4生物力学研究方法与技术.ppt
生物医学工程学的基础理论——生物力学
国内（70年代）：
康振黄（四川大学），陶祖莱（中科院），吴云鹏（重庆大学）， 王君健（华中工学院），杨桂通（太原理工），柳兆荣（复旦大 学），席葆树（清华大学），吴望一（北京大学）。。。。。。
冯元桢（Yuan-Cheng B.Feng)
美国国家工程院院士(1979)， 美国国家医学研究院院士(1991)， 美国国家科学院院士(1992)， 台湾“中央研究院”院士(1966)。 曾获国际微循环学会最高奖Landis奖、国际生物流变学会最高奖 Poiseuille奖、美国机械工程师学会“百年大奖”(1981)、美国国 家工程院“创始人奖”（1998）等。 1966年以前,主要从事航空工程和连续介质力学方面的研究并取 得卓著成果，其第一部专著《空气弹性力学》已成为气动－弹性 力学领域的经典著作。 1966年以后致力于生物力学的开拓，是举世公认的生物力学的开 创者和奠基人。
生物力学的研究方法
进行生物力学的研究首先要了解生物材料的
几何特点，进而测定组织或材料的力学性质，确 定本构方程、导出主要微分方程和积分方程、确 定边界条件并求解。对于上述边界问题的解，需 用生理实验去验证。若有必要，还需另立数学模
型求解，以期理论与实验相一致。
研究步骤
1. 首先要考虑生物的形态、器官以及组织的解剖 绪构和微结构，充分认识研究对象的几何特征， 建立合理的物理模型； 2. 测定组织或材料的力学性质，即确定本构方程。 对活组织的测量，困难是很大的。通常的做法 是对所研究的材料通过分析先给出其本构关系 的某种数学表达式，在此数学表达式中保留若 干待定常数，这些常数可以通过在体或离体实 验来确定；
borelli16081679意大利数学家天文学家和医学家第一个推导出天体以椭圆路径运动的原因其专著论动物的运动阐明了肌肉的运动和身体的动力学问题研究了鸟的飞行鱼的游动和心脏和肠的运动意大利数学家天文学家和医学家第一个推导出天体以椭圆路径运动的原因其专著论动物的运动阐明了肌肉的运动和身体的动力学问题研究了鸟的飞行鱼的游动和心脏和肠的运动robertboyle16271691研究了肺阐述了水中的气体与鱼类呼吸的关系罗伯特?虎克16351703细虎克定律细胞莱昂哈得?欧拉17071783提出了脉搏波传播方程jeanpoiseuille17991869医学专业学生创造了用水银压力计测量狗的主动脉血压的方法发现了粘性流的医学专业学生创造了用水银压力计测量狗的主动脉血压的方法发现了粘性流的poiseuille定律s
生物力学
生物力学生物力学 biomechanics shengwu lixue生物力学是应用力学原理和方法对生物体中的力学问题进行定量研究的生物物理学分支。
生物力学的研究范围从生物整体到系统、器官(包括血液、体液、脏器、骨骼等)，从鸟飞、鱼游、鞭毛和纤毛运动到植物体液的输运等。
生物力学的基础是能量守恒、动量定律、质量守恒三定律，并加上描写物性的本构方程。
生物力学重点是研究与生理学、医学有关的力学问题。
生物力学依据研究对象的不同，可细分为生物流体力学、生物固体力学和运动生物力学等。
生物力学的发展简史生物力学一词虽然在20世纪60年代才出现，但它所涉及的一些内容，却是古老的课题。
例如，1582年前后伽利略得出摆长与周期的定量关系，并利用摆来测定人的脉搏率，用与脉搏合拍的摆长来表达脉搏率等。
1616年，英国生理学家哈维根据流体力学中的连续性原理，从理论上论证了血液循环的存在；到1661年，马尔皮基在解剖青蛙时，在蛙肺中看到了微循环的存在，证实了哈维的论断；博雷利在《论动物的运动》一书中讨论了鸟飞、鱼游和心脏以及肠的运动；欧拉在1775年写了一篇关于波在动脉中传播的论文；兰姆在1898年预言动脉中存在高频波，现已得到证实；材料力学中著名的扬氏模量就是英国物理学家托马斯·扬为建立声带发音的弹性力学理论而提出的。
