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第一章--运动学总论(原创)_图文

第一章--运动学总论(原创)_图文

康复教研室 马少锋

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教学目标 掌握:人体运动学相关概念; 熟悉:人体运动学的目的与意义; 了解:人体运动学的内容及学习方法。

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教学内容 一、人体运动学定义 二、人体运动学的目的与意义 三、人体运动学的内容 四、人体运动学的学习方法 五、教学参考书

运动学(kinesiology):是理论力学的一个分 支学科,它是运用几何学的方法来研究物体的运 动,主要研究质点和刚体的运动规律。 ? 人体运动学:是研究人体运动科学领域的运动学。 是通过位置、速度、加速度等物理量描述,研究 人体和器械的位置随时间变化的规律或在运动过 程中所经过的轨迹,而不考虑人体和器械运动状 态改变的原因。 ? 人体运动学内容:功能解剖学、生物力学和部分 运动生物力学的内容。
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功能解剖学:研究运动器官的结构是如何适应其 生理功能的学科。 生物力学:研究生物体机械运动的规律,以及力 与生物体的运动、生理、病理之间关系的学科。 运动生物力学:研究运动中人体和器械运动力学 规律的学科。 在研究人体运动时,是以牛顿力学理论为基础的。 在运动生物力学中,把人体简化为质点、质点系、 刚体和多刚体系等力学模型,而使研究的问题大 大简化。

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运动生理学:是人体生理学的一个分支。 运动 生理学研究人体在体育活动和运动训练影响下结 构和机能的变化及规律,探讨人体运动能力发展 和完善的生理学机理,论证并确立各种科学的训 练制度和训练方法。 运动生物化学:运动生物化学是生物化学的分支, 是应用物理学、化学和生物学的方法,从分子水 平研究人体运动时机体的化学组成、化学变化、 能量转变和运动能力的发展与变化,并应用这些 规律为运动实践服务的一门科学。

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1、通过对人体结构和机能的力学研究和运动动 作的生物力学分析,掌握熟悉运动器官的结构与 功能相一致的关系,可以帮助我们更深入地理解 运动障碍的实质、掌握各项运动治疗的适应证/ 禁忌证、技巧和手法,制定运动治疗方案、选择 恰当的训练手段,准确地实施运动治疗,省力又 安全高效地进行训练。

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2、通过研究不同的运动对于人体的某一局部施 加的力量负荷的特点,可以采取预防措施防止治 疗时给病人造成误用性综合征的可能,防止治疗 师本人治疗时用力过度/不当导致自身外伤的发 生,也有益于外伤后康复训练的适宜方法、强度、 持续时间和间隔时间的选择。可见人体运动学是 康复治疗学必不可少的重要基础课程。

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3、运动学知识是骨关节疾病的正确诊断与治疗 的基础,也是恢复患者运动功能的假肢、支具等 的力学性质设计和正确使用的重要基础,对于康 复治疗师为患者选择恰当的轮椅和支具,并训练 他们学会熟练地使用,也是十分必要的。因此, 掌握好人体运动学的知识,对于康复治疗学专业 的学生,至关重要。

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见授课计划。

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1、课前预习 2、上课认真听讲,认真做笔记 3、课后及时复习,巩固学习效果 4、重点知识准备:人体解剖学(运动系统、神 经系统)、生理学(神经生理学)

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1、戴红.人体运动学[M].北京:人民卫生出版社,2008. 2、尹宪明.运动学基础[M].北京:人民卫生出版社,2010. 3、顾德明.运动解剖学图谱(第2版) [M].北京:人民体育 出版社,2008. 4、高士濂.实用解剖图谱 (第2版) [M].上海:上海科学 技术出版社

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教学目标 掌握:运动学基本概念; 熟悉:人体运动的相对性、坐标系和始发姿势; 人体运动的形式; 了解:人体基本动作原理。

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教学内容 一、运动学基本概念 二、人体运动的相对性、坐标系和始发姿势 三、人体运动的形式

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1、标量:只有大小没有方向的物理量叫标量。 如温度、时间。其运算是简单的代数运算。 2、矢量:既有大小又有方向的物理量叫矢量。 力、位移、速度等力学中的大多数物理量都是矢 量。其计算有自己的规律。 矢量的合成遵循平行四边形法则。 3、时刻:是人体位置的时间量度,用于运动的 开始、结束和运动过程中许多重要位相的瞬间。 4、时间:是人体运动持续时间的量度,是指人 体运动从某时刻到另一时刻所经过的时间间隔。

