1.生物力学基础解析
力学学科分类---力学是从物理学中独立出来的一个分支学科
力学学科分类---力学是从物理学中独立出来的一个分支学科力学分类力学是研究物质机械运动的科学。
机械运动亦即力学运动,是物质在时间、空间中的集团变化,包括移动、转动、流动、变形、振动、波动、扩散等。
力学原是物理学的一个分支学科,当物理学摆脱了机械(力学) 的自然观而获得进一步发展时,力学则在人类生产和工程技术的推动下按自身逻辑进一步演化和发展,而从物理学中独立出来。
它既是探索自然界一般规律的基础科学,又是一门为工程服务的技术科学,担负认识自然和改造自然的任务。
力学的研究对象是以天然的或人工的宏观的物质机械运动为主。
但由于本学科自身的发展和完善以及现代科技发展所促成的学科的相互渗透,有时力学也涉及微观各层次中的对象及其运动规律的研究。
机械运动是物质的最基本的运动形式,但还不能脱离其他运动(热、电磁、原子、分子运动及化学运动等) 形式而独立存在,只是在研究力学问题时突出地甚至单独地考虑机械运动形式而已。
如果需要考虑不同运动之间的相互作用,则力学与其他学科之间形成交叉学科或边缘学科。
力学产生很早, 古希腊的阿基米德(约公元前287 —212) 是静力学的奠基人。
在欧洲文艺复兴运动以后,人们对力和运动之间的关系逐渐有了正确的认识。
英国科学家牛顿继承和发展了前人的研究成果,提出了物体运动三定律,标志着力学开始成为一门科学。
到了20 世纪,力学更得到蓬勃的发展。
到目前为止,已形成了几十个分支学科,诸如一般力学、固体力学、结构力学、物理力学、流体力学、空气动力学、流变学、爆炸力学、计算力学、连续介质力学、应用力学、岩土力学、电磁流体力学、生物力学,等等。
为了充分发挥这些力学文献的作用,必须对其进行科学的分类。
本文拟对力学文献的分类标准、分类体系和分类方法进行研究。
一、力学文献的分类标准根据力学文献的属性,其分类标准很多,但根据读者(用户) 的检索需求和文献分类法的立类列类原则,主要采用以下9 种标准:1.1 根据研究对象分根据研究各种物体不同的运动,力学就形成了不同的分类。
药学《医用物理学》教学大纲
《医用物理学》课程教学大纲（Medical Physics）一、课程基本信息课程编号：14072602,14072603课程类别：学科基础课适用专业：医学/药学/医检等专业学分：3总学时：48先修课程：高等数学后续课程：医学专业课课程简介：医用物理学是物理学的重要分支学科，是物理学与医学的交叉学科，也是医学类专业学生必修的基础课程。
开设这门课程的主要目的是，一方面是通过较系统的教学，使学生进一步深入理解物理概念和物理规律，为医学院学生后续学习现代医学打下必要、坚实的物理基础；另一方面使学生在物理思想、研究问题的科学方法与创新能力方面得到提高。
主要教学方法与手段：本课程以讲课为主，讲课形式兼顾PPT和板书，同时教学视频录像作为辅助手段，网络教学作为资源库和教学辅导手段。
选用教材：陈仲本，况明星.医用物理学[M].北京：高等教育出版社，2010必读书目：[1] 倪忠强，刘海兰，武荷岚.医用物理学[M].北京：清华大学出版社，2014选读书目：[1] 王振华.医用物理学[M].北京：北京邮电大学出版社，2009[2] 李旭光.医用物理学[M].北京：北京邮电大学出版社，2009[3] 程守洙，江之永，胡盘新. 普通物理学（第五版）[M].北京：高等教育出版社，2004[4] 马文蔚.物理学（第五版）[M].北京：高等教育出版社，2006[5] D. Halliday, R. Resnick, J. Walker. Fundamentals of Physics (Extended) [M]. John Wiley & Sons, Inc, 2001二、课程总目标：本课程目的在于通过对经典物理学和近代物理学的系统学习，尤其是和医学紧密相关的知识的介绍，了解物理学发展及其在医学中的应用，了解物理学发展过程中的基本方法，基本实验，基本思路。
掌握经典物理学中力学，热学和电磁学的基本知识和基本技能，理解近代物理学发展的基本内容和基本概念，并且能利用这些知识和技能为后续的医学专业课服务。
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。
生物力学中的力学模型研究
生物力学中的力学模型研究生物力学是研究生物体运动和力学原理的学科。
在生物力学领域中，力学模型的研究是一项重要的任务，它可以帮助人们更好地理解生物体的运动和力学特性。
本文将深入探讨生物力学中的力学模型研究，并介绍一些典型的力学模型。