1733年，英国生理学家黑尔斯测量了马的动脉血压，并寻求血压与失血的关系，解释了心脏泵出的间歇流如何转化成血管中的连续流，他在血液流动中引进了外周阻力概念，并正确指出：产生这种阻力的主要部位在细血管处。
其后泊肃叶确立了血液流动过程中压降、流量和阻力的关系；夫兰克解释了心脏的力学问题；斯塔林提出了透过膜的传质定律，并解释了人体中水的平衡问题。
克罗格由于在微循环力学方面的贡献获得1920年诺贝尔奖金。
希尔因肌肉力学的工作获得1922年诺贝尔奖金。
他们的工作为60年代开始的生物力学的系统研究打下基础。
到了20世纪60年代，一批工程科学家同生理学家合作，对生物学、生理学和医学的有关问题，用工程的观点和方法，进行了较为深入的研究，使生物力学逐渐成为了一门独立的学科。
生物力学研究方法与应用
生物力学研究方法与应用生物力学是研究生物运动的力学过程、动力学规律以及机械特性的一门学科。
它是将力学原理和生物学相结合，运用计算机辅助分析得到生物体运动的途径。
早在古希腊时期，亚里士多德就曾研究过牛的奔跑和人类的步行，称之为“动力学”。
而生物力学则是在近代形成的。
随着科技的发展和研究者的努力，生物力学的应用领域越来越广泛。
本文将阐述生物力学的研究方法和应用。
生物力学研究方法生物力学的研究方法主要包括以下几个方面：1.实验法。
通过实验测量生物体运动时的各种参数，来研究运动规律和机械特性。
以运动员的跳高为例，我们可以通过实验测量出运动员起跳的初始速度、起跳的高度、跨越杠杆的速度等参数，来分析和研究运动员跳高的力学过程。
2.数值模拟。
通过计算机模拟生物体运动的过程，来研究运动规律和机械特性。
数值模拟可以通过建模获取生物体的各种状态参数，进而计算出机械特性指标。
例如，通过计算机模拟肌肉收缩过程，可以研究肌肉的力学特性和肌肉产生的驱动力。
3.实际观测。
通过实际观察生物体运动过程，来研究运动规律和机械特性。
例如，通过观测蜻蜓的飞行过程，可以研究其飞行特性并寻找优化方法。
生物力学的应用生物力学的应用范围极为广泛，可应用于医疗、体育、交通、安全等多个领域：1.医疗领域。
生物力学可以用于评估疾病和伤害的影响、治疗方案的制定和手术效果的评估。
例如，生物力学可以通过实验研究不同种类的人工关节假体在运动中的力学特性和生物相容性，为关节置换手术的设计提供依据。
2.体育领域。
生物力学可以用于分析诸如人体运动、姿势和运动员与运动装备之间的关系。
例如，生物力学可以通过实验研究运动员跳高的力学特性和姿势优化，为运动员提高运动成绩提供科学依据。
3.交通安全领域。
生物力学可以用于研究车辆和其他交通工具的碰撞安全性。
例如，生物力学可以通过实验模拟车辆碰撞，分析碰撞力大小及其对车内人员的危险程度，为改进车辆结构和安全性能提供依据。
结语生物力学是一门结合力学原理和生物学的学科，其研究方法主要包括实验法、数值模拟以及实际观测。
生物力学PPT课件
应力应变曲线图：
3）载荷：通常指施加于机械或结 构上的外力；动力机械中通常指 完成工作所需的功率；电机工程 中则指电气装置或元件从电源所 接受的功率。另外，有时也把某 种能引起机械结构内力的非力学 因素称为载荷。
线载荷图示：
载荷可以从不同的角度进行分 类：①根据大小、方向和作用点 是否随时间变化可以分为静载荷 和动载荷；其中静载荷包括不随 时间变化的恒载（如自重）和加 载变化缓慢以至可以略去惯性力 作用的准静载（如锅炉压力）。
17）向心性收缩：肌肉收缩产生 力量，如果阻力负荷低于肌肉所 产生的肌力，肌肉发生收缩这种 状况称之为向心性收缩。
向心性收缩示意图：
18）离心性收缩：若阻力负荷大 于肌肉产生的力，肌肉将被拉长， 这种状况称之为离心性收缩。
