人体生物力学参数共27页文档
人体生物力学与施力特征
人体的施力特征
主要的关节活动范围：
骨与骨之间除了关节相连外，还有肌肉和韧带 联结在一起。韧带具有连接两骨、增加关节 的稳定性、限制关节运动的作用。韧带限制 个关节超过损害限度，使人的活动范围和身 体姿势处于舒适状态。 值得注意的是，年纪较大的人多低于此值，穿 厚衣时角度要小一些。有多个关节的一串骨 髂（qia）中若干角度相叠加产生更大的总活 动范围。
人体的206块骨头构成人体的骨架。
骨的功能与骨杠杆
骨是体内坚硬而有生命的器官，总数约206块， 分为躯干骨、上肢骨、下肢骨和颅骨。 骨的功能： 1.支持人体的软组织和支撑全身重量。 2.骨腔保护内脏器官并协助内脏器官进行活动， 如呼吸、排泄等。 3.骨骼中的骨髓具有造血功能，并储存钙和磷。 4.肌肉牵动骨骼绕关节运动，使人体完成各种 活动。
重要活动范围和身体各部舒适姿 势调节范围
肢体的出力范围
肢体的力量来自肌肉收缩，产生肌力。肌力大 小的决定因素：单个肌纤维的收缩力、肌纤 维的数量和体积、肌肉收缩前的初长度、中 枢神经系统的机能状态和肌肉对骨骼发生作 用的机械条件。 研究表明，一条肌纤维能产生0.01N~0.02N的 力量。如表5-2. 在直立姿势下弯臂，可知大约在70°时力量最 大可达到人体自身重量。
合理施力的设计思路
5.作业位臵高度应按工作者的眼睛和观察时所 需的距离来设计。 6.常用工具放在人的附近。 7.当手不得不在较高的位臵作业时，应使用支 撑物来托住肘关节、前臂或手。 8.利用重力作用，采用自由下落的方法。如图 5-11所示。
பைடு நூலகம்
合理施力的设计思路
避免弯腰提起重物
人的脊柱为“S”曲线形，脊柱承受的重量负 荷由上至下逐渐增加，在提起重物时加载腰 椎的负荷与人体本身负荷共同作用，使腰椎 承受极大的负担，引起腰椎疾病的发生。 改变弯腰姿势能减小腰椎承受的负荷，如图512所示，直腰弯膝提起重物所承受的负荷较 小，而弯腰直膝所承受的负荷较大。
人体的人机学参数总结
人体的人机学参数总结
一、一般人体人机学参数
1、骨骼参数：骨骼参数是由骨骼长度，宽度，厚度等参数构成，可
以说是人体构造的基础。
如肱骨长度一般在27cm，肩胛骨宽度在6cm，肩
胛骨厚度在 2.3-2.4mm，肱骨宽度在7.2-7.3mm，桡骨宽度在 2.7-3.3mm，肱骨厚度一般在1.6-2.2mm，桡骨厚度一般在1.2-2.2mm，腕骨厚度为
1.2-
2.2mm。
2、关节参数：
关节参数是人体构造和运动的重要指标，包括关节范围、灵活性和体
重载荷等。
如肩关节的关节范围为0-180°，关节摩擦力在0.1-0.7N·m，活动范围为-45°～+45°。
肘关节的关节范围为0-145°，活动范围为-30°～+30°，关节摩擦力在0.1-0.6N·m。
腰关节的关节范围为-60°～
+60°，活动范围为-30°～+30°，关节摩擦力在0.5-2.5N·m。
膝关节
的关节范围为0-145°，活动范围为-45°～+45°，关节摩擦力在0.1-
0.7N·m。
3、肌肉参数：
肌肉参数是描述肌肉结构、肌肉活动和力量的重要参数。
如肩部有肱肌、肩胛肌、肱二头肌，其抗力为10-15N。
肱三头肌抗力为10-20N，肱
