生物力学复习资料

生物力学复习资料

第一章

Von Helmholtz 赫尔姆霍茨：生物工程之父

冯元桢：生物力学的开创者和奠基人

机械力对骨骼结构的影响：Wolff定律：骨的形态和功能上的每一个变化，或者仅仅是它们功能上的每一个变化，比如引起骨的内部组织结构的某种确定的变化机械力对骨骼结构的影响

生物力学研究的内容：

生物固体力学：从力学的角度，研究各种组织、器官乃至整个系统的形状、结构及其功能之间的关系。

Eg：人体的牙齿、骨骼、关节、脊柱和软骨的力学性能

生物流体力学：研究各种体液在生物体中的流动规律以及生物体在其他流体介质中的运动规律。

Eg：呼吸&循环系统：胆结石形成机理。

生物材料力学：研究组成生物体的材料所具有的力学特性。用生物材料制作各种人工脏器。

Eg：人工牙的材料有金属/无机非金属/高分子材料(聚甲基丙烯酸甲酯)

生物动力学：生物体力和运动关系的力学。人体由于力的作用而产生的位移、位移的速度和加速度。

Eg：运动力学的原理分析运动的过程可以在体育运动只能够采取合理的训练方法，设计新颖而科学的动作。宇航员多能承受的超重、失重冲击、振动的能力进行估计。

生物力学在中医工程中的应用：推拿手法参数检测针刺手法参数分析脉象检测

人工关节材料要求：中等的强度&塑性；抗磨损’抗腐蚀性能’抗疲劳；良好的生物相容性，无毒副作用

第二章

力的三要素：大小、方向、作用点

质点：具有一定质量忽略其大小、形状的几何点

刚体：物体在受外力的作用下，保持它的大小和形状都不变的物体。（相互间距离始终保持不变的许多质点组成的连续体）

肌力：人体唯一主动力

动力工作：走路奔跑静力工作：保持平衡维持姿势

跨过一个关节的的肌肉：单关节肌：臀中肌、大收肌、肱肌、三角肌

跨二个及以上关节的肌肉：双关节肌/多关节肌：半腱肌、半膜肌、缝匠肌、前臂伸肌群

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。

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

力的平行四边形法则P11

自由体：能再任何方向进行运动的物体非自由体：由于种种因素而使物体的位移受到某种限制的物体

约束：对非自由体的位移起限制作用的周围物体约束反力：约束作用于非自由体的力（简称：约束力或反力）

由柔软绳子所组成的约束(承受拉力大,抗压缩抗弯曲差)：工程上:链条,皮带,钢丝绳人体:韧带,肌腱,筋膜

具有光滑接触表面的约束(接触面摩擦不计)：工程:支持物体的固定平面,啮合齿轮的齿面人体:关节接触面

具有光滑铰链的约束：圆柱形铰链约束:人工肘关节球形铰链约束:髋关节,肩关节铰链支柱约束

第三章

按各力是否作用同一条平面上：平面力系& 空间力系

按各力作用线是否相交：汇交力系& 平行力系& 一般力系

力矩：物体的转动作用是由力F的大小和F到转动中心的垂直距离d 的乘积来决定，该乘积取适当的正负号，就称为力F对O点之矩。简称力距。

力偶：大小相等，方向相反，作用线相互平行的一对力所组成的力系。力偶性质：力偶无合力，其在任一轴上投影的代数和为零。

力偶对物体的作用与矩心无关。

只要保持力偶矩的大小不变，力和力偶臂的大小任意改变，不改变对刚体的效应。

骨杠杆：坚硬的骨在肌肉拉力（动力）的作用下，能绕关节轴（支点）转动，并克服阻力而作功，由于它的作用和杠杆相同，故称为骨杠杆。第一类杠杆（平衡杠杆或静止杠杆）支点位于力点和阻力点之间。主要作用：平衡力。

Eg：天平秤、跷跷板，头在寰枕关节上做屈伸运动

第二类杠杆（省力杠杆）阻力点位于力点和支点之间，阻力臂始终小于力臂。作用：省力。

Eg：手推独轮车，站立提踵

第三类杠杆（速度杠杆）力点位于阻力点和支点之间，肌力臂始终小于阻力臂，省力不省功

Eg：人体最常见：肱二头肌曲前臂

杠杆原理应用：

利用杠杆省力：增长力臂/缩短阻力臂→克服阻力所需的动力↓

人体通过一些身体结构来增大某些肌肉的力臂而省力：

通过子骨来增大肌肉的力臂——髌骨

通过肌肉在骨上附着点的隆起、突出等来增加力臂——股骨

骨的形态也会影响肌肉的力臂——臀中肌的力臂变化

缩短阻力臂而省力——提重物、举重

推拿手法中应用省力杠杆：支点:被摇肩关节中心力点:被握手臂的着力点

阻力点:手臂重心和肩部肌肉阻力的合力作用点

利用杠杆获得速度

缩短力臂(投掷,踢球,挥拍击球)／增长阻力臂(棒球,曲棍球,链球)→使阻力点移动距离和移动速度↑训练力量

增大阻力(利用沙袋、弹簧)／增长阻力臂(仰卧起坐)，使该块肌肉以一定的速度克服一定的阻力矩。

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%

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。

重心的性质：

任何物体如果支撑在它的重心，则此物体总是处于平衡状态。

在一物体上的重力对其重心之矩应为0

刚体重心位置不变

人体（多骨杠杆通过关节连接而成的杠杆系统）的姿势,性别,年龄,体型结构影响重心

平衡分类：

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。（单摆，单杠悬垂，不倒翁，鞍马分腿骑乘）

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