《生物力学概论》PPT课件
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生物力学课件
生物力学课件生物力学课件：探索生命的奥秘生物力学是一门研究生物体在力学作用下的运动和力学特性的学科。
通过对生物体的运动进行分析和建模，生物力学可以帮助我们理解生命的奥秘，并为医学、运动科学等领域提供有力的支持和指导。
在生物力学课件中，我们将深入探讨这门学科的基本原理和应用领域。
一、生物力学的基本原理生物力学的基本原理涉及力学、解剖学和生理学等多个学科的知识。
通过研究生物体在力的作用下的运动规律，我们可以了解生物体的力学特性，并揭示运动的基本原理。
1. 力的作用：力是生物力学研究的核心概念。
力的作用可以改变生物体的形态和运动状态。
生物体受到外界力的作用时，会产生力的反作用，从而实现平衡或产生运动。
2. 运动的基本原理：运动是生物力学研究的重要内容。
通过研究生物体的运动规律，我们可以了解运动的基本原理，如速度、加速度和力的关系等。
生物体的运动可以分为线性运动和旋转运动两种形式。
3. 力的分析方法：生物力学研究中常用的力的分析方法包括静力学和动力学。
静力学研究物体处于静止状态下的力学特性，而动力学研究物体在运动过程中的力学特性。
这些分析方法可以帮助我们深入理解生物体的运动机制。
二、生物力学的应用领域生物力学在医学、运动科学和工程学等领域有着广泛的应用。
通过运用生物力学的原理和方法，我们可以更好地理解和改善生物体的运动功能，提高人类的生活质量。
1. 医学应用：生物力学在医学中的应用十分重要。
通过对人体运动机制的研究，可以帮助医生诊断和治疗各种疾病。
例如，通过分析人体步态的生物力学特征，可以帮助矫正行走异常和评估康复效果。
2. 运动科学：生物力学在运动科学领域的应用也非常广泛。
通过对运动员的运动技术和力学特性进行研究，可以提高运动员的训练效果和竞技成绩。
此外，生物力学还可以帮助设计和改进运动器材，提高运动装备的效能。
3. 工程学应用：生物力学在工程学领域的应用主要涉及人体工程学和生物仿生学。
通过对人体运动机制和力学特性的研究，可以为设计人机界面和工作环境提供参考。
生物力学课程——生物力学绪论(新)PPT幻灯片
4．运动生物力学
运动生物力学这一分支的出现是与体 育运动，宇航事业以及运动仿生技术的发 展密切相关的。运动生物力学是研究生物 体运动原理的一门学问。例如人体的正常 运动是适应于地球引力场的，运用力学的 原理分析运动的过程就可以在体育运动中 采取合理的训练方法，设计新颖而科学的 动作，充分发挥运动员的潜力，不断提高 体育运动的水平。
按传统力学的分类方 法，生物力学分为以下几 方面：
1．生物材料力学 2．生物流体力学 3．生物固体力学 4．运动生物力学 5．生物热力学
1．生物材料力学
生物材料力学是研究组成生物体的材
所具有的力学性质。 生物材料包括: 生物硬组织 （骨、软骨、牙齿、甲壳等）， 生物软组织 （肌肉、皮肤、血管、生物膜） 体液（血液、淋巴液、唾液等）。
总之 , 生物力学的研究方法主要是 : (1) 用解剖学方法确定所研究对象结构的 几何特征。 (2) 用材料力学的宏观与微观的方法,确定 所研究对象的力学特性,给定本构关系。 (3) 根据器官或系统的工作情况 , 建立合理 的力学模型,推导相应的微分方程或微分 一积分方程。
(4) 给出该方程的解析解、或数值解、或近 似解等。
例如：
在数学中，有限元法是一种为求得偏微 分方程边值问题近似解的数值技术。
由于大多数实际问题难以得到准确解，而 有限元不仅计算精度高，而且能适应各种复杂 形状，因而成为行之有效的工程分析手段。
一. 生物力学的研究对象
• 力学是研究力作用下物体运动、变形和 破损规律的科学。
• 生物学是研究生命的生长与衰亡的科学。
研究工作的复杂性和高难度是可 想而知的。
3．生物固体力学