一、生物力学的发展与应用生物力学作为跨学科的领域，源于对生物体运动和机制的探索。
它综合运用物理学、力学、工程学等多学科的知识，研究生物体的运动规律和力学特性。
生物力学的发展在医学、运动训练、健康管理等领域具有广泛的应用。
二、力学模型的作用与意义力学模型是生物力学研究的基础，它可以通过一系列的假设和推理，模拟生物体的运动和力学过程。
力学模型的建立可以帮助研究人员更好地理解生物体的运动规律和力学特性，为相关疾病的防治提供科学依据。
三、典型的力学模型研究1. 骨骼力学模型骨骼力学模型是生物力学中的重要研究方向。
它通过建立骨骼系统的力学模型，分析人体骨骼在运动和负载条件下的力学响应。
骨骼力学模型的研究可以为骨科手术、骨折康复等提供理论依据。
2. 肌肉力学模型肌肉力学模型是研究生物体肌肉运动的重要手段。
它通过建立肌肉的力学模型，探索肌肉在运动中的力学原理和力学特性。
肌肉力学模型的研究对于理解运动机制、改进运动训练等方面具有重要意义。
3. 关节力学模型关节力学模型是研究人体关节运动和力学特性的重要工具。
它通过建立关节体系的力学模型，模拟关节在运动中的力学变化。
关节力学模型的研究对于临床诊断、康复训练等方面有着重要的应用价值。
四、力学模型的研究方法1. 实验测量法实验测量法是力学模型研究的重要手段。
通过使用传感器和测量仪器，对生物体的运动和力学参数进行实时监测和测量。
实验测量法可以提供真实的数据支持，从而帮助研究人员更准确地建立力学模型。
2. 数值模拟法数值模拟法是力学模型研究的一种重要方法。
通过建立数学模型、运用数值计算方法，对生物体的运动和力学过程进行仿真模拟。
数值模拟法可以快速得到结果，为力学模型的建立和优化提供参考。
运动生物力学基本理论完整
运动生物力学的基本理论概述运动生物力学biomechanics应用力学原理和方法研究生物体的外在机械运动的生物力学分支。
狭义的运动生物力学研究体育运动中人体的运动规律。
按照力学观点,人体或一般生物体的运动是神经系统、肌肉系统和骨骼系统协同工作的结果。
神经系统控制肌肉系统,产生对骨骼系统的作用力以完成各种机械动作。
运动生物力学的任务是研究人体或一般生物体在外界力和内部受控的肌力作用下的机械运动规律,它不讨论神经、肌肉和骨骼系统的内部机制,后者属于神经生理学、软组织力学和骨力学的研究范畴(生物固体力学)。
在运动生物力学中,神经系统的控制和反馈过程以简明的控制规律代替,肌肉活动简化为受控的力矩发生器,作为研究对象的人体模型可忽略肌肉变形对质量分布的影响,简化为由多个刚性环节组成的多刚体系统。
相邻环节之间以关节相连接,在受控的肌力作用下产生围绕关节的相对转动,并影响系统的整体运动。
对于人体运动的研究最早可追溯到15世纪达·芬奇在力学和解剖学基础上对人体运动器官的形态和机能的解释。
18世纪已出现对猫在空中转体现象的实验和理论研究。
运动生物力学作为一门学科是20世纪60年代在体育运动、计算技术和实验技术蓬勃发展的推动下形成的。
70年代中H.哈兹将人体的神经-肌肉-骨骼大系统作为研究对象,利用复杂的数学模型进行数值计算,以解释最基本的实验现象。
T.R.凯恩将描述人体运动的坐标区分为内变量和外变量,前者描述肢体的相对运动,为可控变量;后者描述人体的整体运动,由动力学方程确定。
这种简化的研究方法有可能将力学原理直接用于人体实际运动的仿真和理论分析。
由于生物体存在个体之间的差异性,实验研究在运动生物力学中占有特殊重要地位。
实验运动生物力学利用高速摄影和计算机解析、光电计时器、加速度计、关节角变化、肌电仪和测力台等工具量测人体运动过程中各环节的运动学参数以及外力和内力的变化规律。
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,作为运动员的技术诊断和改进训练方法的理论依据。
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)
运动人体科学基础考试知识点
运动人体科学基础考试知识点一、人体解剖学基础人体解剖学是研究人体形态结构的科学，通过对其深入了解，我们能更好地理解人体运动时的变化，以及如何通过锻炼改善身体状况。
骨骼系统：了解骨骼的种类、形状、功能及其在运动中的作用。
例如，长骨、短骨、扁平骨等，以及它们如何提供支撑、保护和运动。
肌肉系统：肌肉是运动的关键，掌握各种肌肉的类型、起止点、功能，以及在各种运动中的协同作用。
关节结构：了解关节的类型、特点和运动范围，对于预防运动损伤和设计合理的运动计划至关重要。