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5、质点:是指具有质量、但可以忽略其大小、 形状和内部结构而视为几何点的物体,是由实际 物体抽象出来的力学简化模型。 质点的运动包括直线运动和曲线运动。 直线运动又分为匀速直线运动和变速直线运 动,曲线运动的方向始终在变化,具有矢量性。 6、刚体:是由相互间距离始终保持不变的许多 质点组成的连续体,它有一定形状、占据空间一 定位置,是由实际物体抽象出来的力学简化模型。 在运动生物力学中,把人体看作是一个多刚体系 统。

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7、平动:指运动过程中,身体上的任意两点的 连线始终保持等长和平行。其运动轨迹是直线或 曲线,人体平动时,身体上各点的位移、速度和 加速度都一致,可简化成质点处理。

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8、转动:指运动过程中,身体上的各点都围绕 同一直线(即轴)作圆周运动,称转动。转动时 人体各点距离轴的距离不同,所以其线速度也不 同,只能简化成刚体来处理。

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9、复合运动:人体的绝大部分运动包括平动和 转动,两者结合的运动称为复合运动。 如骑自行车时,躯干可近似地看作平动,下 肢各关节围绕关节轴进行多级转动。研究中通常 把复合运动分解为平动和转动,使问题大大简化。 10、轨迹:质点运动的路径。当把人体转化成质 点来描述其运动时,把代表人体或器械的质点在 一定时间内用坐标值确定的位置点连接起来,就 是人体或器械某质点的运动轨迹。

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11、路程:是指物体从一个位置移动到另一个位 置时的实际运动路线的长度,也是质点运动轨迹 的全长。路程是标量,只有数值的大小,没有方 向。 12、位移:大小等于质点运动的起点到终点的直 线距离,方向由起点指向终点。位移是矢量,同 时表明运动的长度和运动的方向。 13、速率:指路程与通过这段路程所经历的时间 之比,是标量。 14、速度:指位移与通过这段位移所经历的时间 之比,是矢量。

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15、瞬时速度:指物体在某一时刻或通过运动轨 迹上某一点的速度。 16、加速度:是描述速度的时间变化率的物理量。 它是一个矢量,有大小和方向。可以为正值、负 值和0。加速度也有平均加速度和瞬时加速度。 位移、速度和加速度都可以合成和分解,遵 循平行四边形法则。

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17、角位移:人体整体或环节 围绕某个轴转动时转过的角度 叫角位移。角位移是矢量,大 小为转过角度的大小,方向由 物理学中的“右手法则”判定。 通常规定逆时针转动的角位移 为正,顺时针转动的角位移为 负值。角位移的单位以弧度表 示。

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18、环节:在人体中,能够绕关节运动轴进行运 动的肢体称为运动环节,简称环节。

? 基本环节:相邻两个关节之间的部分称为,例如上臂

就是一个基本环节; ? 运动偶:两个基本环节连接起来构成一个运动偶,例 如上臂和前臂借肘关节连接起来就组成了一个运动偶; ? 运动链:三个或三个以上的环节连接起来构成一个运 动链,例如肩带、上臂、前臂和手借助肩关节、肘关 节和腕关节连接起来,就组成了一个运动链。
◆ 环节与关节区别:环节是运动的杠杆,关节是杠

杆运动的支点,环节以关节为支点进行运动。

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19、开链运动:运动链的末端(最后一个环节)处 于游离状态时,称为开放链。开放链的一端固定, 其余各环节都可自由运动,不受其它环节的制约。 例如,当肩带相对固定时,上肢的上臂、前臂和 手都可单独运动。 20、闭链运动:运动链中的各基本环节首末相连 无游离环节,则称为闭锁链。在闭锁链中,某一 关节的运动,通常会引起相邻关节的运动。例如 人站的地面,当膝关节屈时,必然会引起髋关节 屈和踝关节背屈。

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开链运动和闭链运动有着各自的特点和作用,但 它们在康复治疗中都具有重要的运动学与生物力 学意义。例如:在膝关节韧带损伤康复的早期过 程中,闭链运动比开链运功安全性高,两种训练 方法在增加胫骨移动能力时,开链运动产生的剪 切力要大于闭链运动。

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物体的运动取决于参考物体选取的性质叫运动的 相对性。 运动是绝对的,静止是相对的。 参考系:描述物体运动时选择作为参考的物体或 物体群叫参考系(或参照系)。 惯性参考系:把相对于地球静止的物体或相对于 地球作匀速直线运动的物体作为参考系。 非惯性参考系:把相对于地球作变速运动的物体 作为参考标准的参考系。在描述人体运动的局部 肢体的运动状态时,多需要这种参考系。