生物固体力学是从力学的角度来研究 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。例如对骨，软骨， 关节和骨骼系统的研究，对牙齿，牙床结 构的力学分析等等。它关系到创伤的治疗 和防护，矫形，移植以及人造材料的研制 与应用，尤其是骨骼和关节力学的研究已 成为当前生物力学最活跃的分支。
《生物力学概论》PPT课件
组织层次。主要涉及四种流动： 一、穿过毛细血管壁的流体运动。这是血液微循环系统和周围组织之间物 质输运的主要形式。这里又有三类问题：(a)通过毛细究以starh“8定律为基础， 关键是渗滤系数的实验测定；(c)大分子的输运。 二、组织间质内的流体运动。这实际上是指毛细血管外组织细胞间隙空间 的流动，可以看作是某种多孔介质内的渗充。关键是间质空间压力的测定， 以及间质7L隙度和渗流系数的确定。 三、淋巴流动。最新的实验结果表明．淋巴流动起着确保组织间质不会因 过多液体(来自毛细血管的跨壁流动)而水肿的作用。毛细淋巴管具有盲端，而 作为输运导管的淋巴管具有导向阀门。淋巴流动的动力来自淋巴管的能动收 缩和有关组织、器官的运动。 四、组织分泌液的流动。肝胆管内胆汁分泌、胃壁里胃液的分泌、肾脏内 肾小管的流动、腺体内分泌流动等。
例：某人重75kg，手握重5kg的球， 而手肘呈90°。 1. 二头肌 (bicep)须出力多少 以维持前臂平衡？ 2. 前臂施加多少力于肱骨 (humerus)？
解：根据静力平衡和静力矩平衡 前臂的重量为体重的0.022，故m = 0.022*75 = 1.65 kg, 臂重心位于rOP = 0.31 m处。 对于肘之支点O，其力矩之和
Байду номын сангаас
2. 基本的解剖生理学知识
第一章 历史与发展
什么是生物力学？
生物力学是解释生命及其活动的力学，是力
学与医学、生物学等多种学科相互结合、相互
渗透而形成的一门新兴交叉学科。
……，机械学，电子学，化学，材料学，……
伽利略•卡里勒（1564-1642）
曾是医学专业学生，用单摆度量人的心率
威廉•哈维（1578-1658） 证明了血液流动的单向性，提出了血液循环的概念
生物力学原理PPT课件
Cartesian coordinate system
Utilizes coordinates for locating a point on a plane by identifying the distance of the point from each of two intersecting lines or ，in space，by the distance from each of three planes or， in space， by the distance from each of three planes intersecting at a point。 2D system，3Dsystem
几个基本概念
机体重量（Body weight） 地面反作用力（Ground reaction force） 空气阻力（Air resistance） 肌力（Muscle force ） 关节反作用力（Joint reaction force ）
关节反作用力 （Joint reaction force，JRF ）
Relative reference frame describes the position of one limb segment with respect to an adjacent segment。A measurement is made by comparing motion between an anatomic landmark or coordinates of one segment with an anatomic landmark or coordinates of a second segment 。
生物力学原理
为什么要学习生物力学分析
生物力学PPT课件