19）肌肉张力：肌肉收缩 时在骨杠杆上施加的力称 为肌肉张力。在肌肉上承 受的外力称为抗力或负荷。
2）生物力学基础：生物力学的基础是 能量守恒、动量定律、质量守恒三定 律并加上描写物性的本构方程。生物 力学研究的重点是与生理学、医学有 关的力学问题。依研究对象的不同可 分为生物流体力学、生物固体力学和 运动生物力学等。
二 生物力学名词解析
1）应力：为单位面积上所承受的附加 内力。公式记为
21) 约束反力:是指作用于物体的 力，其大小等于物体加在约束上 的力，方向与之相反。约束反力 的方向总是同阻碍物体运动的方 向相反。
12）骨强度（strength）:是骨组 织对抗发生骨断裂的能力，是骨 组织能承受的极限应力。当骨组 织承受的应力略高于骨强度时， 即发生骨折。30岁以后，男性和 女性的骨强度均有不同程度的下 降。绝经期的妇女，雌激素缺乏， 骨的重建过程紊乱，骨强度明显 减弱。
生物力学
生物力学目前，在科研和临床领域，生物材料的开发及应用无疑是一次重大的变革：人造骨骼和关节、义齿、义眼等的出现（图1-1）在为患者解决生理、美观性问题的同时为社会带来巨大的经济利益。
生物材料即生物医学材料，是指具有天然器官组织的功能或天然器官部分功能的材料，它是生物医学科学中的最新分支学科，是生物、医学、化学、生物物理学和材料科学交叉形成的边缘学科，生物材料的研究与开发具有广泛的应用前景，它已成为最具活力的学科之一。
在生物材料的研发过程中，材料的强度、韧性等力学性能是衡量生物材料应用前景的重要指标之一，这就涉及到了一个古老而现代的学科——生物力学。
（a） (b) (c)图1-1 （a）人造骨骼和关节（b）义齿（c）义眼第一节生物力学的基本知识一、起源与发展其实，生物力学的起源要早于生物材料，它是研究生物和力学有关问题的学科。
在物竞天择的原始社会，人类为生存和基本生活而早已无意识或有意思的应用了生物力学的一些基本原理来生产、生活（图1-2）。
图1-2 原始的生物力学应用现代生物力学大约起源于20世纪60年代末，生物力学和运动生物力学发展进入了形成和发展时期。
在这一时期专家们对于人和动物运动的生物力学特性进行了积极的研究，下面一些学者的科学研究广为人知：亚历山大1970年的《生物力学》；1974年武科布罗多维奇对于动物运动进行了数学模拟，并因此促进了机器人制造技术的发展；19 68年希利杰博兰德创建了有关动物以均匀步法进行运动的理论；1968年苏霍诺夫创建了陆地脊椎动物运动的一般体系；哈顿有关人支撑运动体系调控机制的研究；米勒有关人运动生物力学问题的研究。
1967年召开了第一次国际生物力学学术讨论会。
1973年正式成立了国际生物力学学会（International Society of Biomechanics,ISB）,这标志着生物力学学科的正式建立。
这一时期在苏联运动训练学作为一门独立学科形成了，而在此之前它只是在体育教育学的范畴内发展的。
4生物力学研究方法与技术
③ 应用
不同生物大分子间相互作用的研究 不同作用强度的分子体系。空间精度高：亚 纳米尺度；测力范围宽：可达101-105皮牛。 独立、定量控制分子间相互作用的接触速率、 接触时间、分离速率以及接触力大小，避免 不同物理因素对分子间反应动力学的耦合影 响。
3. 光镊操控技术
① 原理
光镊即单光束梯度力光阱，一束高度汇聚 的激光形成的三位势阱，利用光与物质间动量 传递的光力学效应来实现操控的。称为光学镊 子或光阱。光镊可测量微粒间的微小相互作用 力，所以可以作为测量微粒间相互作用过程的 力探针或力传感器。
②方法
在(b)中，首先将一种分子表征于小球
表面，并将其与被微管吸吮的红细胞进行 组装，然后操控微管与表征另一种分子的 其他细胞或小球实现其结合与分离过程， 在控制加载率或作用力条件下分别测量分 子键断裂力或寿命，获得加载率-断裂力谱 和作用力-寿命谱。