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水平面:与地面平行的面, 冠状轴 把人体分为上下两部分; 额状面:与身体前或后面 平行的面,把人体分成前 后两部分; 矢状面:与身体侧面平行 矢状轴 的面,把人体分为左右两 矢状面 部分。

垂直轴

水平面

冠状面

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矢状轴:与水平面平行且 垂直于冠状面的轴,在水 平方向上前后贯穿人体。 冠状轴:与水平面平行且 垂直于矢状面的轴。 垂直轴:与矢状面和冠状 面都平行且垂直于水平面 的轴。

垂直轴 冠状轴

水平面 矢状轴 矢状面

冠状面

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在康复医学中,人体运动的始发姿势,即:身体 直立,面向前,双目平视,双足并立,足尖向前, 双上肢下垂于体侧,掌心贴于体侧。
手的姿势(手掌 贴于躯干两侧), 是唯一有别于解 剖学中的人体基 本姿势的,应引 起注意。

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关节面的形态及结构决定了关节可能活动的轴, 自由度与关节活动轴有关,关节轴有几个活动方 向,就有几个自由度。例如,髋关节可作前屈后 伸、内收外展、内旋外旋三个轴的运动,有三个 自由度。 凡具备两个以上自由度的关节均可产生环绕动作。

(一)人体简化以后的运动形式 ? 把人体简化成质点,按照质点的运动轨迹可分为 直线运动和曲线运动。 ? 把人体简化成刚体,运动形式包括平动、转动和 复合运动。

(二)人体关节的运动形式 ? 屈曲(flexion),伸展(extension):主要是以冠状
轴为中心,在矢状面上的运动。 冠状轴



(二)人体关节的运动形式
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内收(adduction),外展(abduction):主要是以矢 状轴为中心,在冠状面上的运动。 矢状轴

外展

(二)人体关节的运动形式
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内旋(internal rotation), 外旋 (external rotation) :主要是

垂直轴

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以纵轴为中心,在水平面上的 运动。 前臂和小腿有旋前和旋后运动。 足踝部还有内翻(inversion)和 旋内 外翻(eversion)运动。

(三)人体的基本运动形式 1、上肢的基本运动形式:推、拉、鞭打。 ? (1)推:在克服阻力时,上肢由屈曲态变为伸 展态的动作过程。如推铅球、胸前传球。

(三)人体的基本运动形式 1、上肢的基本运动形式:推、拉、鞭打。 ? (2)拉:在克服阻力时,上肢由伸展态变为屈 曲态的动作过程。如游泳、划船。

(三)人体的基本运动形式 1、上肢的基本运动形式:推、拉、鞭打。 ? (3)鞭打:在克服阻力或自体位移时,上肢各 环节依次加速、制动,使末端环节产生极大速度 的动作形式,叫鞭打动作。如投掷。

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2、下肢的基本运动形式:缓冲、蹬伸、鞭打。 (1)缓冲:在克服阻力时,下肢由伸展态转为 较为屈曲态的动作过程。如跳远前起跳时摆动腿 的动作。

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2、下肢的基本运动形式:缓冲、蹬伸、鞭打。 (2)蹬伸:在克服阻力时,下肢由屈曲态主动 转为伸展态的动作过程。如跳远前起跳时起跳腿 的动作。

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2、下肢的基本运动形式:缓冲、蹬伸、鞭打。 (3)鞭打:如单杠振浪、自由泳的两腿打水动 作等,下肢各环节有类似上肢的鞭打动作。

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3、全身基本运动形式:摆动、躯干扭转、相向运动。 (1)摆动:身体某一部分完成主要动作(如一 条腿的起跳)时,另一部分配合主要动作进行加 速摆动(如双臂和另一条腿配合起跳的摆动)动 作形式,称摆动。

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3、全身基本运动形式:摆动、躯干扭转、相向运动。 (2)躯干扭转:在身体各部位完成动作时,躯体 上下肢沿身体纵轴的反向转动的运动形式。

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3、全身基本运动形式:摆动、躯干扭转、相向运动。 (3)相向运动:依据运动形式,把身体两部分相 互接近或远离的运动形式称相向运动。

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(一)杠杆原理 (二)复杠杆 (三)关节活动顺序性原理

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1、杠杆概念 在物理学中,我们把能在力的作用下围绕一固定 点进行转动的硬棒叫杠杆。 构成杠杆的五要素 分别是:支点、力(动力)、力臂(动力臂)、 阻力、阻力臂。 (1)支点(O): 是指杠杆绕着转动的轴心点, 在肢体杠杆上,支点是关节的运动中心。 (2)力点(F): 动力作用点称为力点,在骨杠 杆上力点是肌肉的附着点。