湿度等因素引起的物体局部的相 对变形。主要有线应变和切应变 两类。
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。
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。
《运动生物力学概论》课件
球类运动中的传球、射门、控球等技术需要 运用运动生物力学原理，以提高球的准确性 和力量。
详细描述
在足球、篮球、网球等球类运动中，传球、 射门、控球等技术的准确性和力量对比赛结 果有着重要影响。通过运用运动生物力学原 理，运动员可以优化技术动作，提高球的准 确性和力量，从而提升比赛表现。
04
运动生物力学的研究方 法与技术
运动生物力学的未来发展方向
高精度测量技术的发展
随着科技的发展，未来将有更精确的测量设备和方法，以更深入地 探索运动中的生物力学机制。
多学科交叉融合
运动生物力学将与生理学、心理学、材料科学等多学科进一步交叉 融合，为运动训练和损伤预防提供更全面的理论支持。
个性化训练的重视
随着对个体差异认识的加深，运动生物力学将在个性化训练方案制 定中发挥更大的作用，提高训练效果和预防运动损伤。
人体运动的动力学与静力学
01
人体运动的动力学与静力学是 运动生物力学的重要组成部分 ，它们涉及到人体运动的力学 特性和机制。
02
动力学研究人体运动中的力、 力矩和加速度等物理量之间的 关系，以及这些关系对人体运 动的影响。
03
静力学研究人体在静止状态下 的受力情况和平衡状态，以及 这些状态对人体姿势和稳定性 的影响。
02
运动生物力学的核心概 念
运动生物力学的基本原理
运动生物力学是一门研究生物体运动规律和运 动机制的科学，它涉及到生物学、物理学、化 学等多个学科领域。
运动生物力学的基本原理包括牛顿第三定律、 动量守恒定律、能量守恒定律等物理学原理， 以及骨骼、肌肉、关节等生物学原理。
这些原理在运动生物力学中发挥着重要的作用 ，为研究人体运动提供了理论基础。
详细描述
详细描述
在足球、篮球、网球等球类运动中，传球、 射门、控球等技术的准确性和力量对比赛结 果有着重要影响。通过运用运动生物力学原 理，运动员可以优化技术动作，提高球的准 确性和力量，从而提升比赛表现。
04
运动生物力学的研究方 法与技术
运动生物力学的未来发展方向
高精度测量技术的发展
随着科技的发展，未来将有更精确的测量设备和方法，以更深入地 探索运动中的生物力学机制。
多学科交叉融合
运动生物力学将与生理学、心理学、材料科学等多学科进一步交叉 融合，为运动训练和损伤预防提供更全面的理论支持。
个性化训练的重视
随着对个体差异认识的加深，运动生物力学将在个性化训练方案制 定中发挥更大的作用，提高训练效果和预防运动损伤。
人体运动的动力学与静力学
01
人体运动的动力学与静力学是 运动生物力学的重要组成部分 ，它们涉及到人体运动的力学 特性和机制。
02
动力学研究人体运动中的力、 力矩和加速度等物理量之间的 关系，以及这些关系对人体运 动的影响。
03
静力学研究人体在静止状态下 的受力情况和平衡状态，以及 这些状态对人体姿势和稳定性 的影响。
02
运动生物力学的核心概 念
运动生物力学的基本原理
运动生物力学是一门研究生物体运动规律和运 动机制的科学，它涉及到生物学、物理学、化 学等多个学科领域。
运动生物力学的基本原理包括牛顿第三定律、 动量守恒定律、能量守恒定律等物理学原理， 以及骨骼、肌肉、关节等生物学原理。
这些原理在运动生物力学中发挥着重要的作用 ，为研究人体运动提供了理论基础。
详细描述
生物力学课件PPT课件
足部矫形鞋垫使用目标：
１.功能的辅助
２.影响人体结构
提供支撑基础
任何位置，特别是站立及行走时的稳定需要控制足部及下肢。
过度旋前使足部错位，失去稳定性，导致支撑基础失衡。
使用足部矫形鞋垫限制过度旋前，并且使足部保持正确位置，为下肢其它部分 提供了稳定的支撑基础。
矫正或防止畸形