③ 应用
微管黏附频率方法主要应用于认识表征的 受体-配体间二维反应动力学规律，通过量化 其反应动力学参数研究分子结构（分子取向与 长度、载体刚度与表面拓扑结构、氨基酸变异 等）影响其相互作用的机制。 生物膜力探针方法主要应用于受体-配体、 抗体-抗原间结合与解离动力学规律。通过分 子键断裂力谱和寿命谱量化外力和物理因素 （加载率、靠近速度、接触时间等）调控分子 间相互作用规律及其内在的物理机制。
图 微管吸吮技术
（a) 微管吸吮技术 法 (b) 生物膜力探针方
1. 微管操控技术
① 原理
微管吸吮技术
micropipette aspiration technique, MAT
图 微管吸吮技术 （a) 微管吸吮技术 (b) 生物膜力探针方法
微管吸吮技术：在负压作用下细胞变形的 动力学过程来研究细胞的力学和粘弹性性质。
细胞生物力学中的生物力学模型与实验方法
细胞生物力学中的生物力学模型与实验方法细胞生物力学是研究细胞内部和外部受力的科学领域，涉及到生物材料力学、生物流变学、细胞形态学等多个学科。
在实际研究中，我们需要建立合理的生物力学模型和实验方法来帮助我们更好地理解细胞生物力学的本质。
一、生物力学模型1.1 力学模型细胞内部的受力主要有两类：机械压力和内部弹性力。
机械压力即外部施加在细胞上的力，比如通过细胞培养板施加压力或者通过流体力学施加剪切力；内部弹性力则是由于细胞本身形态变化引起的弹性反力。
针对这些受力，研究者设计了各种力学模型，其中最基础的力学模型就是弹性体模型。
在这种模型中，细胞被看做一个弹性体，它可以在受力的情况下发生弹性变形。
弹性体模型可以用于分析细胞内部的力学行为，比如细胞膜的变形、内部水平面的变形等等。
除此之外，还有其他一些生物力学模型，比如网络模型、粘弹性模型等。
这些模型主要是为了更好地描述细胞生物力学行为中的复杂性而设计的。
1.2 生物力学仿真生物力学仿真是利用计算机模拟来分析细胞生物力学的一种方法。
通过仿真，可以模拟细胞受力的过程，同时也能够可视化地表示细胞的力学行为。
生物力学仿真在模型验证和预测方面是非常有用的。
通过仿真，我们可以更好地理解细胞内部的力学行为，同时也可以测试生物力学模型的有效性。
二、实验方法2.1 细胞力学测试细胞力学测试是通过特殊的设备来测量细胞在外部施力下的弹性反应。
常用的细胞力学测试方法有：（1）牵引力显微镜测试：利用牵引力显微镜来测量细胞在外部施力下的反应。
这种测试方法可以模拟细胞在生理环境下受到的外力，对于研究细胞内部的调节机制非常有用。
（2）应力杆测试：应力杆测试是一种常用的测试方法，它通过将细胞贴在一个金属板上，在顶部施力，从而观察细胞在不同外力下的形态变化。
2.2 流体力学测试流体力学测试是研究细胞内部流体运动的一种方法。
通过这种方法，可以探究细胞内液体的流动特性以及对液体流动的控制机制。
运动生物力学(第三版)精品PPT课件
第三节 动力学(kinetics)参数
一、动力学参数 （一）力 * 力的三要素：大小、方向、作用点
α
1. 人体内力与外力 内力：人体内部各部分相互作用的力 例如：肌肉力，关节约束反作用力 外力：来自外界作用于人体的力
内力和外力是相对的（可以相互转化） 2. 人体受力特点
集中力（集中在一点上） 正心力（穿过质心） 分布力（分布在一个面上） 偏心力(离质心有一段距离)
