《运动康复生物力学》第二章：人体平衡讲义
运动康复生物力学
❖ 2、力系 ❖ 1）力系基本定义
❖ 力学中把作用于一个物体上的一群力称为 力系。若物体受到一个力系的作用而处于 平衡态，则该力系称为平衡力系。
❖ 等效力系
❖ 若一个力系和另外一个力等效，则这个力 是该力系的合力
❖ 2）基本公理 ❖ （1）二力平衡
❖ （2）加减平衡力系原理
“力的可传递性”
❖ （3）力的平行四边形法则 ❖ （4）作用和反作用定律
❖ ④时间（力作用的持续时间）
❖ ⑤频率（力作用的频繁程度）
❖ ⑥可变性（在作用过程中力的大 小是稳定的还是变化的）
❖ ⑦速度（力以何种速度作用于身 体）
❖ 2、负荷方式 ❖ ◆急性负负荷方
式
❖ ◆慢性负荷方式
❖ （二）运动康复生物力学的人体模型 ❖ 1、质点、刚体 ❖ 2、人体模型
❖ 第二讲 数学基础 ❖ 板书讲
❖ 1、共线力系的简化和平衡 ❖ 力系F1、F2、…. Fi 、Fn中，各力的作用
力在同一直线上的力系称为共线力系。
❖
共线力系的平衡方程 是：
❖ 2、平面汇交（共点）力系的简化和平衡
❖ 所谓平面汇交力系是指各个力的作用力都 位于同一平面内，且都相交于同一点的力 系。
❖ 平面汇交力系的平衡，必须满足基本条件：
❖ 闭锁链，关节要比环节多一个，即K=N+1， 则有：
❖ （四）力的平移定理
康复运动学基础 02-第二章运动力学基础
学习内容
• 第一节 运动中的力与力 矩 • 一、运动中的力 • 二、运动中的力矩 • 一、力系平衡条件与人体 平衡类型 • 二、稳定性及其影响因素 • 三、人体平衡与稳定的特 点 • 第四节 骨、关节生物力学 • 一、骨的生物力学性质 • 二、关节生物力学 • 三、肌腱和韧带的生物力 学
3
• 第二节 牛顿运动定律及 其应用
撑反作用力。如果人体处于静止状态，为静力性
支撑反作用力；如果人体局部环节有运动，则支 撑反作用力会不断变化，称为动力性支撑反作用 力。
9
• 5.流体作用力
• 人体在空气和水中运动时，与流体发生接触，并 相互作用，流体对人体的作用即为流体作用力。 • 人体在水中受到浮力作用，可以减轻肢体的重力 作用，对于肌力不足或关节疼痛的患者，可以借
第二章
运动力学基础
1
学习目标
掌握运动中的力合力矩及其表现形式，并明 确力是物体运动状态改变和形状改变的原因； 掌握影响人体平衡与稳定的因素。
熟悉牛顿运动定律的在人体运动中的应用；
熟悉骨、关节、韧带和肌腱的生物力学特性及
其在康复治疗中的应用。
了解运动中力的合成与分解及其在人体运动
中受力分析中的应用。
28
人体保持平衡稳 定的补偿动作
29
人体内力起重要作用：内力可以通过对外界环 境（人体或物体）的主动作用，从而影响人体的
康复治疗--平衡功能的评定及平衡训练
3、原发性前庭功能障碍患者常伴有颈 部关节活动受限。
（二）平衡反应的检查
平衡反应为皮质水平的反应，它整合前庭、 视wk.baidu.com及触觉刺激输入，是大脑皮质、基底节与小 脑相互作用的结果。肌张力正常且肌张力能够随 身体重心的变化而变化，即具有适应性，是可诱 发出平衡反应的条件。因此，中枢神经系统损害 常表现出平衡反应障碍。
设备功能特点：
1.对于目前国外非常重视的老年人无原因 跌倒，我国尚未开展有关的体检，本设 备可开展体检，筛查出正常人群中平衡 功能减退的患者，并以予即使治疗。
2.可协助诊断导致平衡功能障碍的原因， 对接受康复治疗的患者平衡功能进行量 化，报告跌倒危险指数，以防止患者跌 倒的医疗事故发生
平衡及稳定性测试系统
一、平衡的生物力学因素的评定
