿势是减小游泳阻力的重要途径 之一。保持流线形，就是保证流 线能够平稳地流过身体而不发生 紊乱，防止紊流（湍流）出现。
• 2、水感：水感是一种重要的能 力。较好的水感就是熟悉水的流 动。有水感的选手会知道如何用 手掌抓水、推水，并让身体以最 小的阻力，像鱼一样地在水中向 前游进。
第四节 人体运动的流体力学分析
人体运动的流体力学分析
一、人体在流体中运动的阻力
• （一）流动阻力的性质
人体运动的生物力学特性
第5章人体运动的生物力学特性(修改后)(总17页)--本页仅作为文档封面，使用时请直接删除即可----内页可以根据需求调整合适字体及大小--第5章人体运动的生物力学特性人体运动系统人体运动系统由骨、骨连结和骨骼肌三部分构成，它们约占人体质量的58％左右。
肌肉附着在骨架上，受神经系统的支配，能产生各种不同方式的收缩，肌肉收缩时牵动着骨绕骨连结(尤其是骨关节)转动，使人体产生各种各样的运动和操作姿势。
因此，骨是人体运动的杠杆，骨连结是支点，骨骼肌是动力。
骨是人体内部最坚固的组织。
骨与骨之间的连结方式有直接连结与间接连结两大类，直接连结的相对骨面间无间隙，不活动或仅有少许活动；间接连结称为关节，以相对骨面间具有间隙为特征，人体运动主要是骨绕关节的运动所形成的。
人体骨骼人体骨骼共有206块，其中只有177块直接参与人体运动。
人体骨骼分为两大部分：中轴骨和四肢骨。
中轴骨包括颅骨29块(其中有6块听小骨和l块舌骨)、椎骨26块(颈椎7块、胸椎12块、腰椎5块、骶骨和尾骨各1块)、肋骨12对和胸骨1块。
四肢骨分上肢骨和下肢骨：上肢骨64块，下肢骨62块。
如图3—30所示，人体骨骼有下列功能：(1) 支撑人体骨与骨相连结，构成人体支架，支持人体的软组织，承担全身重量。
(2) 保护内脏骨形成体腔，保护脑、心、肺等内脏器官。
(3) 运动的杠杆肌肉牵引着骨绕关节转动，使人体可产生各种各样的运动。
(4) 造血骨的红骨髓有造血的功能，黄骨髓有储藏脂肪的作用。
(5) 储备矿物盐主要储备钙和磷，供应人体的需要。
关节1.关节的分类按其关节面的形态和运动形式，关节可分为下列三大类：(1) 单轴关节只有一个运动轴，骨仅能沿该轴作一组运动。
单轴关节又有屈戌关节和车轴关节之分：屈戌关节，又名滑车关节，凸的关节面呈滑车状，如手指关节。
通常是绕冠状轴作屈、伸运动。
车轴关节，关节头的关节面呈圆柱状，常以骨和韧带连成一环，围绕关节头，作为“关节窝”，如环枢正中关节、桡尺近侧关节等，可绕铅垂轴作旋转运动。