由肌肉、软组织及骨骼系统异常引起的足部及下肢固定畸形可以通过矫形鞋垫 得到矫正及支撑。
剪切-摩 擦 骨骼 和关节 软骨
剪切-扭 转 骨骼 和韧带
多种负荷 骨骼、肌 腱、韧带
行走看似简单行为
这三个人体系统中任何一个的损伤都会导致正常的生长发育出现并发症。
骨骼承载肌肉及组织，用于 支撑承重活动。 骨骼 肌肉、筋膜和其 它相连组织允许 骨骼协调活动 身体的本受感觉 系统接收来自身 体和外界的反馈， 并据此协调身体 活动。
步态周期中距下关节错位可导致足部和小腿在整 个活动过程中错位。
平均斜轴方向为矢平面42o
（± 4°变化）。
如大于42o = 高足弓 如小于42o = 低足弓
协调三平面的运动 被称为旋前和旋后。
旋前 中间的 既不是 旋前也不 是旋后 旋后 足部内收，跖 屈和内翻
内收
两种运动贯穿于负 重活动始终。
足部外展、背屈 和外翻
双下肢不等长： 长腿膝关节弯曲 长腿膝反张. 单侧膝外翻 单侧长腿旋前 结构性短肢的单侧旋后
步骤五&六:RCSP和NCSP
ICB矫形器 （ 2/3 的长度、完整长度和服装 风格）的后足部有固有5°角度， 矫形目的是限制过度的旋前—较小 的旋前角度(大约4°)可以吸收冲 击力。
RCSP和NCSP
后标线用来量测旋前的范围 胫骨和脚后跟之间靠下三分之一段等 分线 目的是为了获取旋前的范围 NCSP + RCSP = RoP (旋前的范围)
最新骨伤科生物力学概论幻灯片课件
都反映了我国当时的生产技术水平和经验知识水 平。
宋应星（1587～1644（？））的《天工开物》是 明代农业和手工业生产技术的百科全书，在卷十 五《佳兵篇》中记述了测试弓弦弹力大小的方法： “凡试弓力，以足踏弦就地，秤钩搭挂弓腰，弦 满之时，推移秤锤所压，则知多少”，方法十分 巧妙。
该书在我国失传300年，于1926年才由日本找回 翻印本。
存、摄像速率可调
CODA Mtion捕获系统无论 是性能评估、仪器设计或 防止和治疗运动损伤，用 作运动分析的运动主要包 括高度动态的运动。 CODA Motion可对许多变 量进行精确的测量，包括 位置、加速度、速度、反 应时间、跳跃高度和长度、 臀部和肩部旋转、角度置 换和分割和全身的质心。 当与肌电图系统和测力台 配合使用时，实际上可测 到任何物理和生理参数。
应力与应变是描述骨骼受 力后的内部效应，当外力 作用于骨时，骨以形变来 产生内部的阻抗来抗衡外 力，即是骨产生的应力， 应力的大小是作用于骨横 截面上的外力与骨横截面 面积之比，单位为 Pascal(Pa=N/m2)，即牛 顿/平方米。
压缩 当外力将一个物体朝两个
相同的方向在推时 压力将分子推向其它的分
生物力学的历史（中国古代举例）
传为齐人著的《考工记》，是记录我国古代农具、 兵器、乐器、炊具、酒具、水利、建筑等古代手 工艺规范的专著。
其中惯性现象的记述[“马力既竭，輈（zhōu，指 车辕）犹能一取焉”］
车轮大小与拉力的关系（轮太低，马总是像上坡 一样费劲）
箭羽影响箭飞行速度的关系（“后弱则翔，中强 则扬，羽丰则迟”）
应力-应变曲线中，弹性区的直线斜率代表的就是 弹性模量，即刚度。
外力作了功，特体将能量转变为形变势能储存在 内部，物体在被破坏前所储存的能量可以用应力应变关系曲线下面的面积来表示。
宋应星（1587～1644（？））的《天工开物》是 明代农业和手工业生产技术的百科全书，在卷十 五《佳兵篇》中记述了测试弓弦弹力大小的方法： “凡试弓力，以足踏弦就地，秤钩搭挂弓腰，弦 满之时，推移秤锤所压，则知多少”，方法十分 巧妙。
该书在我国失传300年，于1926年才由日本找回 翻印本。
存、摄像速率可调
CODA Mtion捕获系统无论 是性能评估、仪器设计或 防止和治疗运动损伤，用 作运动分析的运动主要包 括高度动态的运动。 CODA Motion可对许多变 量进行精确的测量，包括 位置、加速度、速度、反 应时间、跳跃高度和长度、 臀部和肩部旋转、角度置 换和分割和全身的质心。 当与肌电图系统和测力台 配合使用时，实际上可测 到任何物理和生理参数。