四头肌抗力为10-22N，内旋肌抗力为6-10N，外旋肌抗力为9-12N。
胸部
有胸大肌，抗力为7-10N。
腰部有腰伸肌、腰屈肌，其抗力分别为20-25N
和6-10N。
《简明运动生物力学》课件3-2人体运动的惯性参数
➢ 转动惯量只决定于物体的质量、质量分 布和转轴的位置，而同刚体绕轴的转动
状态（如角速度的大小）无关。
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人体转动惯量的特点：可变性
二、人体质心（重心）和环节质心（重心）
n
r R I
mi
2m
i
2
i 1
R
I m
影响转动惯量大小的因素
➢ 质量
I
n
i 1
mi
r
2 i
m
R2
➢ 当转轴不发生改变时，并且物体 的质心距转动轴的距离不发生改
变时，物体的质量与转动惯量成
正比，即物体质量越大，其转动
惯量越大；反之，物体质量越小， 其转动惯量越小。
影响转动惯量大小的因素
I
n
mi
• （一）人体环节的划分 • 两种： • 一种是以人体的结构功能为依据，分割环
节的切面通过关节转动中心，并以关节中 心间的连线作为环节的长度。 • 一种是以人体体表骨性标志点作为划分环 节的参考标志，并以此确定环节长度。
• （二）环节质心（重心） • （三）人体质心（重心）
人体总质心位置
保持基本立姿的人体，其质心位置大约位于第二骶椎所在的水平面上。
第二节 人体运动的惯性参数
• 人体惯性参数是指人体整体及环节质量、 质心位置、转动惯量以及转动半径。
• 一、质量与转动惯量
• 1．质量：指物体含有物质的多少，它是量 度平动物体惯性大小的物理量。
• 2．重量：重量即重力的大小，物体由于地 球的吸引而受到的力叫重力。G=mg
第四章关节的生物力学讲课文档
第二节 人体关节的生物力学
第二十九页，共120页。
2.1 肩关节受力分析
肩关节由肩胛骨的关节盂和肱骨头构成，是典 型的球窝关节。肩关节松弛，关节腔宽大，韧带 少且弱，是不太稳定的关节，常发生脱位。
第三十页，共120页。
2.1 肩关节受力分析
⑴肩关节结构的稳定性及运动幅度
15=30N。
前臂屈曲在其他角
度时，计算过程相对复
Fm
T
dM
杂。
第五十一页，共120页。
dG G
2.2 肘关节受力分析
Fm
⑵肘关节受力分析
患者使用手杖时，前臂屈曲30°
角，手杖反力为Fc=150N，L1=3cm， L1
L2=36cm。计算此时肘关节肌肉力及 关节反力。
30°
L2
Fc
第五十二页，共120页。
第二十页，共120页。
1.2 关节的运动幅度和测量方法
⑴影响关节运动幅度的因素
两关节面弧度差：肱尺关节的
肱骨滑车弧度330°，尺骨半月切 迹弧度为190°，屈伸方向上的弧
度差为140°，肱尺关节运动幅度为
140°。两关节面弧度差越大，关节 运动幅度越大。
第二十一页，共120页。
1.2 关节的运动幅度和测量方法
第五页，共120页。
第四章 关节的生物力学
关节共同特性：
运动灵活性强：三维方向的屈曲和旋转，多种运动 同时发生；
关节囊摩擦系数很小，有较强的耐磨性； 有一定的强度、刚度，有一定的稳定性。
第六页，共120页。
第四章 关节的生物力学
维护关节稳定性三因素： 关节面构造形式，骨骼的协调和稳定；
韧带维持的静态稳定作用； 关节周围的肌肉起到的动态稳定作用。