二、生物力学基础生物力学是研究生物体运动的科学，通过掌握生物力学的原理，我们能更准确地分析运动中的人体姿势和动作。
力的传递与平衡：理解力的产生、传递和平衡的原理，以及它们在人体运动中的应用。
动作分析：通过分析各种运动动作，了解人体在运动中的姿势、动作和力的作用方式。
运动效率：理解如何提高运动效率，减少能量消耗，提高运动表现。
三、生理学基础生理学是研究生物体功能的科学，对于运动人体科学来说，掌握生理学知识是必不可少的。
循环系统：了解心脏、血管和血液的功能，以及它们在运动中的反应和变化。
呼吸系统：理解呼吸系统的结构和工作原理，以及呼吸在运动中的重要性和调节方式。
神经系统：神经系统控制着人体的所有活动，了解其结构和功能，有助于理解人体运动的控制和调节。
运动与代谢：理解能量代谢的原理，以及运动对代谢的影响。
这有助于制定合理的运动计划和营养补充方案。
四、运动负荷与人体适应了解人体对运动负荷的适应过程，有助于合理安排运动训练和预防过度疲劳。
运动负荷与适应：理解运动负荷与人体适应的关系，以及适应过程中的生理和生化变化。
过度训练：了解过度训练的成因、表现和预防措施，避免因过度训练导致的身体损伤。
恢复与再生：理解恢复与再生的重要性，以及如何通过合理的休息和营养补充促进身体恢复。
生物力学的发展与未来趋势
生物力学的发展与未来趋势张秋月（天津理工大学机械工程学院）摘要文章向刚刚接触生物力学的人简单介绍何为生物力学？生物力学的发展历程、生物力学的应用、生物力学未来的发展趋势。
并且简单介绍了肌肉骨骼生物力学、心血管生物力学和细胞-分子生物力学的研究方向。
关键字：生物力学；发展历程；发展；未来趋势1.什么是生物力学?生物力学是力学与生物学、生理学、医学等多种学科相互结合、相互渗透而形成的一门边缘、交叉学科.它是解释生命及其活动的力学. 它从生物个体、组织、器官到细胞和分子等不同层次研究应力与运动、变形、流动及生长的关系。
正如现代生物力学创始人冯元桢教授所指出的:“生物力学帮助我们了解生命, 启发我们观察自然、设计和制造各种设备以改善我们的生活质量.它是一种有用的工具,一种简单的工具, 一种有价值的工具, 一种不可缺少的工具, 它也是生物学和工程科学一个重要的组成部分”。
2、生物力学的发展历程生物力学作为一门独立的分支学科, 是在20世纪60年代中叶兴起的。
但研究生物力学的历史可以说是很早的。
例如，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；1733年，英国生理学家黑尔斯测量了马的动脉血压，并且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，并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。
生物力学的兴起, 除了促进生命科学的重大发展, 特别是分子生物学的突破性成就之外, 还促进了生物医学工程的迅速建立和发展。
从发展的进程来看60年代中期至70年代是生物力学开创和奠基阶段, 其特点是将力学方法和生理学、病理学、解剖学等方法相结合, 研究组织和器官层次上的生命现象。
80年代至90年代初, 生物力学进人细胞范围,从医学、生物医学工程, 扩展到生化工程、生物技术、细胞生物学等新的领域[1]。
医用物理学(第一章)PDF
r r r C = A × B = AB sin θ
结果是矢量，方向由右旋螺旋法则确定
7
8
力学(Mechanics) : 研究机械运动的规律及其应 用的学科。 生物力学(Biomechanics) : 研究活体系统，即 有生命物体的机械运动的科学。
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1-1 刚体的定轴转动
10
一、角量和线量关系
i
i = 1
i
∑
n
=
I ⋅ β
i = 1
刚体的角加速度与作用的力矩成正比，与刚体的转动惯 量成反比，方向与合外力矩的方向相同；
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四、刚体的角动量
1. 角动量（angular momentum）或动量矩（moment of momentum） 单位： (kg ·m2·s-2)
L = ∑ mi vi ri = (∑ mi ri 2 ) ⋅ ω =Iω
若物体两端受到压力作用而 长度缩短，此时的应变为压 应变(compressive strain).
