第二章运动力学基础ppt.ppt

学习内容 第一节 运动中的力与力矩 一、运动中的力 二、运动中的力矩 第二节 牛顿运动定律及其应用 一、牛顿运动定律 二、牛顿运动定律在人体运动中的应用 第三节 平衡与稳定 一、力系平衡条件与人体平衡类型 二、稳定性及其影响因素 三、人体平衡与稳定的特点 第四节 骨、关节生物力学 一、骨的生物力学性质 二、关节生物力学 三、肌腱和韧带的生物力学 4.支撑反作用力 人体处于支撑状态时，人体重力作用于支撑面上，支撑面又反作用于人体，这种反作用称为支撑反作用力。如果人体处于静止状态，为静力性支撑反作用力；如果人体局部环节有运动，则支撑反作用力会不断变化，称为动力性支撑反作用力。 5.流体作用力 人体在空气和水中运动时，与流体发生接触，并相互作用，流体对人体的作用即为流体作用力。 人体在水中受到浮力作用，可以减轻肢体的重力作用，对于肌力不足或关节疼痛的患者，可以借助水的阻力和浮力进行康复训练。 动量定理在运动中有广泛的应用。 运动中为了减小外界的冲击力，通常需要延长外力的作用时间。 为了给物体或人体强大的冲力，要求与物体或人体接触（撞击）的时间要短。 增大作用力和延长力的作用时间，可以使人体或器械获得更大的速度。 通常讲骨骼肌做功，是指骨骼肌做的机械功。肌将其贮存的化学能转化为机械能，克服阻力使环节及外界物体产生位移。 等长收缩运动中，环节不产生位移，没有做机械功，此时骨骼肌消耗的能量完成了“生理功”。 功和能之间是可以相互转换的，能的量值是通过做功来确定的，力对物体做的功等于物体机械能（动能和势能）的增量。 达到极限应力时的应力-应变曲线下面的面积表示导致骨折所需要的能量。一般骨在生理负荷范围内，骨产生弹性变形，当外力去除后，弹性区内的能量能同时被骨释放，使骨恢复原状。但当骨不断受到外力作用时，其应变能量不能被及时完全释放，经积累后可能会损坏材料的结构。 1.脊柱结构力学特性 脊椎的功能单元是运动节段，包括2个椎体及其间的软组织。 （1）椎体 （2）椎间盘 骨的应力是指骨结构受到外来载荷时其表面单位面积所受到的力。骨的应变是指骨在外力作用下的局部形变，包括线性应变和剪切应变。 （二）骨的应力与应变曲线 应力较小时，在一定的范围内，应力与应变之间存在着一个线性关系，应力-应变曲线为直线，即应力与应变成正比关系，称为弹性区。去除外部载荷移后，材料将恢复到原来的形状，即不会造成永久形变。 载荷持续增加时，骨最外层某些部位就会发生屈服，即弹性区末端点称为屈服点。屈服点以后的曲线则变成了非线性，骨将产生永久变形，称为塑性区。 载荷持续增加，骨组织的结构体将在某个部位失效（骨折，图中C点为断裂点），对应的应力称为极限应力（C’）。 在应力-应变曲线图中的弹性区，材料的应力与应变之间存在着一定的关系，即应力/应变是常数，此常数为材料的弹性模量或杨氏模量，其大小等于这段直线的斜率。弹性模量或杨氏模量大小表示了材料抵抗变形的能力，称为刚度。 骨的生长是破坏和重建两个过程对立统一的结果。骨的塑形与重建是通过适应力的作用，这种适应性是按沃尔夫（Wolff）定律进行的。 适宜的载荷对骨有积极的影响，但过载、过用或过度冲击性载荷可引起骨损伤甚至骨折发生。 （三）机械应力对骨生长的影响 运动中，骨会反复受力，超过某一生理限度时使骨组织受到损伤，造成骨的损伤为疲劳性损伤。 在持续性紧张的骨骼肌运动中，首先引起骨骼肌疲劳，收缩能力降低，其结果是抵消作用于骨上的应力的能力也减弱，导致对骨的作用力过大，骨结构在反复的应力刺激下导致结构的改变而发生骨折。 （四）骨疲劳 持续剧烈运动/大强度劳动 骨骼肌疲劳 贮存能量能力下降 动作结构特征改变 骨受载荷异常 应力分布改变 高拉伸 复 合 高压缩 斜行骨折 斜行裂纹 横行骨折 横向裂纹 疲劳性骨折的发生过程示意图 骨的力学性质还受到以下因素的影响。 骨的大小和形状 骨折愈合：当骨折愈合开始时，骨痂在骨折处周围形成套状以稳定骨折区。骨痂使截面积显著增加，从而增加骨骼的强度和刚度。 手术因素：有些外科手术造成骨缺损而使其力学性能明显减弱。 衰老与骨质疏松：骨组织总量的减少和骨体积的轻度减少。 （五）影响骨力学性能的其他因素 人类三种类型的杠杆 （六）骨的杠杆功能 二、关节的生物力学 关节面形状 韧带强弱 骨骼肌力量 关节负压 （一）关节稳定性 关节的存在使骨的杠杆作用得以实现，而提供骨杠杆转动的力、力矩可来自多方面，如承载的负荷与环节重量、关节韧带牵拉、肌收缩力等。 （二）关节的力和力矩 力学性能与