脊柱的生物力学PPT
1、皮质骨壳
椎体的主要负载部位是皮质骨壳还是松 质骨核？
现在学习的是第8页，共38页
1、皮质骨壳
• Rockff等的实验表明，完整椎体的强度随 着年龄的增加而减低。从20-40岁，椎体 强度的降低明显，40岁以后强度改变不 大。
现在学习的是第18页，共38页
椎间盘的生物力学特性
对椎间盘的强度测试表明，椎体前后部 位的椎间盘强度比两侧的高。中间的髓 核强度最低。椎间盘的纤维环在不同的 方向上也表现出不同的强度，沿纤维走 行方向的强度是水平方向强度的3倍。这 一点对于分析脊柱损伤的机制，确定合 理的治疗方法是很有意义的。
现在学习的是第19页，共38页
现在学习的是第23页，共38页
椎间盘的生物力学特性
无蜕变的椎间盘（0 度）需要相对长的时 间性而达到较小变形
现在学习的是第24页，共38页
椎间盘的生物力学特性
7、滞后 椎间盘和脊椎属粘弹性体，有滞后性能 。此结构在循环加载和卸载时伴有能量 损失。滞后与施加的载荷、年龄及椎间 盘所处位置有关。
现在学习的是第25页，共38页
现在学习的是第14页，共38页
（二）椎弓
椎弓不同加 载方式的断 裂载荷
现在学习的是第15页，共38页
二、椎间盘
• 椎间盘为一密闭性弹性垫 ，由相邻椎体上下面的软 骨板，纤维环和髓核组成 。纤维环的纤维走行方向 与椎体平面呈30度角。椎 间盘在椎体间起缓冲垫的 作用，能吸收、缓冲载荷 ，并使载荷均匀分布。
现在学习的是第29页，共38页
椎间盘的生物力学特性
10、自动封闭现象 由于椎间盘缺乏直接的血液供应，损伤 后通过一种特殊的方式—“自动封闭”来 修复。
第一章 人体运动的力学原理.
华中科技大学同济医学院附属梨园 医院康复中心 程凯
第一章 人体运动的力学原理
力→人体→平衡 （equilibrium） 生物力学（biomechanics ） 运动（movement） 力：静力（static）维持人体平衡 的力 动力（dynamic）使人体运动 的力 人体生物力学：人体运动静力学 人体运动运动学
1.一个自由度铰链关节 一个自由度是指这个关节只有一个活动 轴。 如屈戊（hingo）关节—指间关节。 尺桡 关节 —前臂旋前，旋后。 2.两个自由度是指该关节具有两个活动轴 如髁状关节—掌指关节 ＼可作环绕动作 拇指鞍状关节—掌指关节／ 3.三个自由度是指具有三个活动轴的关节 球窝关节（ball and socket）→髋 、肩。 应注意：活动轴和活动方向是两回事。
9.下列哪种杠杆既产生力,又产生速度? #A.支点在重点和力点之间 B.支点在一端,重臂大于力臂 C.支点在一端, 力臂大于重臂 10.下列哪项可提高杠杆机械效率? #A.增加力臂 B.增加重臂 C.增加作用力 D.增加重力
问答题: 1.什么是开链和闭链?请各举一例. 开链是指远端是自由的运动链—如人体四肢和躯干。 闭链是指运动链的远端组合成环状---如骨盆带，胸腔→ 活动范围极小. 2.人体有哪三类杠杆?请各举一例,并说出各类杠杆的特 点. 第一类杠杆： 支点位于重点、力点之间 如，环枕关 节,又有力又有速度. 第二类杠杆：支点在一端，力臂>重臂 .如，小腿三头 肌做踮脚.产生力. 第三类杠杆:支点在一端，重臂 >力臂。四肢关节均属 此类。产生速度,移动较长距离.