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(3)阻力点(R): 阻力杠杆上的作用点称为阻 力点,是指运动阶段的重力、运动器械的重力、 摩擦力或弹力以及拮抗肌的张力,韧带、筋膜抵 抗牵张力的力等所造成的阻力。它们在一个杠杆 系统中的阻力作用点只有一个,即全部阻力的合 力作用点为唯一的阻力点。 (4)力臂(d):从支点到动力作用线的垂直距离。 (5)阻力臂(dR):从支点到阻力作用线的垂直 距离。

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(6)力矩(M):是力对物体转动作用的量度。人 体的各种运动多是肌肉的拉力矩作用于相应环节, 使之围绕关节轴转动而实现的。肌力的测定和训 练一般是就肌力矩而言。 (7)阻力矩(MR):阻力和阻力臂的乘积为阻力矩。 力矩和阻力矩的作用方向一律用“顺时针方向” 和“逆时针方向”来表示。习惯上把顺时针方向 的力矩规定为正力矩,逆时针方向的力矩规定为 负力矩。规定正、负之后,几个力矩的合成就可 用其代数和来计算。

( 力 的 作 用 线 )

dR

O

F

d R
图2-85 杠杆示意图

( 力 的 作 用 线 )

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2、杠杆的分类 第1类杠杆:其支点位于力点和阻力点中间,主 要作用是传递动力和保持平衡,它既可以省力又 可以产生速度,故称平衡杠杆。
支点靠近阻力点,可以省力

F
支点靠近力点,可使运动加速

F

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第2类杠杆:其阻力点在力点和支点的中间,其 力臂始终大于阻力臂,可用较小的力来克服较大 的阻力,故称省力杠杆。

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第3类杠杆:其力点在阻力点和支点的中间,如 使用镊子。此类杠杆在人体上最为普遍。此类杠 杆因为力臂始终小于阻力臂,动力必须大于阻力 才能引起运动,但可使阻力点获得较大的运动速 度和幅度,故称速度杠杆。

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3、杠杆原理在康复中的应用 (1)省力:要用较小的力去克服较大阻力,就要 使力臂增长或缩短阻力臂。在人体杠杆中肌拉力 的力臂一般都短,可以通过籽骨、肌在骨上附着 点的隆起等来延长力臂。提重物时,使重物靠近 身体可以缩短阻力臂而省力,举重的技术关键就 是让杠铃尽可能贴近身体。

F

dR

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(2)获得速度:为使阻力点移动的幅度和速度增 大,就要增加阻力臂和缩短力臂。人体杠杆中大 多数虽是速度杠杆,但在运动中为了获得更大速 度,还经常使几个关节组成一个长的阻力臂,如 掷铁饼就先要伸展手臂。有时要附加延长的阻力 臂,如利用击球棒和球拍的杆来延长阻力臂。

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(3)防止损伤:从杠杆原理可知速度杠杆一般不 能省力,而人体骨骼与肌组成的杠杆大多属于速 度杠杆,所以阻力过大的时候,容易引起运动杠 杆各环节,特别是其力点和支点,即肌腱、肌止 点以及关节的损伤。因此,除通过训练增强肌力 外,还应适当控制阻力及阻力矩,以保护肌杠杆。

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1、关节活动顺序性原理: 运动中需要克服大的阻力或需要快的速度时, 虽然运动链中各个关节同时用力,但总是大关节 最先产生运动,然后依据关节的大小出现一定的 先后顺序,直到运动结束,这就是关节活动的顺 序性原理。

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2、大关节首先产生活动的原因 大关节总是最先产生运动,是因为大关节的肌肉 生理横断面大,产生的肌力矩也大。因此,在人 体运动过程中,它能首先客服阻力钜,使环节首 先产生运动。

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3、大关节首先产生活动的条件 当需要克服大的阻力,或需要表现出快的运动速 度时,大关节总是最先产生运动(它能首先客服 阻力钜,使环节首先产生运动)。 当不需要克服大的阻力,或不需要表现出快的运 动速度时,可以不按关节活动的顺序性原理进行。 例如:游泳划水动作和击剑攻防动作主要通过小 关节活动进行。

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4、关节活动顺序性原理的意义

跳远起跳过程中的错误动作——“提踵过早” ? 双杠倒立推起练习错误动作——没有充分发挥肩带肌作用

? 康复中的意义:在于主动强化训练大关节,发挥

其潜力,利于训练的完成。

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5、小关节活动的重要性 在人体运动中,结束动作都由小关节完成,结束 动作完成的好坏直接影响到整个动作的质量。

