第五章 人体运动系统的生物力学

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1、复习：一、人体生物力学材料的分类人体生物力学材料的力学性质是多种多样的，依据其性能可分为弹性材料、粘性材料、塑性材料、粘弹性材料。弹性材料的特点：应力与应变成正比，材料能保证固定的形状，在外力的作用下，外力功转变为弹性能。外力消失或恢复原状。如体育器材中的撑杆粘性材料：应力取决于应变率，粘性流体无固定形状，流动过程不可逆，在外力作用下，外力功转化为分子热消耗。如运动高强度粘性绷带，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。如我们体育器械手柄中的塑性材料粘弹性材料：如果有一种材料，其力学性质既具有弹性材料的力学性质，又具有粘弹性材料的

2、力学性质，那么这种材料就叫做粘弹性材料。如我们玩的碰碰车，属于粘弹性材料，还有我们的血管、皮肤、韧带等等人体材料也属于粘弹性材料。二、粘弹性材料的特点1）当物体突然发生应变时，若应变保持一定，则相应的应力随时间的增加而下降，这种现象叫应力松弛，从而导致变形恢复力（回弹应力）随时间逐渐降低的现象。打包带变松、橡皮筋变松。2）若令应力保持一定，物体的应变随时间的增加而增大，这种现象叫蠕变（缓慢变形）。水滴石川。3）对物体做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。三、骨载荷的分类1.按照载荷作用的性质，我们可以将载荷分为静载荷和动载荷

3、静载荷是逐渐加于物体上的，由零逐渐增至某一值以后不再改变，在这种载荷作用下，物体各部分不产生加速度或是加速度小得可以忽略不计。例如慢起倒立时，作用在手臂上的载荷属于静载荷。动载荷是物体在载荷的作用下，它的某些部分或各部分所引起的加速度相当显著，这种载荷称为动载荷。动载荷又分为冲击载荷和交变载荷。如排球的扣球属于冲击载荷，长途行军属于交变载荷2.骨骼受力的形式:拉伸、压缩、弯曲、剪切、扭转和复合载荷拉伸载荷是自骨的表面向外施加大小相等而方向相反的载荷，例如人体各种悬垂动作时骨受到的载荷，骨在较大载荷的作用下会伸长同时变细。压缩载荷为加于骨表面的大小相等而方向相反的载荷。如举重时身体各

4、部分受到的压缩载荷，在日常的生活中，骨骼最经常承受的载荷是压缩载荷，前面讲过一定的载荷能够刺激骨的生长，促进骨折的愈合。使骨沿其轴线发生弯曲的载荷称为弯曲载荷。骨在弯曲时同时受到拉伸和压缩，拉应力和应变作用于中性轴的一侧（凸侧面），压应力和应变作用于另一侧(凹侧面)。而在中性轴上，没有应力和应变。剪切载荷作用时，载荷施加方向与骨表面平行或垂直，且在骨内部产生剪切应力和剪应变。人的骨骼所能承受的剪切载荷比拉伸和压缩载荷都低。载荷加于骨上使其沿轴线产生扭曲时，即形成扭转。常见于人体或局部肢体做旋转动作时骨骼所承受的绕纵轴的两个方向力矩的作用，例如投掷铁饼旋转时或投掷手榴弹的最后用力阶段

5、，腿部骨承受的载荷。人体同时受到多种载荷的作用。活在人的日常生活中和体育运动中，骨干上的承载是复杂多变的，往往是多种载荷的复合。四、肌肉生物力学一、肌肉的力学特性1.伸展性和弹性肌肉在外力的作用下能被拉长的特性成为肌肉的伸展性，使肌肉伸展的外力除去后又恢复到原来长度的特性称为肌肉的弹性。2.粘滞性肌肉的粘滞性是指肌肉收缩时，由于肌纤维内胶状物质分子间的摩擦及肌纤维彼此间摩擦产生的阻力，使肌肉活动迟缓的特性。肌肉粘滞性与温度的变化有关，温度低．粘滞性增大；温度升高，粘滞性降低。所以在运动之前，需要做准备活动，使体温升高，减少肌肉粘滞性产生的阻力，以加快肌肉收缩速度，提高肌肉工作能力和

6、预防肌肉的拉伤。3.肌肉的松弛被拉长的肌肉，其张力有随时间的延长而下降的特性，这一特性称肌肉松弛。二、肌肉结构的力学模型收缩元：兴奋时产生张力，称为主动张力。并联弹性元：当被动牵拉时产生弹力，称为被动张力。串联弹性：当收缩元兴奋后，使肌肉具有弹性。（因此我们将整块肌肉认为是由许多个模型的串联和并联组成，模型的串联构成肌肉的长度，模型的并联构成肌肉的厚度。肌肉生理的横断面积的增加会导致肌肉收缩力量的增加）。三、肌肉收缩的形式1.等长收缩肌肉产生的张力不足以克服一定阻力使身体某一部分发生移动，而肌肉长度保持不变，便可认为肌肉在进行等长收缩。肌肉的阻力臂与动力臂相等，肌肉作等长收缩。如前

7、面我们讲过的环枕关节。2.向心收缩向心收缩也称克制性收缩，当肌肉产生的张力足以克服阻力，使肌肉明显缩短，其环节的运动方向与肌肉收缩方向一致时，认为肌肉在进行向心收缩。例如，把一杯水从桌上端起，举上嘴边时，肱二头肌便发生向心收缩。在这个情况下，阻力是前臂、杯子和水的重量。动力臂大于阻力臂，肌肉作向心收缩。如前面讲的提踵关节。3.离心收缩一定的阻力克服肌肉张力致使肌肉被拉长，既阻力距大于肌力距，其环节的运动方向与肌肉收缩方向相反，认为是向心收缩，也称为退让性收缩。第五节关