应力与应变是描述骨骼受 力后的内部效应，当外力 作用于骨时，骨以形变来 产生内部的阻抗来抗衡外 力，即是骨产生的应力， 应力的大小是作用于骨横 截面上的外力与骨横截面 面积之比，单位为 Pascal(Pa=N/m2)，即牛 顿/平方米。
压缩 当外力将一个物体朝两个
相同的方向在推时 压力将分子推向其它的分
生物力学的历史（中国古代举例）
传为齐人著的《考工记》，是记录我国古代农具、 兵器、乐器、炊具、酒具、水利、建筑等古代手 工艺规范的专著。
其中惯性现象的记述[“马力既竭，輈（zhōu，指 车辕）犹能一取焉”］
车轮大小与拉力的关系（轮太低，马总是像上坡 一样费劲）
箭羽影响箭飞行速度的关系（“后弱则翔，中强 则扬，羽丰则迟”）
应力-应变曲线中，弹性区的直线斜率代表的就是 弹性模量，即刚度。
外力作了功，特体将能量转变为形变势能储存在 内部，物体在被破坏前所储存的能量可以用应力应变关系曲线下面的面积来表示。
生物力学基础知识介绍 课件
生物运动力学
讨论力和运动关系的力学称作动力学，而研究生物体力和运动 关系的力学称生物动力学，其研究人体由于力的作用而产生的 位移、位移的速度和加速度。
生物热力学
应用热力学的观点来研究生命维持过程中的物质和能量的输运、 交换、补充与消耗。
9、 人 的 价 值 ，在 招收诱 惑的一 瞬间被 决定。 2022/5/22022/5/2Monday, May 02, 2022
F2
F合力
O F合力= F1+F2
F1 图2
（二）约束和约束反力
（二）约束和约束反力
约束
能在空间作任意运动的物体称为自由体，但是实际情况下， 物体在空间的运动往往受到限制，被称作非自由体。由周围 物体构成的阻碍非自由体运动的限制条件，称为该非自由体 的约束，如血液受到血管的约束只能在血管中流动。
约束反力
材料的变形集中于某一小范围，横截面积出现局部迅速收缩，即“颈缩”现
象。由于局部范围内截面收缩变小，应力下降，直至e点材料被拉断，de称 作局部变形阶段。
（三）应力与应变
对于脆性材料、塑性材料又都具有各自的应力—应变曲线，
如图7、8所示。
No
Image
13、 生 气 是 拿 别人 做错的 事来惩 罚自己 。2022/5/22022/5/22022/5/22022/5/25/2/2022
14、 抱 最 大 的 希望 ，作最 大的努 力。2022年 5月 2日星 期一2022/5/22022/5/22022/5/2
15、 一 个 人 炫 耀什 么，说 明他内 心缺少 什么。 。2022年 5月2022/5/22022/5/22022/5/25/2/2022
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。
讨论力和运动关系的力学称作动力学，而研究生物体力和运动 关系的力学称生物动力学，其研究人体由于力的作用而产生的 位移、位移的速度和加速度。
生物热力学
应用热力学的观点来研究生命维持过程中的物质和能量的输运、 交换、补充与消耗。
9、 人 的 价 值 ，在 招收诱 惑的一 瞬间被 决定。 2022/5/22022/5/2Monday, May 02, 2022
F2
F合力
O F合力= F1+F2
F1 图2
（二）约束和约束反力
（二）约束和约束反力
约束
能在空间作任意运动的物体称为自由体，但是实际情况下， 物体在空间的运动往往受到限制，被称作非自由体。由周围 物体构成的阻碍非自由体运动的限制条件，称为该非自由体 的约束，如血液受到血管的约束只能在血管中流动。
约束反力
材料的变形集中于某一小范围，横截面积出现局部迅速收缩，即“颈缩”现
象。由于局部范围内截面收缩变小，应力下降，直至e点材料被拉断，de称 作局部变形阶段。
（三）应力与应变
对于脆性材料、塑性材料又都具有各自的应力—应变曲线，
如图7、8所示。
No
Image