1、肌肉骨骼系统完整性的评定。 2、疼痛、关节活动范围受限、肌力或 肌纤维长度的变化
3、关节活动受限或缺乏副运动，姿势 本身也会发生变化。
4、肌力减弱、肌长度或力量不平衡、 肌耐力低下
二、姿势控制的运动因素的评定
（一）运动对策的评定 重心受到干扰时将诱发出何种姿势协同模式取决于
站立面的种类及干扰强度。 1、检查踝关节协同动作时站立支持面要平、硬且
宽； 2、检查髋关节协同动作时被检查者可站在窄于足
运动生物力学
1、直线运动和曲线运动 匀速直线运动
1〉直线运动 变速直线运动
运动生物力学发展简史
1〉最早对人和动物运动的力学问题进行研究 的是古希腊哲学家和自然科学家阿里士多德 2〉最早提出：大脑---运动冲动---神经---肌肉--关节运动理论的是意大利著名医生加伦 3〉提出人体运动必须服从力学定律的观点的 是：意大利科学家达芬奇。 4〉第一部运动生物力学著作是：意大利医生 解剖学家阿鲍列里《论动物的运动》。
第一章 人体运动实用力学基础
第一节 人体运动的运动学
为了方便研究人体的运动，必须对人体进行简化处理，建立人 体的简化模型，下面就介绍几种常见的简化模型。
一 人体的简化模型
(一 )退化模型（可变刚体系）
这种模型是把人体的200多个环节简化为若干个环节 ，(15个环节) ，并把每个环节抽象为刚体（用理想的几何 图形的特征代表人体的环节）组成可变刚体系。各个环节 都有理想的几何外形，再根据人体环节的几何数据（长、 高、宽）和惯性数据（质量、惯量、质心位置）对给出的 参数进行数学表达。形状如图
《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。
第二章康复医学运动学基础
第二章康复治疗的运动学基础
运动学是研究人体活动的科学，所涉及的基础内容主要包括生物力学和生理学。生物力学是应用力学的原理来分析人体运动规律的科学，运动生理学则是研究运动中人体主要系统和脏器功能生理效应规律的科学，两者均是康复治疗学的重要理论基础。正确认识各运动器官的力学特性及其在运动中的相互作用和生理功能，对创伤和疾病的预防、治疗和康复都极为重要。
一、运动力学基础
（一）人体生物力学的概念
1、人体力的种类力学是研究物体间相互作用的力与物体发生位移（运动）之间关系的物理学分支。自然界常见的力有重力、引力、压力等，这些力作用于物体使之发生位置或状态的改变，物体之间发生位置变化的过程称之为运动。与人体运动有关的力主要有内力和外力两种。
（1）内力是指人体内部各种组织器官相互作用的力。其中最重要的首先是肌肉收缩所产生的主动拉力，是维持人体姿势和产生运动的动力；其次是各种组织器官的被动阻力，包括肌肉、骨、软骨、关节囊、韧带、筋膜等受压力或拉力作用时对抗变形的阻力，躯体的惯性力和内脏器官间的摩擦力及其固定装置(如腹膜、肠系膜、大血管等)的阻力等。
（2）外力是指外界环境作用于人体的力，包括重力、器械的阻力、支撑反作用力、摩擦力及流体作用力。各种外力经常被利用来作为运动训练的负荷，这种负荷要求肢体运动的方向和力量与之相适应，因而选择投入工作的肌群及其收缩强度，这是肌力训练的方法学理论基础。
2、人体杠杆人的躯体运动遵循杠杆原理，各种复杂动作都可分解为一系列的杠杆运动。杠杆包括支点、力点和阻力点。支点到力点的垂直距离为力臂，支点到阻力点的垂直距离为阻力臂。根据杠杆上三个点的不同位置关系，可将杠杆分成三类：
平衡协调功能的康复训练PPT课件
ACL的解剖特点
ACL在膝伸直时最紧张，但只是后外束紧张 开始屈膝并内旋胫骨， ACL纤维束的中部变
得紧张 膝关节完全屈曲时， ACL纤维束的前内束变