27
一、应变（strain)
（2）剪应变 (切应变）(shearing strain)
∆x γ= = tgϕ d
（3）体应变（volume strain）
∆V θ= V0
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二、应力(stress)
1. 骨骼的应力与应变的关系
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一、骨的力学性质
2. 骨骼具有各向异性的力学性质 3. 人体骨骼受力的形式 ① 拉伸
② 压缩 ③ 弯曲 ④ 剪切 ⑤ 扭转
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弯曲形变
中间层以下的各层被拉 伸．出现张应变，越下层 张应变越大； 中间层以上的各层被压 缩，出现压应变。越上层 压应变越大。 中间层附近各层的应力 和应变都比较小，它们对 弯曲所起的作用不大。
生物器官力学知识点总结
生物器官力学知识点总结1. 细胞力学细胞力学是生物器官力学的基础，它研究细胞内部各种生物分子和结构对力学作用的响应。
细胞的力学性质受到细胞骨架、细胞膜和细胞质等结构的影响。
通过研究细胞力学，可以了解细胞在生理和病理情况下的变化，对于癌症、心血管疾病等疾病的治疗和预防具有重要意义。
2. 组织力学组织力学研究组织的结构和功能对外力的响应。
生物体内的组织包括肌肉组织、骨骼组织、软组织等，它们在生物器官的运动、支撑和保护功能中发挥着重要作用。
研究组织力学可以帮助人们更好地理解和控制生物体内组织的运动和变形，对于生物力学建模和仿生机器人等领域具有重要意义。
3. 器官力学器官力学是研究器官结构和功能在生物体内受力和运动的特性。
生物器官包括心脏、肺部、肝脏等，它们在人体内的运动和功能调节中发挥着重要作用。
研究器官力学可以帮助我们更好地理解器官的结构和功能，对于疾病的诊断和治疗具有重要意义。
4. 生物力学建模生物力学建模是将生物力学性质转化为数学模型，进而进行预测、分析和优化的一种方法。
它是生物器官力学研究的重要工具之一，可以帮助人们更好地理解生物体内的力学特性和运动规律。
生物力学建模在生物医学工程、生物材料等领域有着广泛的应用。
5. 生物力学实验生物力学实验是通过实验手段研究生物器官的力学性质和功能。
生物力学实验包括力学测试、生物组织工程、显微影像、生物传感器等多种手段，可以用来研究生物器官的材料特性、结构形态、生理功能等方面。
生物力学实验在生物医学研究、药物研发等领域有着重要作用。
6. 生物器官力学在医学中的应用生物器官力学在医学中有着广泛的应用。
通过研究生物器官的力学特性，可以帮助医生进行疾病诊断、治疗方案设计和手术操作规划。
此外，生物器官力学还可以帮助人们设计和制造生物材料和生物器官，用于替代或修复受损的器官，对于生物医学工程和再生医学具有重要意义。
7. 生物器官力学的发展趋势随着生物技术和医学技术的不断发展，生物器官力学也将不断取得新的突破。
生物力学 生物力学的力学基础解读
（3）临床联系：
①镇痛步态： 当外展肌麻痹或弱或损伤时； 当髋关节有疾患时； ②外反骨： 骨端软骨板向水平面转动
③骨端分离： 骨端与骨连接断开 供血不足 ④缺血性坏死：
（4）康复治疗： 0 Rx F cos 70 Fm 若手杖支撑1/6体重 1 5 0 Ry 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
③摩擦力： ④肌肉力：
f N
f dh
肌力定律
肌力
Fm S
肌力 系数 生理横 截面积
S：生理横断面：
与肌肉所有纤维垂直的断面 解剖横断面： 与肌肉纵轴垂直的断面
：肌力系数：
①性别：
德国生理学家艾克：588~980KPa 美国克罗莫：343KPa 美国莫利斯：710~920KPa 前苏联童克福：980KPa 中国程国杰：588~686KPa