二.以身体平面的运动术语 中立位 解剖位 （常用来描述运动的起始点）
三.关节运动的术语： 体段运动 关节运动 前臂上引＼ 体位上引— 屈肘 拉 锯 ／ 小腿抬高＼ 蹲 — 立— 伸膝 坐 —立 ／ 1.屈曲—伸展 2.外展—内收 3.外旋—内旋
生物力学
转动惯量：是衡量物体（人体）转动惯性的大小的物理量。
转动惯量的影响因素：物体（人体）质量、质量分布、转轴位置。
人体转动惯量特性：可变性，瞬时性运动学参数：时间参数，空间参数，时空参数角位移：逆时针转动为正，顺时针转动为负。
参考系：指为了描述人体运动所选定的作为参考标准的物体或物体群。
惯性参考系：是指以地球或相对于地球静止不动的物体或做匀速直线运动的物体作为参考系，通常又称静参考系非惯性参考系：是指以相对于地球做变速运动物体，或者说以相对于惯性参考系做变速运动的物体做为参考系，通常称为动参考系。
力的三要素：力的大小、方向、作用点人体内力：若将人体看作一个生物力学系统，则人体内部各部分相互作用的力称人体内力。
人体外力：来自于外界作用于人体的力内力与外力关系：内力是人体运动的必要条件，内力只有通过外力才能使人体产生整体运动。
人体运动的“硬件”是以骨骼为杠杆，关节为枢纽，肌肉收缩为动力的运动系统。
这个运动系统受神经中枢“软件”的控制，通过内力和外力的相互作用，完成目标动作和适应外界环境变化。
这是人体运动训练可行性的重要基础。
人体共206块骨，其功能是对人体起支持、运动和保护的作用。
人体骨骼的受力形式：拉伸、压缩（载荷能力强）、弯曲、剪切（载荷能力弱）、扭转、复合载荷支撑反作用力：人体处于支撑状态时，力作用于支点（支撑面）上，支点（支撑面）又反作用于人体，这种反作用力称为支撑反作用力。
跑的后蹬阶段送髋的生物力学意义：1）保证骨盆在支撑腿一侧的髋关节一点固定，骨盆有三个自由度，骨盆可绕三轴转动：绕冠状轴俯仰；绕矢状轴上提和下降；绕垂直轴旋前，因此可增大步幅2）如不送髋，骨盆在支撑腿一侧的髋关节两点固定，骨盆有一个自由度，摆动腿只能两髋关节的连线做钟摆式的摆动，使步幅减小。
摆动动作：是指人体肢体为增加全身活动的协调性及增加动作效果而绕某一轴进行的一定幅度的转动。
摆动动作在跳高中的作用：1）协调人体动作，维持身体平衡2）摆动所产生的惯性力可反射性地加大地面对人体的支撑反作用力3）摆动的结果提高了起跳离地瞬间的身体重心的高度4）摆动动作的突停，增加了躯干和起跳腿向上的速度鞭打动作：人们把在克服阻力或自体位移过程中，肢体依次加速与制动，使末端环节产生极大速度的动作形式称为鞭打动作。
03人体运动的生物力学分析.ppt
（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。
人体生物力学与施力特征共63页文档
35、不要以为自己成功一次就可以了 ，也不 要以为 过去的 光荣可 以被永 远肯定 。
拉
60、生活的道路一旦选定，就要勇ห้องสมุดไป่ตู้地 走到底 ，决不 回头。 ——左
人体生物力学与施力特征
31、别人笑我太疯癫，我笑他人看不 穿。(名 言网) 32、我不想听失意者的哭泣，抱怨者 的牢骚 ，这是 羊群中 的瘟疫 ，我不 能被它 传染。 我要尽 量避免 绝望， 辛勤耕 耘，忍 受苦楚 。我一 试再试 ，争取 每天的 成功， 避免以 失败收 常在别 人停滞 不前时 ，我继 续拼搏 。
56、书不仅是生活，而且是现在、过 去和未 来文化 生活的 源泉。 ——库 法耶夫 57、生命不可能有两次，但许多人连一 次也不 善于度 过。— —吕凯 特 58、问渠哪得清如许，为有源头活水来 。—— 朱熹 59、我的努力求学没有得到别的好处， 只不过 是愈来 愈发觉 自己的 无知。 ——笛 卡儿
第5章 人体运动的生物力学特性(修改后)
第5章人体运动的生物力学特性(修改后)work Information Technology Company.2020YEAR第5章人体运动的生物力学特性5.1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。
5.1.1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。
5.1.2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。