最新《运动康复生物力学》第二章：人体平衡

一、力学基础理论
力系的简化
1.力的平行四边形法则
R
Ф1 α Ф2
2.多边形法则
n
FRF1F2 Fn Fi i1
一、力学基础理论
力系的简化
3.力矩和力偶
力矩：从给定点到力作用线任意点的向径和力本身的矢积 M=L×F（公式）
力偶：大小相等、方向相反、作用线不在同一直线上的一对力 力偶性质：1.力偶无合力；2.只要保持力偶距不变，可相应改变力及力 臂大小，其作用效应不变；3.力偶对物体的作用与矩心无关。
可传性原理：作用于刚体上的力， 可沿其作用线移到刚体上任意点而 不改变该力对刚体的外效应
F
B
A
A
一、力学基础理论
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。
F2
说明不平行三力平衡的必
要条件。
A2
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
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
二、人体或人体局部受力分析
跑的受力分析
阻 力
弹 力
重 力 摩 擦 力
弹力 阻力
摩擦力
重力
二、人体或人体局部受力分析
花样滑冰的受力分析
二、人体或人体局部受力分析
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： 1.重力 G=mg（重力=质量×重力加速度） 重力与运动康复之间的联系： 骨折后功能位的保持
一、力学基础理论
• 位置矢量（空间矢量）
• 轨迹
• 路程与位移
一、力学基础理论
• 速率、速度、即时速度（瞬时速度）、加速度 1.运动康复中常常关心实际通过的距离，而不关心位移 2.加速度是重要的康复指标，如步态训练中脚的离地
• 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）
Vladimir M. Zatsiorsky, IOC Medical Commission, International Federation of Sports Medicine 2000
运动康复生物力学
钱竟光，宋雅伟等编著 人民体育出版社 2008
运动生物力学 张昌亨主编 武汉体育学院出版社 1996
人体或人体局部受力分析步骤
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。
注意：（1）受力分析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。
二、人体或人体局部受力分析
2.摩擦力（静摩擦力与滑动摩擦力）
摩擦力与康复： 1.骨折后的不同骨针固定选择 2.摩擦力相关的功能训练 3.应用于康复器械中，如拐杖前的橡皮垫、矫 形器纹路、
二、人体或人体局部受力分析
3. 约束——事先对物体的运动所加的限制条件。
4. 约束反力——约束作用于非自由体的力。（简称：约 束力或反力）
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，称为主动力（重力、肌力、电磁力）。
约束力是由主动力引起的，故它是一种被动力。
二、人体或人体局部受力分析
人体或人体局部受力分析相关概念
F1
即：三力平衡必汇交。
Байду номын сангаасF3
A3
A1
三力汇交不一定平衡。
一、力学基础理论
力系的概念
① 作用于一个物体上的一群力称为力系 ② 如果某个力系作用在物体上，而使物体处于平衡状态，则这个力系
称为平衡力系 ③ 如果作用于物体上的力系可以用另外一个力系代替，而它对物体作
用的效应相同，则称这两个力系彼此等效。 ④ 如果一个力和一个力系等效，则这个力称为这个力系的合力
一、力学基础理论
力系的分类
力系
平面力系 空间力系
（根据力系中各力的作用 线是否在同一平面）
F1 A
F4
F3
平面力系
汇交力系 平行力系 一般力系
（根据力系中各力线是否相交）
F3
F4 F2
F2
A
FR
F1
F5
平行力系
汇交力系
一、力学基础理论
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。
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。
二、人体或人体局部受力分析
《运动康复生物力学》第二章： 人体平衡
Applied anatomy and biomechanics in sport
By Timothy R. Ackland, Bruce Elliott, John Bloomfield 2009
Biomechanics in sport: performance enhancement and injury prevention
由主矢 FR’ = 0 ，即：
得：
由主矩 M’ = 0 ，得：
一、力学基础理论
作用与反作用定律
F2
F1
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。
一、力学基础理论
约束和约束反力
1. 自由体——可以在空间作任意运动的物体。
2. 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。
直线运动 • 运动形式 曲线运动
平动 转动 复合运动
一、力学基础理论
力的概念
力是物体间的相互作用，力的作用离不开物体 外效应
内效 应
力的三要素：大小、方向、作用点
一、力学基础理论
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。
B F
FA
F