1396408574086186762xhshanjnyahoocomcnxhshansdnueducn绪论一运动生物力学概念运动广义自然界各种物质存在的形式固有属性狭义物质的机械运动运动生物力学中的运动运动动作或体育动作第一章第一节生物学研究物体生命现象规律的科学1生物体形态结构功能及其统一2生物体内部之间的相互作用局部和整体的统一3生物体与外界环境之间的相互作用本课程中的生物一般指活的人体也有动物第一章第一节力学物体机械运动规律的科学时空生物力学力学与生物学交叉渗透融合而形成的一门边缘学科运动生物力学研究人体运动力学规律的科学它是体育科学的重要组成部分第一章第一节特点1应用性力学原理应用于生物体2交叉性人体解剖生理学等交叉3新兴性历史短但快速发展分类1人类工程学人枪
1）惯性参照系：相对于地球静止或匀速直线运 动
2）非惯性参照系：相对于地球做变速运动
2 坐标系：设置在参照系上的数轴
1）一维——百米；50米游泳
2）二维——跳远
0
3）三维——跳高；铁饼等
y
P(x,y)
z
P(x) x
P(x,y,z)
0
0
x
y
x
(三）运动学参数的瞬时性特征
1. 瞬时速度与平均速度 （1） 平均速度 V=s/ t，例如100米跑12秒 （2）瞬时速度 V=lim (s/ t)
生物力学的研究与应用
生物力学的研究与应用生物力学是一门研究生物体运动的科学，它结合了生物学和力学的原理，通过对生物体运动的分析和模拟研究，推动了医学、体育和工程学等领域的发展。
本文将介绍生物力学的研究内容和应用，并探讨其在不同领域中的重要性和前景。
一、生物力学的研究内容1.生物力学的基本原理生物力学主要研究生物体的运动机制和相关生理问题。
其中力学是研究物质在受力作用时的力学行为和力学规律，而生物学是研究生命体的结构、功能和运动方式。
生物力学通过这两个学科的融合，研究生物体的运动途径、速度、力量、应力分布等。
2.生物力学的实验方法生物力学的研究需要准确的实验数据支持。
常用的实验方法包括人体运动分析、生物体仿真实验、组织细胞力学实验等。
其中，人体运动分析是通过使用高速摄像机、力传感器等设备来记录和分析生物体运动的细节，以得出与运动相关的参数和结论。
3.生物力学的建模和仿真生物力学的研究还包括对生命体运动行为的建模和仿真。
通过对生物体结构、组织和各个部位功能的深入了解，可以建立相应的数学模型，并通过计算机仿真来预测和探究生物体的运动机制。
这种建模和仿真的研究方法在医学手术规划、人体姿势优化设计等方面具有重要的应用价值。
二、生物力学在医学领域中的应用1.康复医学生物力学为康复医学提供了重要的支持。
通过对人体肌肉、关节等组织结构和运动机制的研究，可以制定出更加科学和个性化的康复计划。
康复医学在运动损伤、脊柱疾病、假肢设计等方面的应用，都离不开生物力学的知识和方法。
2.运动和运动损伤研究生物力学对运动和运动损伤的研究有着重要影响。
通过对不同运动形式的分析和仿真，可以帮助运动员优化训练计划，提高运动表现。
同时，生物力学还可以研究运动损伤的机理和预防方法，为运动员提供更好的保护。
3.人体工程学人体工程学是研究人体与工作环境相互关系的学科，生物力学为人体工程学提供了重要的理论基础。
通过对人体姿势、工作方式等进行分析和仿真，可以设计出更人性化和安全的工作环境和工具，提高劳动效率和健康水平。
1.4.第一章 总论 第四节 生物力学基本原理
一、生物力学概述
（二）生物力学基础知识 1.力2 与载荷
力是物体之间的相互作用； 载荷是作用在物体上的外加力。 两者都是物质间的作用，但力是互相间的作用， 载荷3有施加者和承受者的区别。
一、生物力学概述
（二）生物力学基础知识 2.应2 力与应变
物体由于外因(受力、湿度、温度场变化等)而 变形时，在物体内各部分之间产生相互作用的内力， 以抵3抗这种外因的作用，并力图使物体从变形后的 位置回复到变形前的位置。
物体受力变形时，体内各点变形程度一般不同。 某一点变形程度的力学量称为该点的应变，即： 结构内某一点受载时所发生的变形，称应变。 3应变用ε表示，ε= L/L0，L是变形量，L0是初 始长度。 应变的物理意义是外力作用后产生变形的能力。