(1)小关节是人体动作的支点:小关节的强弱决定完成动 作时支撑点的稳定性,决定人体上位环节作用力的效率。 ? (2)影响动作的完成时间:小关节力量加强,可以提前参 入活动,提高动作的速度,从而缩短完成动作的时间。 ? (3)可以精确的控制方向:小关节动作精细,调节动作的 能力强。
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小关节是人体动作的支撑点,在运动完成终末期 对动作的精细程度调节方面有重要作用,还可影 响动作时间,精确控制运动方向。因此,在体育 运动和康复训练中,除了对大关节进行肌力训练 以外,加强肢体稳定性控制训练(对小关节的训 练),能明显提高体育训练的质量和康复治疗的 效果。 当不需要克服大的阻力或快的速度的运动时,关 节活动的顺序性原理则不能体现出来。(提示: 康复训练中不可使用阻力过大,以免引起大关节 对小关节的替代效应)

谢谢!

学习目标 1.掌握:静力学的概念和作用;力矩、力偶、力的 平移定理,稳定角、平衡角、稳定系数。 2.熟悉:恢复力矩、倾倒力矩的概念,和保持人体 平衡的条件。 3.了解:人体重心的概念,以及人体重心的位置。

学习内容
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一、人体平衡 二、人体平衡的条件 三、人体重心 四、人体平衡的特点

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人体静力学:是研究人体在外力作用下处于平衡 状态下的性质和行为的力学分支。 它是主要讨论人体在完成静力性动作,即处于相 对静止的姿势(或称平衡状态)时的受力情况, 以及获得和维持平衡的力学条件。

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1.力矩:是力对物体转动作用的量度,是力和力 臂的乘积。 力使物体绕点或定轴转动,其效果除了取决于力 的大小和方向以外,还取决于所围绕的定点或者 定轴与作用线的距离。只有与轴既不平行,也不 相交的力才能使物体转动,且起作用的仅仅是该 力在垂直转轴平面内的分力。 通常规定:从轴的正面看去,力使物体按逆时针 方向转动时,力矩为正,力使物体按顺时针方向 转动时,力矩为负。力矩的单位用牛顿·米来表 示。

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恢复力矩:是使物体恢复到原来平衡位置的力矩, 它等于重力乘以重力对倾倒支点的力臂。 倾倒力矩:为倾倒力乘以对倾倒支点力臂的乘积。

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2.力偶:通常把两个大小 相等、方向相反、作用线 互相平行、但不在同一条 直线上的一对力称为力偶。 它作用在刚体上,能改变 刚体的转动状态。 力偶矩:力与力偶臂的乘 积称为力偶矩。使物体产 生逆时针方向转动的力偶 矩,取正值,反之取负值。

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3.力的平移定理 刚体上的力可以平行于自身移动到任一点,但需 要添加一力偶,其力偶矩等于原力对于新作用点 的力矩。这样,就可以把力平移到重心上去分析, 并且不需要改变对人体的作用效果;但是,必须 附加上一个力偶,此力偶等于原力对重心之距。 这种方法可以简化受力图,对运动的受力分析有 重要意义。

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设有力F作用于A点,如何使力平移后与原来的力 等效呢?
现在任选O点并在这一点加反向的两个力F’和F”,使其 大小均等于F,作用线与F平行。由于F’和F”为一平衡力 系,故F、F’、F”的作用与F单独的作用等效。 但F和F”可视为一力偶,因此作用于A点的力F可用作用于 O点的F’和力偶矩M=Fd来代替。

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人体平衡的力学条件:是合外力为0,合外力矩 为0。两个基本点条件同时满足,人体才能平衡。 平衡稳定性反映了物体维持原有平衡状态和抵抗 倾倒的能力,对于康复治疗对象来讲很重要。 与平衡有关的因素: 比萨斜塔为什么斜而不倒? (1)支撑面; (2)重心;

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支撑面:等于接触面积 加上包围面积。支撑面 越大,稳定性越大;重 心越低,稳定性越大。 人体的重心垂直投影线 越远离支撑面的边缘, 则稳定性越大。

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稳定角:是重心垂直投影 线和重心至支撑面边缘相 应点的连线间的夹角。 稳定角是影响人体平衡稳 定性的力学因素。它综合 反映支撑面积大小、重心 高低和重心垂直投影线在 支撑面内的相对位置对平 衡稳定性的影响。

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平衡角:等于某方位 平面上稳定角的总和。 它可以说明物体在某 方位上总的稳定程度, 通常称为稳度,即物 体失去平衡的难易程