q1q2 ˆ ① 电场力： F K 2 r r
②磁场力：
F qv B
F Il B
3、第三基本力：核力
超短距离力
四、作用于人体的力钜
1. 力矩的表达式： 大小： M r F sin 方向： 右手螺旋定则
M r F
: r, F
1.若要维持小腿平衡 状态，悬吊重量T应 为多少？ 2.试计算在上述条件 下施加给大腿的平均 张力F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： (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)
生物力学文档
生物力学1. 引言生物力学是研究生物体运动和力学性质的学科，是运动生物力学和力学生物学的主要组成部分。
生物力学的研究对象包括人体、动物和植物等生物体，通过分析各种力的作用，以及力与生物体运动之间的关系，可以揭示生物体运动的机制和力学性能。
生物力学的研究对于理解生物体运动的基本规律和设计新的医疗设备、工具和技术具有重要意义。
2. 生物力学的研究领域生物力学的研究领域包括静态力学、动态力学、运动控制和力学建模等。
2.1 静态力学静态力学研究物体在相对平衡状态下的力学性质。
在生物力学中，静态力学主要用于研究姿势和静态平衡。
通过对生物体在不同姿势下的力学分析，可以了解生物体的姿势控制和平衡调节机制。
2.2 动态力学动态力学研究物体在运动状态下的力学性质。
在生物力学中，动态力学主要用于研究生物体的运动学和动力学。
生物体的运动学包括位置、速度和加速度等参数的描述，动力学则研究引起生物体运动的力的来源和作用。
通过对生物体运动过程的力学分析，可以揭示生物体运动的力学原理和控制机制。
2.3 运动控制运动控制研究生物体运动的控制机制和策略。
生物体的运动是由中枢神经系统控制的，研究生物体运动控制可以揭示神经系统的功能和运动学习的机制。
通过模拟和分析生物体运动的控制系统，可以为设计机器人和智能系统提供启示。
2.4 力学建模力学建模研究通过数学模型和计算方法描述生物力学问题。
通过建立力学模型，可以定量分析生物体在不同条件下的力学效应。
力学建模还可以作为辅助工具，用于预测生物力学现象的发生和优化设计。
3. 生物力学的应用生物力学的研究成果在医学、体育科学和工程领域有着广泛的应用。
3.1 医学领域生物力学可以应用于医学诊断、康复和手术设计等方面。
通过分析生物体运动的力学特性，可以帮助医生诊断和治疗疾病。
生物力学还可以应用于康复治疗中，通过改善生物体姿势和运动控制，促进康复过程。
在手术设计方面，生物力学可以为手术操作提供指导，优化手术方案，减少手术风险。
运动生物力学学科概述
研究、设计和改进运动器械
为提高运动成绩提供条件 如：刘翔征战雅典奥运会时的跑鞋
撑杆跳项目的撑杆 泳衣 水立方
研究运动损伤的原因和预防措施
确立合理的技术动作防止运动器 系损伤 损伤后，选择合理的生物力学康 复手段 如：教材所述（掷标枪）
梅布里奇杰出贡献奖的设立
用24只固定照相机拍摄一匹马奔 跑状态并测量马的步长和四足腾 空现象，其后又拍摄人的走和跑 等基本动作连续照片。 1901年，发表《运动中的人体 的图像集》。奠定了运动生物力 学参数摄影分析测量的方法基础
人体惯性参数的测量
• 20世纪初德国解剖学家菲舍尔 (Fischer)采用尸体解剖测量了人 体环节惯性参数,基于此建立了人 体质量分布模型, 奠定了人体运 动定量分析的基础。
测量技术
总的趋势
发展方向：系统综合和微型微观 永恒主题：方法和技术的研究创新
三、测量技术的先进性
高速影像系统获取运动学参数，应用三 维测力系统获取动力学参数，采用肌电 图法记录肌肉产生的电信号等。