一、生物力学概述
（二）生物力学基础知识
3.力2 -位移曲线和应力-应变曲线 用变形的位移为横坐标，相应的受力为纵坐标得
运动生物力学研究生物体的运动规律。
3
一、生物力学概述
（二）生物力学基础知识
2 生物力学基础知识：基本概念、基本物理量、计
算方法、计量单位及其物理意义。 基本指标如下：力与载荷、应力与应变、量、应力 3
松弛与蠕变
一、生物力学概述
（二）生物力学基础知识 1.力2 与载荷
一、生物力学概述
（二）生物力学基础知识 4.强2 度与刚度
刚度指受外力作用的抵抗变形的能力。 用K表示，K=F/L, F是所受的力，L是F对应的 变形值。刚度的单位为：N/m2或Pa。力-位移曲线 中线3 性段的斜率即为材料的线性刚度。 刚度是材料产生单位变形所需的外力值。
一、生物力学概述
（二）生物力学基础知识 5.弹2 性模量
相对于地球作变速运动的参考系叫非惯性参考 系。又称动参考系，或动系。
生物力学
研究生物心血管系统 消化呼吸系统 泌尿 系统 内分泌以及游泳 飞行等与水动力学 空 气动力学 边界层理论和流变学由关的力学问题 。
新技术
微/纳米尺度的生物力学测试技术
新方法
系统生物力学方法
新特点
内涵扩大【生物医学工程 生物工程】 有机融合【生命科学与基础和工程科学】 微观深入【细胞-亚细胞-分子层次；定量生物学】 宏观-微观相结合【组织工程 器官力学 信息整合与系统生物学】
新概念
仿生力学 仿生力学在人类历史上至今天，都一直给人类
以启发。鸟类 昆虫的飞翔一直来都是驱动人类航 空的直观动力，而鱼类的用水动则为新型水下运输 工具设计提供新的思路。研究扑翼飞行和鱼类泳动 力学的原理，鸟类和昆虫扑翼运动的力 能转换机 理都具有科学意义和应用价值。
肝胆流变学
作为我国为数不多 具有原创性的研究领 域，起研究成果在上世纪80年代在国际生物力 学界具有一定影响。
在实践中，运动生物力学主要用于确 定各专项体育运动的技术原理，作为 运动会的技术诊断和改进训练方法的 理论依据。此外，运动生物力学在运 动创伤的防治，运动和康复器械的改 进，仿生机械如步行机器人的设计等 方面也有重要作用。同时还为运动员 选材提供了依据。
肌肉骨骼系统 基础生物力学
内容简介：
《肌肉骨骼系统基础生物力学》(第3版) 分三篇18章，深入讨论了肌肉骨骼系统的 组织结构、关节力学及临床应用，包括对 肌肉骨骼的发育、组成结构、功能及功能 评定、创伤的力学机制、临床力学结构重 建等相关的最新研究信息。
应用
人体各器官、系统，特别是 心脏—循环系统和肺脏—呼吸 系统的动力学问题、生物系统 和环境之间的热力学平衡问题、 特异功能问题等也是当前研究 的热点。生物力学的研究，不 仅涉及医学、体育运动方面， 而且已深入交通安全、宇航、 军事科学的有关方面。
生物力学基础知识介绍
（三）应力与应变
内力：物体受到外力作用而发生变形时，其内部各质点的相 对位置要发生改变，各质点的原有相互作用力也发生改变， 这个因为外力作用而引起的质点之间内力的改变量，就是力 学中所研究的内力。
应力：指单位面积上内力的大小。若外力均匀且垂直作用于 受力面上，则可用公式表示为：
应应力 力=
系。 根据力学原理，如质量守恒、动量守恒、能量守恒等，建
立所研究器官或系统的数学模型，确定边界条件。 用解析方法、近似方法或数值方法求解数学模型。 设计和实施相应的生理学实验，得到相应的实验数据。 对实验数据和从模型中得到相应仿真结果进行分析比较，
验证所建立力-数学模型的有效性。
生物力学基础知识
Biomechanics,ISB）,这标志着生物力学学科的正式建立。 上世纪90年代起，生物力学的发展非常迅速，这主要是因为生
物力学促进了人们对自然界动物和植物的了解，对医学卫生、 生理、病理研究有所贡献。