度。

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一个物体是否失去平衡,取决于该物体重心垂直 投影线是否落在支撑面内。物体开始倾斜时,随 着物体的倾斜,重力产生一个使物体恢复到原来 平衡位置的恢复力矩,它等于重力乘以重力对倾 倒支点的力臂。倾倒力矩为倾倒力乘以对倾倒支 点力臂的乘积。倾倒过程中,如恢复力矩大于倾 倒力矩,即重力作用线在支撑面内,则恢复力矩 使物体恢复到原位置。

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人体重心:整个人体所受重力的合力的作用点, 叫人体重心。它位于身体正中面上第三骶椎上缘 前方7厘米处,大约在身高的55%~56%。 重心移动的幅度取决于身体移动的幅度和移动部 分的质量。如上肢上伸时重心上移,下蹲时重心 下移,大幅度体前屈或作“桥式动作”可以引起 重心移出体外。

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临床应用:为了训练平衡功能差的患者的平衡能 力,开始训练时,可以先练习坐位(重心低支撑 面较大)平衡,完成后练习立位平衡时,可先分 开双腿以加大支撑面使重心比较低,练习静态和 动态平衡,达到一定效果后,再逐渐过渡到并足 训练。

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由于人体的呼吸和循环的存在,肌张力也不恒定, 重心在一定范围内波动,因此人体平衡是相对的 静态平衡。 当人体重心偏移时,人体能借助补偿动作来抵消 和中和重心的不适宜移动,如果还不足以维持平 衡时,则可借助恢复动作/改变支撑面来获得新 的平衡。即人体可以通过视觉和本体感觉,在大 脑皮质的控制下,通过肌肉收缩造成平衡的力学 条件,恢复和维持平衡。 因此,人的平衡离不开肌的收缩。

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肌肉收缩主要起固定关节、调节控制人体平衡的 作用,其活动需消耗生理能量。 如果保持平衡的时间太长,能量消耗增多,肌肉 疲劳,会使人体控制平衡的能力降低。紧张、疲 劳、注意力不集中及突然的声、光刺激都会影响 平衡的稳定性。 人体平衡还受心理的影响。所以对患者进行平衡 训练时,除了注意适宜技术的使用,还要进行鼓 励,解除患者平衡训练时心理上的恐惧感。

学习目标 1.掌握:动力学基本概念。 2.熟悉:牛顿运动定律,以及人体的功能关系在制 定运动处方中的重要作用。 3.了解:人体简化后的主要运动形式、动量定理和 动量守恒定律。

学习内容
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一、基本概念 二、牛顿运动定律

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1.动力学 :是研究人体运动与受力的关系的学 科。人体受力可分为动力和制动力。如果力的方 向与人体运动(速度)方向相同,就称此力为人 体动力,反之则称为人体制动力。 2.力:一物体作用在另一物体上的推力或拉力。 如果把人体看作一个力学系统,则人体受力可分 为内力、外力。二者互相作用产生适应、协调和 平衡。 力的三要素 :大小、方向和作用点。 力是矢量,力的合成和分解遵循平行四边形法则。

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1)人体重力:是地球对人体的引力。是人体保 持直立姿势以及活动时必须克服的负荷。人体重 力的作用方向向下,大小与人体及负荷的质量相 等。 2)支撑反作用力:当人体对支撑点施加作用力 时,支撑点对人体的反作用力叫支撑反作用力。 静力支撑反作用力:其大小与人体体重相同, 方向相反。 动力支撑反作用力:大于人体体重。例如加 速起蹲。

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3)摩擦力:指人体或肢体在地面或器械上运动 或有运动趋势时,所受到的阻碍运动的力。其大 小因人体或肢体重量及地面或器械表面的粗糙程 度不同而异,其方向与运动方向相反。 4)惯性力:指变速运动物体对施力物体的反作 用力。其大小等于变速运动物体的质量与加速度 的乘积,方向与加速度方向相反,作用于引起加 速度的物体上。如推铅球时手对铅球的推力使得 铅球产生了加速度,同时铅球对手的反作用力是 其质量对加速度的阻力,即惯性力。

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5)流体阻力:指人体在流体中运动时所承受的 流体阻力。其大小与流体密度、运动速度和人体 的正面面积成正比。在水中运动的阻力比在空气 中运动受到的阻力要大,但是因为水的浮力作用 又抵消了人的大部分体重,故人体在水中运动比 较省力。 6)器械的其他阻力:肢体推动运动器械进行训 练时,除要克服器械重力外,还需要克服器械的 惯性力、摩擦力或弹力所产生的阻力,其大小与 肢体的推力大小相等,方向相反。