李建设,王立平.足底压力测量技术在生物力学研究中的 应用与进展[J]北京体育大学学报，2005，28（2）： 191-193 试论运动技术诊断方法学的发展特征，体育科学研究 ，2005年第1期 肌电测量技术的应用，中国临床康复，2006年第41期
苏联现代生物力学的奠基人谢切 诺夫在著作《人体功能运动概论 》中提出“人体运动装置的结构 是骨杠杆，产生杠杆运动的是肌 肉张力及其神经支配”。
❖20世纪30年代英国生理学家希 尔(Hill)测量了肌肉收缩张力与速 度的关系, 建立了希尔方程。希 尔关于肌肉收缩的经典性工作,奠 定了肌肉力学的理论基础。
生物力学-上海交通大学生物医学工程学院
考试：60%（期末考试）。 撰写人：张爱丽 院（系）教学主管签字（盖章）：×××
院（系）公章：
时
间：
Hale Waihona Puke 第五章生物力学前沿(4 学时) 细胞力学 生物力学领域前沿研究领域及重要科学问题分析
四、实验（上机）内容和基本要求
暂无
五、对学生能力培养的要求
要求学生通过本课程的学习，了解生物力学中重要的计算软件和相关实验技 术，掌握解决生物力学中的建模与设计方法，以及如何从复杂的生物系统中发 现和解决其中的重要生物力学科学问题。讲授内容主要包括：生物力学基础理
《生物力学》课程教学大纲
一、课程基本信息（楷体、三号、加黑、居中）
1、课程代码： 2、课程名称（中/英文）：生物力学 I/Biomechanics I 3、学时/学分：32/2 4、开课院（系）、教研室：生物医学工程学院 5、先修课程：高等数学、大学物理 6、面向对象： 生物医学工程、机械工程本科生 7、教材、教学参考书： 教材：
第一章：绪论 2 学时 概述生物力学范畴与重要应用
第二章：应力与应变（8 学时） 生物组织内受力分析 组织内力分析方法：应力 生物组织变形定量描述方法：应变与应变率
第三章. 生物组织特殊力学性能（8 学时） 弹性 生物流体 生物组织粘弹性
第四章：血液流动 (8 学时) 血液流变学 弹性血管中稳态层流 人体血液循环流阻分析 动脉血流（脉搏波传输） 静脉血流与微循环血流
Mechanical Properties of Living Tissues, Fung, Y. C. 2nd ed. New York, NY: Springer-Verlag, 1993 Fung, Y. C. Biomechanics: Circulation，2nd ed. New York, NY: Springer-Verlag, 1993
康复医学概论5-骨关节肌肉生物力学
渗透性：在恒定的外力下，软骨变形，关节液和 水分子溶质从软骨的小孔流出，由形变引起的压 力梯度就是引起关节液渗出的驱动力。随着液体 的流出，小孔的孔径越压越小。
骨、关节、肌肉的生物力学基础
潍坊医学院 康复基础教研室 刘蓓蓓
Part1 生物力学概述
• 应力：结构内某一平面响应外部施加的载荷而产 生的单位面积的负荷，以单位面积所受的力来表 示。 N/m2 • 应变：结构在载荷某一点发生的变形
应力应变曲线
• 应力-应变曲线是描述材料力学性质的曲线。它反 映了材料在加载过程中受力和变形之间的关系。
• 如果引入比强度（极限（最高）强度除以 比重）和比刚度（弹性模量除以比重）的 概念，则可以见到骨的比强度接近于工程 上常用的低碳钢，而骨的比刚度可达到低 碳钢的三分之一。
2．骨对简单（单纯）外力作用的反应
（1）拉伸：自骨的表面 向外施加相等而反向的 载荷，在骨内部产生拉 应力和拉应变。 （2）压缩：加于骨表面 的向内而反向的载荷， 在骨内部产生压应力和 压应变。
• 有利的运动负荷及强度导致的骨应变会诱导骨量 增加和骨的结构改善； • 应变过大则造成骨组织微损伤和出现疲劳性骨折； • 应变过小或出现废用则导致骨质流失过快。 • 对骨存在一个最佳的合适应力范围。
• 长期坚持体育锻炼，可使骨密质增厚，骨变粗， 骨面肌肉附着处突起明显，骨小梁的排列根据拉 （张）应力和压应力的方向排列更加整齐而有规 律。随着形态结构的变化，骨变得更加粗壮和坚 固，抗弯曲、抗压缩和抗扭转载荷的能力都有提 高。