得紧张
36
ACL的解剖特点
膝关节在屈伸的过程中， ACL的两束交叉扭 转，这就保证了膝关节无论处于何种位置都 有前十字韧带的一部分纤维束紧张，加固膝 关节的稳定性
这一解剖生理特点，也使膝关节无论处于哪 种姿势，只要致伤因素达到可以使膝关节做 超生理范围的运动，都会牵拉紧张的前十字 韧带，使其受损
37
ACL的功能
生物力学：膝关节的稳 定作用，限制胫骨过度 前移和膝过旋
本体感觉：韧带中有感 觉神经末梢，可通过本 体感觉的反馈机制来维 持膝关节的稳定
38
ACL的损伤机制
足部固定在地面、膝 关节在几乎伸直的状 态下Βιβλιοθήκη Baidu外旋或内旋动 作是前十字韧带损伤 的常见机制
39
ACL的损伤机制
40
ACL的损伤机制
受到外力打击造成膝关节外翻、膝关节过伸 也是前十字韧带损伤的常见原因
41
ACL的特殊检查
前抽屉试验 用于检查ACL的松弛情况 患者放松仰卧，曲髋45°，屈膝90°，腘绳肌
12
平衡功能障碍的原因
中枢神经系统功能障碍 维持姿势 调整姿势 动态稳定维持
《人体运动力学》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
• 人体运动力学在医学中的应用 • 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。
04
人体运动力学在医学中的 应用
康复治疗中的力学原理
康复治疗中的力学原理是指利用力学原 理来帮助患者恢复身体功能。
例如，利用生物力学原理进行关节活动 度的训练，改善关节僵硬和肌肉萎缩等
症状。
通过分析人体运动过程中的力学特征， 康复治疗师可以制定个性化的治疗方案 ，提高患者的康复效果。
康复治疗中的力学原理还可以指导患者 进行正确的康复训练，避免因不正确的 动作导致二次伤害。
它主要研究人体在各种运动形式下的受力分析、运动状态变化以及能 量转换等方面的规律，为人类运动能力的提高和运动损伤的预防提供 科学依据。
人体运动力学的应用领域
01
体育科学
人体运动力学在体育科学领域 中有着广泛的应用，例如运动 生物力学、体能训练和运动康
复等。
02
医疗康复
人体运动力学在医疗康复领域 中也有着重要的应用，例如康
人体运动中的碰撞，如篮球或足球中的碰撞，可以根据弹性或非弹性碰撞来分 析。弹性碰撞在人体运动中较少见，因为人体的肌肉和骨骼不是完全弹性材料 。
康复医学基础理论运动学基础课件
4）仍需消耗能量
• 人体姿势的维持，都需骨骼肌作静力性运动
二、运动的生物力学
（2）动力性运动（等张收缩）
• 指肌收缩时肌力大于阻力产生的加速运动和小于 阻力产生的减速运动 特点：
1）肌张力基本恒定，肌长度缩短或拉长 2）有明显的关节活动 3）负荷产生位移，肌做功
二、运动的生物力学
（3）等速收缩
• 肌肉收缩时产生的张力可变，但关节的运动速度是不 变的。产生的运动称为等速运动 特点:
二、运动的生物力学
（二）肌肉的生物力学
1. 运动对骨骼肌类型的影响
• 骨骼肌纤维分型及特性： 白肌（快肌） • 收缩速度 红肌（慢肌） 快速强酵解型 • 收缩和代谢特征 快速强氧化酵解型 慢缩强氧化型
骨骼肌纤维分型及特性
肌肉类型
白肌（I型） （快速氧化酵解） 白肌（II型） （快速氧化酵解） 红肌 （慢速氧化）
（2）肺通气/血流比例失调：上部肺的通气/血流比值减小
下肺部的通气/血流比值增加，使肺泡无效腔增加，从
而影响正常的气体交换
（3）坠积性肺炎发生率增加：长期卧床不能有效清除呼吸 道内的分泌物，导致分泌物沉积，易发生坠积性肺炎