13、 生 气 是 拿 别人 做错的 事来惩 罚自己 。2022/5/22022/5/22022/5/22022/5/25/2/2022
14、 抱 最 大 的 希望 ，作最 大的努 力。2022年 5月 2日星 期一2022/5/22022/5/22022/5/2
15、 一 个 人 炫 耀什 么，说 明他内 心缺少 什么。 。2022年 5月2022/5/22022/5/22022/5/25/2/2022
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。
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）
生物力学概论
循环动力学
•大血管流体力学； •微循环力学； •毛细血管一组织间质的物质输运 •淋巴流动 •组织间质液的流动； •左心室一动脉血液相互作用； •肺血流， •冠脉血流动力学； •肾脏内部的血循环； •肝血流； •脑血流。
呼吸力学
•上呼吸道流体力学； •气管树内气流的阻力及其分布 •末梢支气管内的对流一扩散； •气血交换； •高频、低潮气量呼吸术。
牛顿流体，非牛顿流体
问题： ？对于两无穷大 平行平板间的流 动问题，如果是 图（c）和（d） 的非牛顿流体， 将如何求解。
线性粘弹性体
2．4．2 不同层次和不同系统中的生理流动问题
人体重量约有60％是液体，其中36％的体液存在 于细胞之中，45％为血液。另外11. 5％则分布于
组织细胞间质之中。
活组织的力学性质——生物流变学
•骨和软骨； •软组织(韧带、腰、皮肤、血管等等)； •肌肉力学(骨胳肌、心肌、平滑肌)； •血液流变学(全血、血浆、血细胞、凝血血栓形成等） •血液微流变学； •临床血液流变学； •体液的粘弹性(关节滑液、粘液等等)； •人工代用材料。
器官力学
•器官、组织的功能、应力和生长 骨重建； 零应力状态和残余应力； •肺力学； •心脏力学； •人工心瓣； 左心辅助泵； •颅脑一脊柱力学 •运动关节力学； 人工关节； 假肢； •感觉器官力学； 耳蜗力学。
威廉•哈维（1578-1658） 证明了血液流动的单向性，提出了血液循环的概念
雷内•笛卡儿（1596-1650）
发现因身体暴露而减轻体重，奠定了新陈代谢研究的基础 G. A. Borelli（1608-1679） 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
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· 生物制品分离过程中的流体力学问题；
· 流动应力对生物大分子结构和功能的影响。
第二章 生物力学的力学基础
静力学问题
例：右图的牵引装置是用来 施加一轴向力给折断的股骨 (femur)。 1.若要维持小腿平衡状态， 悬吊重量w应为多少？ 2.试计算在上述条件下施加 给大腿的平均张力是多少？
解：假设滑轮无摩擦，则缆线在各处的张力T为相同。根据 力平衡公式： F1 + F2 + F3 + Ffemur - mgj = 0 F1 = -F1i = -Ti F2 = (-F2cos30o)i + (F2sin30o)j = T(-0.866i + 0.5j) F3 = (F3cos40o)i + (F3sin40o)j = T(0.766i + 0.643j) Ffemur = (Ffemurcos20o)i - (Ffemursin20o)j = Ffemur(0.940i - 0.342j) 一般人之小腿与足部之重量为体重之0.061。设病患之 体重70 kg，则 m = 0.061×70 = 4.27 kg => mg = 41.85 N ∴ 0 = (-1.1T + 0.94Ffemur)i + (1.143T - 0.342Ffemur - 41.85)j ∴ -1.1T + 0.94Ffemur = 0 => Ffemur = 1.17T and 1.143T - 0.342Ffemur = 41.85 => 0.743T = 41.85 => T = 56.32 N ∴ w = 5.75 kg ; Ffemur = 65.9 N