目前，国内外生物力学的研究进入了一个理论基础和临床应 用结合，从微观层次到系统综合层次，多个学科交叉的发展 阶段。生物力学的发展潜力是巨大的。
约束反力
约束限制物体的运动，改变物体的运动状态，因此，约束对 物体的作用就是力的作用。约束对物体的作用力称为约束反 力。约束反力以外的力称为主动力。
（二）约束和约束反力
约束反力的三要素
方向 该约束所能阻碍的运动方向相反 作用点 被约束物体与约束的接触点 大小 随物体的受力情况而定
受力大，约束反力亦大
（一）力
作用于物体上同一点的若干个力，可以合成为一个力， 其运算遵循平行四边形法则，如图2所示，
F2
F合力
O F合力= F1+F2
力学教学课件ppt
04
力学实验与实验设备
力学实验的基本类型与目的
验证性实验
旨在通过实验验证力学理论或 定律。
研究性实验
旨在通过实验研究力学现象或材 料的力学性能。
综合性实验
旨在通过实验综合运用多种力学理 论或技术。
实验设备与实验方法
力学试验机
振动测试系统
用于测试材料或结构的强度、刚度和稳定性 。
用于测试结构的振动特性及其对外部激励的 响应。
1. 动力学的基本原理：包括牛顿运动定律、动量定理 、动能定理等。
详细描述
2. 应用：利用动力学原理分析实际问题，如车辆行驶 时的阻力、火箭升空所需的推力等。
03
力学应用
结构力学与材料力学
• 结构力学 • 静力学：研究物体在力作用下的平衡和变形规律。 • 动力学：研究物体在运动状态下受到的力和运动规律。 • 弹性力学：研究物体在弹性范围内的变形和应力关系。 • 材料力学 • 材料强度：研究材料在受力作用下的强度和屈服条件。 • 材料刚度：研究材料在受力作用下的变形和弹性模量。 • 材料稳定性：研究材料在受力作用下的失稳条件和稳定性问题。
流体力学与液压传动
• 流体力学 • 流体静力学：研究流体在静止状态下的压力和平衡规律。 • 流体动力学：研究流体在运动状态下的速度和应力关系。 • 流体阻力和压强：研究流体在运动中遇到的阻力和压强分布规律。 • 液压传动 • 液压泵和液压马达：提供液压系统动力输出的设备。 • 液压阀和液压缸：控制液压系统流量和压力的设备。 • 液压系统的维护和调试：保证液压系统正常运行的技术措施。
力学的发展历程与重要性
总结词
力学的发展历程可以追溯到古代，经历了多个阶段，并在科学技术的进步中扮演 重要角色。
生物力学 生物力学的力学基础ppt课件
②人种：
③后天因素：
建议取美国莫利斯的肌力系数值：
男： 920 KPa 女： 710 KPa
V m Fm S L L
①与肌纤维解剖条件的关系： 比较梭形肌、扇形肌、羽状肌、半羽状肌的 肌力大小及灵活性。
②与肌纤维力学条件的关系（略）
③与肌纤维生理条件的关系（略）
2、第二基本力：电力
Fm Wh Wh 3 Fm
T 2Wh T 4Wh
Fm
例如.头部杠杆
J
3
1
Wh
Fm 3Wh
平衡杠杆
T 4Wh
3
Wh
J
J
1
Fm Wh Fm
（2）第二类杠杆： 定义 特点 例子
例如.足部杠杆
Fm W
省力杠杆
（3）第三类杠杆： 定义 特点 例子
Fm
例如.臂部杠杆
Wa
G
Fm W
（4）康复治疗： 0 Rx F cos 70 Fm 若手杖支撑1/6体重 1 5 0 R y W F sin 70 W 7 6 5 1 0 W 12 7 W 7 6.7 F 7 sin 70 6 7 Rx 0.22W F 0 . 64 W N=5/6W Ry 1.29W 2 2 WL R Rx Ry 1.31W
2
2
省 力
费 力
平 衡 杠 杆
省 力 杠 杆
速 度 杆 杆
*省力杠杆在康复中的作用
可负较大重量 加强肌肉保护
(用小的动力克服大的阻力）
*费力杠杆在康复治疗中的作用