第2类杠杆（省力杠杆） 阻力点位于力点和支点的之间。 如站立位提踵时，以跖趾关节为支点，小腿三头 肌以粗大的跟腱附着于跟骨上的止点为力点，人 体重力通过距骨体形成阻力点，在跗骨与跖骨构 成的杠杆中位于支点和力点之间。 这类杠杆力臂始终大于阻力臂，可用较小的力来 克服较大的阻力，有利于作功。
生物界面和生命现象的力学基础
生物界面和生命现象的力学基础生命是我们所熟知的最神秘的事物之一。
从分子和细胞层次上，生命的组成和运作方式似乎很清楚，但是它们之间的桥梁，生物界面却是生命中最难以把握的一个方面。
生物界面在各种生命过程中发挥着重要的作用，因此，研究生物界面和生命现象的力学基础是非常重要的。
生物界面是没有固定定义的。
理论上，它可以被定义为两种不同物质之间的交界处，它们之间存在着物理、化学、生物学和力学等各种交互作用。
在生物学中，这种交界处可能是各种细胞膜、细胞壁、蛋白质、糖类和脂类等生物分子之间的界面。
生物界面的性质决定了它如何响应外部刺激、在不同环境中发挥作用，以及与周围环境的交互方式。
生命现象是指各种生物活动和行为，例如细胞的生长、分裂和凋亡、生态系统的演化、动物行为的复杂性等。
这些现象与生物界面有着密切的关系。
例如，单个细胞在分裂时需要对细胞壁和细胞膜进行力学重组，而生物膜的特定弹性和摩擦性质对细胞内分子输运和细胞间信号传递至关重要。
同样，在生物界面上，生物分子之间的互动和结合也是生命现象的关键因素。
通过研究生物界面和生命现象的力学基础，我们可以更好地理解生命系统中复杂的动态过程。
生物界面和生命现象的力学基础主要涉及到材料力学、过程工程、流体力学和生物力学等多个学科领域。
其中，流体力学是研究各种流体力学特性的科学，包括流量、速度、稳定性和输运等现象。
在生物界面的研究中，流体力学如纤维流和涂层浸润现象等则起着重要作用。
生物力学是研究生物体或生命现象运动的学科。
它涉及到各种不同的组织和器官，例如心脏、骨骼、肌肉、关节、血管、皮肤和神经等。
对于生物界面的研究，生物力学可以帮助分析不同生物分子之间的相互作用、细胞内力学过程、以及生物膜的物理特性。
例如，研究细胞表面的物理性质可以帮助我们了解细胞如何与周围环境进行交互和响应。
总之，生物界面和生命现象的力学基础是生物学中非常重要的方面。
通过对生物界面和生命现象的力学基础进行深入的研究，我们可以更好地理解生命系统的运行方式和动态过程。
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生物力学研究进展
生命科学的进步是主要推动力 精细化、定量化、模型化、数学化
常用设备
生物力学试验机用于各种 金属、非金属、复合材料 及生物材料的拉伸、压缩、 弯曲、扭转等力学性能测 试和分析研究，可根据国 家标准及ISO、JIS、ASTM、 DIN等标准进行试验和提 供数据，自动绘制各种试 验曲线，自动打印试验报 告及试验曲线，
冯元祯教授 开创了生物力学研究领域，建立了肺的力学模型， 奠定了肺力学、呼吸力学基础，生物组织的生长 与应力的关系的模型。 1978年，来华讲学，使我国力学和医学工作者耳 目一新，随之全国力学规划会议将生物力学列入 发展规划。
生物力学的历史（应用时期）
自60年代开始，生物力学方面研究细分为不同领 域，大致可分为骨科矫正、肿瘤处置和康复科学 等。 Inman、Eberhart对于假肢的设计、分析和安装进 行研究，使生物力学进行实践应用的阶段。 随着医学专家和工程师和材料科学家的合作，用 稀有金属制造关节置换假体和对特殊生物置入材 料的研究开始萌芽。
学？ 生物力学学什么？ 怎么学生物力学？
目的要求 掌握：生物力学的概念。 熟悉：生物力学的研究内容和方法。 了解：生物力学的历史渊源和研究进展。
概念