S. Hales
测量了马的动脉血压和动脉血管的膨胀特性。 提出了血 液流动的外周阻力的概念。
O. Frank ( 1899 年） 提出了关于动脉系统功能的“风箱”( Windkessel ）模
型
E . H . Starling
通过毛细血管壁的水分的输运，提出了著名的Starhng 定 律。
A . Krogh 建立了微循环的力学模型，并因此而获诺贝尔奖。 A . V . Hill 关于肌肉收缩规律的研究。 通过蛙缝匠肌 挛缩实验，建立了骨胳肌的功能模型。这一创 造性的工作使Hill 荣获诺贝尔奖。而且，一直到 目前为止，Hill 模型依然是肌肉力学的主要基础。
雷内•笛卡儿（1596-1650）
发现因身体暴露而减轻体重，奠定了新陈代谢研究的基础 G. A. Borelli（1608-1679） 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
分类I： 生物固体力学 骨，口腔，软组织等 生物流体力学 血液，组织液等
运动生物力学
多刚体，体育，步态等
分类II：
心血管血流动力学 骨及软组织生物力学 口腔生物力学 细胞力学 康复工程中的生物力学 ……
一、以人(高等哺乳动物)的生命运动为核心的生物力学 背景和目标：医学、生物医学工程、体育、人一机工效等。 二、绿色植物生物力学 背景和目标：农业及农业工程，生存环境工程等 三、生物技术和生物化学工程中的流体力学问题 背景和目标：从实验室(生物技术)到产业(生物化学工程)的 模化、放大，生物反应器的设计和运行的优化．高效的分离、 纯化技术、生物处理过程的自动控制和在线检测，空间制药等 等 四、动物的运动 背景和目标：仿生工程技术，生物学中一些理论问题的定量 分析等等。
冯元桢（Yuan-Cheng B.Feng)
1941年毕业于中央大学航空工程系， 1943年获该校硕士学位。 1948年获美国加州理工学院博士学位。 1959年任美国加州理工学院教授。 1966年至今任美国圣迭戈加州大学教授。 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。
∴二头肌施力为
∴手肘的水平力为
FB = 556.7 N
FC = 144.1 N
故前臂的施力为F = FCi - FAj = 144.1i - 472.6j (N)
牛顿流体，非牛顿流体
问题： ？对于两无穷大 平行平板间的流 动问题，如果是 图（c）和（d） 的非牛顿流体， 将如何求解。
线性粘弹性体
运动生物力学
•体育运动生物力学
人—机一环境系统生物力学
•职业生物力学 •人一机工效学
细胞力学
•细胞膜的力学性质 •原生质流动 •应力对细胞形态、生长、功能的影响
创伤力学
•器官的组织冲击损伤的机理和耐限 •软组织的创伤和愈合 •骨折及其愈合
· 生物反应器内的流动、传质和传热； · 应力对细胞、微生物生长和功能的影响；
活组织的力学性质——生物流变学
•骨和软骨； •软组织(韧带、腰、皮肤、血管等等)； •肌肉力学(骨胳肌、心肌、平滑肌)； •血液流变学(全血、血浆、血细胞、凝血血栓形成等） •血液微流变学； •临床血液流变学； •体液的粘弹性(关节滑液、粘液等等)； •人工代用材料。
器官力学
•器官、组织的功能、应力和生长 骨重建； 零应力状态和残余应力； •肺力学； •心脏力学； •人工心瓣； 左心辅助泵； •颅脑一脊柱力学 •运动关节力学； 人工关节； 假肢； •感觉器官力学； 耳蜗力学。
本世纪60年代：
冯元桢、钱煦、B．M．Zweifach、S． S． Sobin、
J．Lighthill、R．Skalak和毛昭宪等