三、制动对机体的影响及康复原理
3. 制动对运动系统的影响
（1）制动对骨骼肌的影响
• 肌代谢障碍：肌局部的血流量减少，有氧活动减弱，无氧酵
(完整)康复医学教案
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运动学基础--第二章 运动学基础
力的平行四边形法则
R
Ф1
α
Ф2
(四)力的时间与空间累积效应
1、力的时间累积效应:在力学上，将作用于物体的合外力 与其作用时间的乘积称为冲量。
2、力的空间累积效应：力与力作用方向上移动距离的乘 积(F.S)，是力的空间累积效应，在力学上称力对物体做 了功。
1）、动量定理
（1）稳定平衡：去除破坏平衡力的 作用后可恢复平衡。其特点是当偏 离平衡位置时，重心升高，产生的 重力矩使物体向平衡位置运动。 （2）不稳定平衡：去除破坏平衡力 的作用后不可恢复平衡。其特点是 偏离平衡位置时，重心降低，产生 的重力矩使物体继续倾倒。仅在下 支撑平衡动作出现。
人体平衡的分类
（3）有限度的稳定平衡：去除破坏平衡 力的作用后仅能在有限的范围内恢复平 衡。其特点是在一定限度内的偏离平衡 位置时，人体重心升高，产生的重力矩 使人体向平衡位置移动，最终恢复平衡。 （4）随遇平衡：不管什么位置下都能平 衡。其特点是偏离原来位置时，重心高 度不变，不产生使物体位置移动的重力 矩。
1、肌拉力 这种力通过其在骨骼上的附着点，可以维持 人体姿势，引起人体内部各部分、各环节间的相对运动。 是人体内力中最重要的主动力。
肌拉力线：肌肉起点、止点中心的连线。
若是超关节，则以动点中心
到拐弯中心的连线。
（二）内力
08级运动生物力学讲稿（第二章1、2）
4、回转半径： 假设绕某轴转动的物体的全部质量集中在离轴距离为 R 的某一点上，且
转动惯量与原物体相对此轴的转动惯量相等，则这个距离称回转半径，也叫 转动半径。（通常用 R 表示）
n
I =
mi ri 2 m R2
运动学基础第二章 运动学基础
1
第二章 运动力学基础
一、运动中的力与力矩 二、人体运动的动力学 三、人体运动的静力学 四、人体运动的转动力学 五、骨与关节生物力学
2
第一节 运动中的力与力矩
一、运动中的力 力：一个物体对另一个物体的作用，是使物体产生形变或线
运动状态改变的原因，包括外力和内力。
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）
肌拉力线：肌肉起点、止点中心的连线。
若是超关节，则以动点中心
到拐弯中心的连线。
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（二）内力
2、组织弹力：当机体拉伸、压缩、扭转时 会发生形变，弹力是机体形变做功的能力。
希尔三元素：a，可收缩成分：骨骼肌纤维
b，串联弹性元：肌腱
c，并联弹性元：结缔组织
11
（二）内力
3、其他：各内脏器官的摩擦力、
静止状态
匀速运动状态
43
力系平衡的条件和类型
（一）、平衡条件--合力为零，合力矩为零
1、共点，共线力系：拔河 2、平面交汇力系 3、平面平行力系 F3 4、空间一般力系
F4
F2
F1
A
F2
F4
F3
FR
平面汇交力系
A F1
F5
平面平行力系
44
空间一般力系
力系平衡的类型
（二）、平衡类型
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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