训练肌力： 通过调整阻力臂距离，增加或减少负荷重量 。 例：股四头肌渐进抗阻 (用大的动力克服小的阻力） 获得速度： 可通过增加阻力臂，减少动力臂进行，虽然 费力，但力点稍移动，即可加大阻力点移 动 的速度和范围。 (用小的动力点位移得到大的阻力点位移）
医学生物力学课件讲解
医学生物力学研究生物与医学的交叉领域，探索人体结构和功能之间的相互 关系。本课程将介绍医学生物力学在医学中的应用及其原理。
什么是医学生物力学？
医学生物力学研究人体结构与功能之间的相互关系，帮助解释和改善人体机 能以及疾病状态。通过生物力学原理，揭示人体内部的力学特性和行为。
医学生物力学在医学中的应用
虚拟现实运动
应用虚拟现实技术改善运动训练 和康复。
人体力学及其应用
1
人体力学测量
2
通过测量和分析人体力学参数评估身体
功能。
3
人体力学原理
研究人体结构和组织的力学特性。
应用领域
运动科学、人体工程学等方面的应用。
利用生物力学评估运动和姿势
1 运动评估
运用生物力学方法评估运 动技能和表现。
2 姿势分析
分析和优化身体姿势以提 高运动效果。
3 预防伤害
通过生物力学评估降低运 动中的受伤风险。
疾病治疗
通过了解人体力学特征，设计和优化治疗方法。
医疗设备设计
优化医用设备的设计，提高诊断和治疗效果。
假肢研发
开发适合患者需求的仿生与智能假肢。
康复治疗
通过生物力学评估和运动分析提供个性化康复方 案。
生物力学原理及其在医学中的应用
1
力学特性
研究人体力学特性，如承受压力、力的
骨骼力学
2
分配和应力。
探索骨骼系统的结构、功能和受力特性。
应用领域
骨折治疗、人工关节设计等方面的应用。
运动学和动力学概念
1 运动学
研究物体运动的空间和时间 特性。
2 动力学
研究物体受力和运动状态的 关系。
3 运动分析
生物力学 研究生
生物力学研究生生物力学是一门研究生物体力学原理和运动机制的学科，它结合了生物学和力学的知识，旨在解释和探索生物体的运动行为。
通过生物力学的研究，我们可以更好地理解生物体内部力的分布和作用方式，揭示生物体运动的本质规律。
生物力学的研究范围非常广泛，涉及到从微观到宏观的各个层次。
在细胞层面上，生物力学研究细胞的变形、迁移和分裂等过程，探究细胞内部的力的传递和细胞外力对细胞的影响。
在组织和器官层面上，生物力学研究骨骼、肌肉、关节等组织和器官的力学特性，分析各种力对其功能和稳定性的影响。
在整体生物体层面上，生物力学研究生物体的运动学和动力学，分析各种力对生物体运动的影响。
生物力学的研究方法主要包括实验研究和数值模拟两种。
实验研究通过设计合适的实验装置和测量方法，获取生物体运动过程中的关键数据，如力、应变等。
通过对这些数据的分析，可以得出一些定量的结论，揭示生物体运动的机制。
数值模拟则是通过建立数学模型，运用力学原理和计算方法，模拟生物体的力学行为。
通过调整模型的参数和边界条件，可以对生物体的运动过程进行模拟和预测，提供理论依据和指导。
生物力学的研究在生物医学领域具有重要的应用价值。
通过研究人体运动机制，可以对运动损伤和疾病进行预防和治疗。
比如，在康复领域，通过分析患者的运动特点和力学参数，可以设计合理的康复训练方案，帮助患者恢复运动功能。
此外，生物力学的研究还可以为人体工程学领域提供理论基础和设计指导，改善人类工作和生活环境，提高工作和生活质量。
生物力学的研究还有助于揭示生物体内部的力学平衡和适应机制。
生物体在运动过程中需要克服各种力的作用，保持稳定的姿势和平衡。
通过研究生物体的平衡机制，可以为机器人和仿生材料的设计提供启示，开发出更灵活和稳定的机器人和材料。
生物力学作为一门交叉学科，对于理解生物体的运动行为和力学特性具有重要意义。
通过生物力学的研究，我们可以更好地理解和探索生物体的力学行为，为医学、康复和工程领域提供理论支持和实践指导，推动科学技术的发展和人类社会的进步。