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1)肌拉力:这种力通过其在骨骼上的附着点, 可以维持人体姿势,引起人体内部各部分、各环 节间的相对运动。是人体内力中最重要的主动力。 2)各组织器官间的被动阻力:当一肢体做屈曲 或伸展运动时,其相反方向的组织受到牵拉,由 于组织内存在各种张力或粘滞力可以产生对抗牵 拉的阻力,尤其是拮抗肌的张力,此时必须做相 应松弛,以保证运动的完成;这些阻力的存在, 又使得松弛有一定限度,保证了主要运动方向运 动的适时和适度。

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3)各内脏器官的摩擦力:例如胃肠蠕动时候肠 袢间的摩擦力(尽管很小),心脏搏动时与肺、 纵隔和胸廓间的摩擦力等。 4)内脏器官和固定装置间的阻力:如胃肠蠕动 与腹膜、肠系膜、大血管间的阻力,食管的蠕动 与纵隔间的阻力等。 5)血液淋巴液在管道内流动时产生的流体阻力, 在分流时产生的湍流等。

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4)应力:指人体结构内某一平面对外部负荷的 反应,用单位面积上的力表示(N/cm2)。 5)应变:指人体机构内某一点受载时所发生的 变形称为应变。用变化的长度与原始长度的比表 示(%)。 6)强度和刚度 ? 强度:是人体承受负荷时抵抗破坏的能力。 用极限应力表示。 ? 刚度:是人体在受载时抵抗变形的能力。

7)弹性和弹性限度:物体受外力后发生变形,外 力(在一定限度内)一旦撤去,物体能恢复原有 的体积和形状的性质,叫弹性。外力的这个限度 叫弹性限度。 弹性材料能保持固定形状,特点是应力与应 变成正比,外力作用下外力功转变成弹性能。

8)塑性:物体受外力后发生变形,当外力超过弹 性限度时,即使撤去外力,也不能恢复原状而保 持变形的性质,即发生了永久变形,叫塑性。 塑性材料变形不可恢复,特点是应力与应 变呈非线性关系,外力作用下外力功转变成变形 能。

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9)粘弹性材料:既具有弹性材料的力学性质,又 具有粘性材料的力学性质的材料,叫粘弹性材料。 粘弹性是引起能量消耗的重要原因。 人体的骨、软骨、肌肉、血管壁、皮肤都是粘弹 性材料,其力学性质与温度、压力等外界环境的 关系极为密切。

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10)粘弹性材料的特点 蠕变:若令应力保持一定,物体的应变随时间的 增加而增大,这种现象称为蠕变。 应力松弛:当物体突然发生应变时,若应变保持 一定,则相应的应力将随时间的增加而下降,这 种现象称为应力松弛。 滞后:若物体承受周期性的加载和卸载,则加载 时的应力应变曲线常与卸载时的应力应变曲线不 重合,这种现象称为滞后。

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1、牛顿第一定律:物体如果不受任何力或所受 合外力为零,将保持其静止状态或匀速直线运动 状态。它描述的是平动中人体和器械的惯性本质。 由于保持一定的速度比改变速度省力得多,所以 进行耐力训练如长途慢跑或快走的时候,提倡用 稳定的速度。另一方面,在作医疗体操时,如能 保持动作的连贯性也可比较容易地完成动作,以 减轻患者承受不必要的负荷。

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2、牛顿第二定律:物体在某段时间内所受合外 力的冲量等于它在这段时间内动量的变化量,叫 动量定理。它具有矢量性,主要用于运动学研究。

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冲量:物体在某段时间内所受合外力与其作用时间的乘积 称为力的冲量。 动量:物体质量与运动速度的乘积称为运动物体的动量。

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动量守恒定律:当系统不受外力或所受外力之和 为零时,系统的总动量保持不变,叫动量守恒定律。 人体是由多环节组成的生物系统,各个环节的动 量的矢量和等于人体的总动量。当人体整体所受 外力为零时,人体内力可改变各个环节的相对位 置,使环节的动量发生相互传递,但不能改变人 体的总动量。 在康复训练中,可考虑利用这一定律,制动某环 节以提高邻近的需要加强训练环节的运动能力。

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3、牛顿第三定律:相互作用的两个物体之间的 作用力和反作用力总是大小相等,方向相反,作 用在同一条直线上,即作用力与反作用力定律。
作用力与反作用力的特点 1、大小相等,方向相反, 作用在一条直线上。 2、作用在不同的物体上 。 3、具有同种性质。 4、两个力各有各的效果。 5、同时出现,同时消失。