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）。。。。。。
2. 基本的解剖生理学知识
ห้องสมุดไป่ตู้
第一章 历史与发展
什么是生物力学？
生物力学是解释生命及其活动的力学，是力
学与医学、生物学等多种学科相互结合、相互
渗透而形成的一门新兴交叉学科。
……，机械学，电子学，化学，材料学，……
伽利略•卡里勒（1564-1642）
曾是医学专业学生，用单摆度量人的心率
威廉•哈维（1578-1658） 证明了血液流动的单向性，提出了血液循环的概念
组织层次。主要涉及四种流动： 一、穿过毛细血管壁的流体运动。这是血液微循环系统和周围组织之间物 质输运的主要形式。这里又有三类问题：(a)通过毛细究以starh“8定律为基础， 关键是渗滤系数的实验测定；(c)大分子的输运。 二、组织间质内的流体运动。这实际上是指毛细血管外组织细胞间隙空间 的流动，可以看作是某种多孔介质内的渗充。关键是间质空间压力的测定， 以及间质7L隙度和渗流系数的确定。 三、淋巴流动。最新的实验结果表明．淋巴流动起着确保组织间质不会因 过多液体(来自毛细血管的跨壁流动)而水肿的作用。毛细淋巴管具有盲端，而 作为输运导管的淋巴管具有导向阀门。淋巴流动的动力来自淋巴管的能动收 缩和有关组织、器官的运动。 四、组织分泌液的流动。肝胆管内胆汁分泌、胃壁里胃液的分泌、肾脏内 肾小管的流动、腺体内分泌流动等。
生物力学概论
教材：
•陶祖莱，《生物力学导论》，天津翻译科技出版社， 2000
参考资料：
•冯元桢，《生物力学－活组织的力学特性》， 湖南科技出 版社 ，1986
•冯元桢，《生物力学-运动、流动、应力和生长》， 四川 教育出版社 ，1993
•冯元桢，《生物力学:血液循环》，湖南科学技术出版社， 1986 •陈君楷，《心血管血流动力学》， 四川教育出版社, 1990
ΣM = -rOE×(-FA) + rOB×(-5*9.8j) + rOP×(-1.65*9.8j) = 0
=> ∴手肘的垂直力为 0.05 FA k - 18.62k - 5.01k = 0 FA = 472.6 N
而根据力平衡式，
ΣF = FCi - FAj + FB(-cos75oi + sin75oj) - 49j - 16.17 j = 0 =>FC - 0.259FB = 0 and -537.77 + 0.966FB = 0
二、细胞膜的流动性和力学行为。这和膜的超微结构密切相关，故
膜的力学性质的研究有可能使我们对细胞膜的结构和功能获得更深人 的了解。目前的研究以血红细胞为主。
三、通过细脑膜的输运过程。这是膜生物学的一个重要课题。流体
力学方法和生物物理、生物化学机制的研究相结合，有助于人们掌捏 膜输运过程的定量规律。 四、应力对细胞生长、形态、功能和超微结构的影响。当前的热点 是血流动力(压力、剪应力等)对血管内皮细胞的影响，以及血细胞和内 皮细胞的相互作用。
循环系统。主要包括五个部分： 一、心脏血液动力学(包括心瓣和人工心瓣的流体动力学问题)。 二、大血管流体动力学。主要课题是：脉搏波，分枝弯曲管道内流体的 运动，以及由于血管壁失稳而引起的流－固耦合作用等。脉搏波的研究以 心血管疾病的早期、无创诊断技术和方法的发展和发明为目标；分枝、弯 曲管道里的流动问题，则和动脉粥样硬化的发生机理有密切关系；而第三 个问题，则为一些异常的生理现象提供解释。 三、以微循环为核心的器官血流动力学。这是生物流体力学领域里最富 有成果的一个子领域。冯元帧关于肺血循环规律的研究，是一个成功的范 例。 四、微循环流体动力学。包括小血管(管径小于1mm)流动的异常现象， 肌性血管内的蠕动流，毛细血管内血液的流动，通过毛纫血管壁的物质辅 运，局部血流的自动调节等等。 五、心血管系统动力学。其目的是从系统生理学的角度，对整个心血管 系统，或者某个子系统(比如说肺循环系统)在不同条件(如失重、超重、深 潜、药物作用、病态等等)下的功能．作出定量的评估。