《运动康复生物力学》第二章：人体平衡讲义

第二章人体平衡

一、力学基础理论

●运动学特征：物体的运动在空间与时间等方面表现出的差异特征

（运动轨迹、路程、角度、位移、动作的先后次序与持续时间等）

●以经典牛顿力学理论为基础

●研究时把人体及器械看作是质点、刚体或刚体系统处理

概念：

质点：具有一定质量忽略其大小、形状的几何点

刚体：相互间距离始终保持不变的许多质点组成的连续体

1.相关参数

空间特征参数：位置矢量（空间矢量）、轨迹、路程与位移

速率、速度、即时速度（瞬时速度）、加速度

时间特征参数：运动何时开始和结束、持续时间、运动频率、运动的时间结构（节律）等

2.运动形式

根据运动轨迹分：直线运动、曲线运动；根据运动时各点是否平行分：平动、转动、复合运动3.力的概念：力是物体间的相互作用，力的作用离不开物体；

力的作用效应有内效应与外效应；

力的三要素：大小、方向、作用点

4.力学平衡

二力平衡：作用于刚体上的两个力，使刚体平衡的必要与充分条件是：这两个力大小相等、方向相反、沿同一条直线。

三力平衡汇交定理：当刚体受三个力作用而平衡时，若其中任何两力的作用线相交于一点，则其余一力的作用线亦必交于同一点，且三力的作用线在同一平面内。

力系（多力情况）：作用于一个物体上的一群力称为力系

力系的简化；力系的分类

力系的平衡：平面任意力系的一般简化结果为一个主矢FR’和一个主矩M ’。当物体平衡时，主矢和主矩必须同时为零。

5.作用与反作用定律：两物体间相互作用的作用力和反作用力总是同时存在，大小相等，方向相反，

沿同一直线，分别作用在这两个物体上。

6.约束和约束反力

自由体：可以在空间作任意运动的物体。

非自由体：由于受到周围物体的限制（或阻碍）而不能作任意运动的物体。

约束：事先对物体的运动所加的限制条件。

约束反力：约束作用于非自由体的力。（简称：约束力或反力）

主动力：除约束力外，非自由体上所受到的所有促使物体运动或有运动趋的力。

二、人体或人体局部受力分析

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.受力分析图——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。1.分析步骤

1.确定研究对象，取分离体（抓住主要矛盾，分离次要矛盾）；

2.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。

3.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。2.人体运动的内力与外力

内力：人体内部各个部分互相作用的力（肌力、韧带张力、软骨应力、骨应力）

外力：重力；摩擦力；弹性力；器械的其他阻力；支撑反作用力；流体作用力

3.人体平衡：人体保持某一姿态的稳定性或动态中的控制能力。

基本状态：静止或匀速直线运动状态

4.人体平衡的生物学特点：

1)人体不能处于绝对的静止状态

2)人体内力在维持平衡中发挥重要作用

3)生物体在平衡控制中有补偿动作

4)人体具自我控制与调节的能力

5)人体平衡受到心理因素的影响

6)人体平衡过程中消耗大量的能量

三、人体的重心及人体重心的测量方法

1.人体的重心：地球对人体各部分引力合力的作用点

人体所受的重力，严格而言是个汇交力系；但可视作平行力系

●当人体自然站立时，总重心的位置一般在身体正中面上第三骶椎上缘前方7cm处

●男子的重心高度约为身高的56%，女子约为身高的55%

2.人体重心的变化特点

●几何形状固定的物体，不管他怎样运动，其重心相对于自身的位置是不变的。

●人体重心的变化方向与其运动方向一致，距离与其环节质量和运动幅度一致。

3.人体重心测量方法

1)重心板（一维或二维）实测静态人体的重心位置

2)摄影和录像获得的人体图像中通过测量和计算获得

1.以人体左下角边缘处O点为原点绘出直角坐标系（OXY）。

2.确定各环节点位置。

3.确定头和手的重心位置。头的重心在耳廓上缘中点正面观时在两眉间，手的重心在中指的掌指关节处。

4.连接关节点构成人体棍图。

5.开始测量各环节的相片长度(以毫米为单位)，填入环节长度一栏内。

6.把各环节重心至近侧端距离占环节长度的比值填入半径系数一栏内。见表2—1中具体的布拉温—菲

舍尔环节相对重心位置数据。

7.环节长度乘以环节相对重心位置百分比，填入环节重心近侧端实长一栏内。

8.按环节质心到近侧端实际长度一栏的数据，在照片上的环节上点出环节质心位置。头手的位置不必计

算，可以直接点出。

9.从照片上测量各环节质心的坐标。

10.把人体模型中已知的环节相对重量数据添入表内（P）。

11.计算出各环节对轴之矩Px,Py。

12.求出Px,Py的和，即为人体总重心位置。

13.在照片上点出总重心。

四、人体平衡的分类

1.根据人体重心与支撑点的位置关系

1)上支撑平衡（悬垂平衡）

2)下支撑平衡（倒立平衡）

3)混合支撑平衡（肋木侧平衡）

2.根据平衡的稳定性（稳度）

1)稳定平衡（吊袋、悬垂）

2)有限度的稳定平衡（人下支撑平衡）

3)不稳定平衡（单臂倒立）

4)随遇平衡（球的平衡）

五、影响人体平衡的因素

从生理学角度：年龄、性别、神经控制能力、肌肉力量、身体状态（特殊疾患）、药物使用、运动疲劳等。

从力学角度：支撑面大小、重心高低、稳定角、平衡角、稳定系数