生物力学 是研究生物的结构、功能、发生和发展的规律以 及生物与周围环境的关系等的科学。 是力学、生物学、医学等学科之间相互渗透的边 缘学科。 通过生物学与力学原理方法的有机结合，认识生 命过程的规律；解决健康领域的科学问题。
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。
生物力学的历史（求精时期）
医师和工程师都积极致力于对人类肌肉骨骼系统 的组织特性、结构和功能的基本认识与改进，从 而使应用于临床领域的研究均获得成功。
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”） 都反映了我国当时的生产技术水平和经验知识水 平。
研究内容和方法
生物力学的研究内容：与生理学、医学有关的力 学问题，非常广泛。 分类：按传统力学分类：生物固体力学、生物流 体力学和运动生物力学等。
分支学科： 1.组织与器官力学：包括骨力学、软组织力学、 肺力学、心脏力学、子宫力学、口腔力学、颅脑 力学等。 2.血流动力学：包括血液流变学、动脉中的脉动 流、心脏动力学和微循环力学等。 3.生物热力学：包括生物传质传热理论、应用生 物控制理论以及药物动力学等。
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。
历史渊源
生物力学的历史（发现时期）
古希腊是最早的生物力学启蒙地点。 早期生物力学应用于大部分手工工具和武器的创 造和使用。
生物力学的历史（分析时期）
17世纪，William Harvey，推理形成血液循环的 论断。 1661年Malpighi，首次在显微镜下观察到微循环 的存在，从而证实了Harvey的推论。 Stephen Hales，首次测量了马的血压，探计了血 压与失血的关系，提出了心肌力和主动脉 的膨胀 特征，认为外周阻力主要来自微血管系统。 19世纪，Herrmann Von Holmholtz对人类视觉和 听觉系统的工作机制进行了开创式的研究。 Diederik Johannes Korteweg和Horace Lamb对血 管中波的传播理论进行了研究。
1895年，Roax研究了人骨的形状、构造，提出松 质骨结构符合最优结构原理的见解，提出骨结松 的功能适应性原则。 功能适应性原则：骨骼进化的趋向总是以用最轻 的重量承受最大的外部作用的方式发展。 Otto Frank通过研究循环系统流体动力学理论， 给出了血液流量与时间的关系的计算方法，并沿 用至今。 Jean Louis Poiseuille，确立黏性流体定常流公式。 Ernest Henry Sarling，建立传质定律。
常用设备
JP系列测力台是人体运动 动力学分析、平衡试验、 步态分析不可或缺的工具， 可实现多个测力台的信号 同步采集分析，也可与表 面肌电测试系统、三维运 动图像解析系统、压力分 布测试系统、多种传感器 等兼容同步使用进行步态 分析。
微机控制电液伺服生物力 学疲劳试验机
系列高速摄像设备 —— IEEE 1394输出、内置内 存、摄像速率可调
通过对人体运动的实时捕 捉测量，取得人体各关节 点的三维运动轨迹数据。 以三维运动轨迹数据为基 础，可以容易地得到人体 关节点的位移、速度、加 速度等运动信息。通过对 运动数据的处理和分析， 广泛应用与人体运动技术 诊断，步态分析以及相关 动物的生物力学研究。
中医的生物力学研究 中医小夹板、脉象仪、推拿测定仪等。 在骨髂力学、脉博学、无损检测、推拿、气功、 生物软组织研究领域。
研究方法： 1.解剖学方法确定所研究的对象结构的几何特征， 给定本构关系。 2.根据器官或系统的工作情况，建立合理的力学模 型，相应的微分和或微分-积分方程。 3.给出该方程的解析解或数值解或近似解等。 4.建立相应的实验方案，选择做生理实验及实验室 在体实验。 5.反复对比修正，以期得到临床应用。