医用物理学2人体静力学与平衡.ppt

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1、第一章力学一、静力学StaticForces1.1EquilibriumandStability1.2EquilibriumoftheHumanBody1.3StabilityoftheHumanBodyundertheActionofanExternalForce1.4Leversinthehumanbody1.5TheElbow1.6TheBack1.7StandingTip-ToeonOneFoot二、摩擦力Friction2.1StandingatanIncline2.2FrictionattheHipJoint三、动力学Dynamics7/28/202

2、11会倒吗？7/28/20212一、静力学StaticForces研究作用在处于平衡和静止的物体上的力。质点平衡的条件：其受到的各力之和为零刚体平衡的条件：刚体：具有固定形状及大小的物体。骨头、垒球合力为零？对任意选定的点计算得到的合力矩为零条件一条件二支点7/28/20213r与F所夹的小于π的角矢量叉积r是从支点到F作用点的矢量支点7/28/202147/28/202157/28/202161.1EquilibriumandStability当物体稍偏离平衡位置时，力矩使物体回到原平衡位置，则称为稳定平衡。7/28/202171.2Equilibriumof

3、theHumanBody重心（c.g.）的位置：身高的56％7/28/20218例1.10，一个直立的体重为60kg的人，当他提着15kg的重物w时，求重心位置需移动的距离。在实际生活中这种移动是怎样完成的？需要将身体重心向重物对侧移动7.5cm实际中是靠弯曲上身并将另一侧上肢抬高来维持平衡。7/28/202191.3StabilityoftheHumanBodyundertheActionofanExternalForce7/28/202110人体内的很多肌肉和骨系统起着杠杆作用。杠杆分为第一、第二和第三类，在人体内最常见的是第三类杠杆。1.4Leversin

4、thehumanbody7/28/202111M>1，称为省力杠杆；反之，则M<1，为费力杠杆.机械利益7/28/202112机械利益M>1，省力杠杆7/28/202113机械利益M<1，为费力杠杆.在人体内最常见的是第三类杠杆。7/28/202114负载端的位移和速度反比于机械利益7/28/2021151.5TheElbow二头肌使前臂曲；三头肌使前臂伸。7/28/202116例1.11一个人手持一重14kg铅球，前臂保持水平，臂的尺寸及角度由图b中给出，试求：二头肌产生的力和关节处尺骨的受力。7/28/202117选择支点计算力矩由力的平衡条件7/28/20

5、2118背部各块肌肉产生的力用连接D-C的绳子来等效头和手臂的重量表示为悬挂于杠杆末端的负载W21.6TheBack人的脊柱由24块椎骨构成，椎骨之间被充满液体的椎间盘隔开。躯干的重量均匀分布于背部，等效为悬挂在中点的负载W1作用于第五腰椎的力R7/28/202119考虑70kg的人，w1和w2的代表值为320N和160N。Rθ为R与虚线的夹角7/28/2021201.6TheBackholdsa20kgweight此例说明弯腰时在第五腰椎处产生很大的力，因此，腰背痛常常发生在此处。7/28/2021211.7StandingTip-ToeonOneFoot单脚

6、踮立时，跟腱的拉力Fm约为2.5W，作用于胫骨的压力Fr为3.5W。7/28/202122骨的构造使它适于承受压缩力而不是张力或弯曲力。从前面例题我们注意到，在大多数情况下，肌肉提供的力比负荷作用的力大得多，出现这种情况的一个原因是：如要省力就需要很长的力臂，而这对骨骼系统来说是很难办到的，另一个原因是：短力臂给予的动作要比长力臂的更快。7/28/202123二、摩擦力Friction接触表面u（摩擦系数）钢与钢0.15橡胶轮胎在干水泥地上1.0橡胶轮胎在湿水泥地上0.7钢在冰上0.03润滑的骨关节0.0037/28/2021242.1StandingatanI

7、ncline2.2FrictionattheHipJoint7/28/202125三、动力学Dynamics力学中讨论运动和力的关系的部分称为动力学牛顿第二定律：7/28/202126例3.1a）一个人以1m/s的速度步行时，头碰到一根很低的横梁上，碰撞的持续时间为5ms，如果头的质量为4kg，求碰撞时头部所受的力。7/28/202127b）如果横梁上有2cm厚的垫料，使碰撞时间增加到0.04s，问此时头部所受的力是多少7/28/202128如果一个人从1m高处跳下且着地时腿是伸直的，他将受到很大的冲击。在人着地的瞬间，其速度是4.5m/s，设地面在5ms内使人

8、体停止，此时所受的力约是