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意义:指导运动受力分析。

学习目标 1.掌握:人体转动的力学条件、肢体围绕关节转动 的力学条件。 2.熟悉:肌力评测和肌力训练中肌力概念的实质。 3.了解:转动定律、动量矩、冲量矩的内容。

学习内容
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一、转动运动学 二、转动动力学 三、转动惯量的应用

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1.角速度:人体/肢体在单位时间内转过的角度 叫角速度。它是矢量,其方向与角位移方向相同。 采用等速训练器进行患者的等速肌力训练时, “等速”是指肢体围绕关节轴转动时的角速度是 相等的。 2.线速度:是质点围绕一点转动或者人体围绕某 个轴转动时,质点或者人体上各点的瞬时速度。 它具体描述转动的人体或器械上各个点转动的快 慢。 3.角加速度:指单位时间内角速度的变化量。在 描述匀变速运动时,其特点是角加速度恒定。 4.角位移:人体整体或环节围绕某个轴转动时转 过的角度叫角位移。

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人体的转动:包括肢体在肌力的作用下牵引骨围 绕关节轴的转动和人体整体的转动。 人体转动的力学条件:作用在人体上的外力对某 一转轴的力矩的矢量和不为零。 肢体绕关节轴转动的条件:阻力矩与肌力矩之和 不为零。对多轴关节的转动,要对每个轴做力矩 的合成,正确判定阻力和肌力对于相应轴的力矩。 如上臂作肩关节的屈伸时,其阻力与肌力对额状 轴产生力矩,而上臂作肩关节的内收外展时,其 阻力与肌力对矢状轴产生力矩。

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转动惯量:是物体转动惯性的大小的物理量。

I = mr
?

2

由于人体的质量分布不均匀,其转动惯量的计算 很困难。通常采用人体力学模型,将人体简化成 15个刚体,通过铰链联结形成刚体系统,然后分 别计算各个刚体的转动惯量。

I = ? mi ri

2

注意:转动惯量大 小必须指明是

对哪个轴的。

?

转动定律:刚体绕固定轴转动时,转动惯量与角 加速度的积等于作用在刚体上的合外力矩。

? F = I? a
?

动量矩:转动惯量与转动的角速度的乘积,反映 了刚体的转动状态。

? M = I?

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冲量矩:是力矩和时间的乘积,表示外力矩对转 动物体作用于时间上的累积效用。

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人的肢体在运动时,大多是围绕关节轴的转动。 当肌力矩大于阻力矩时,肢体向肌拉力的方向转 动;当阻力矩大于肌力矩时,肢体向阻力方向转 动;当肌力矩等于阻力矩时,肢体平衡,肌肉作 静态的等长收缩。

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为了增加肢体的转动角速度,训练关节的活动度 和灵活程度,可以增大肌力矩,主要通过增强肌 力来实现。另一方面,当肌力矩一定时,减小转 动惯量也可提高转动的角速度。可以在完成动作 时,尽量使肢体靠近关节轴,从而加大肢体的转 动速度。

I = mr

2

I

r

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例如跑步时的摆臂摆腿动 作,可以采用屈肘摆臂, 从而减小上肢的转动惯量; 小腿后摆时,尽量靠近大 腿做折叠动作,减小下肢 围绕髋关节的转动惯量, 以便提高摆动的角速度。

谢谢!

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一、人体测量学 二、自由体受力图 三、构建自由体受力图的步骤 四、受力分析 五、受力分析应用

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在进行人体运动分析之前,先要对人体的长度、质量、 体积、密度、重心、转动惯量等相关参数进行测量。

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在进行运动分析前,首先 要画出研究对象(自由体) 的受力图,要求将应用在 该系统中的所有相关力描 绘出来。

杠杆平衡条件: ? M = 0, ? F = 0

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(一)共线力的矢量合成

? 1、力的合成

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(二)共面力的矢量合成

? 1、力的合成

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(二)共面力的矢量合成

? 1、力的合成

类风湿关节炎导致掌指关节韧带受损,在弓弦力的作用下断裂,

引起掌指关节远端向掌侧移位

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(二)共面力的矢量合成

? 2、力的分解

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(三)内力、外力和力矩分析

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(四)关节角度变化对肌力分解作用的影响

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(五)关节角度变化对内力矩或阻力矩的影响

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(六)同一肢体平衡位置上两种作用力效果分析

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(七)同一肢体平衡位置上关节反力效果分析

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(一)静态分析

? 1、静态分析条件

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(一)静态分析

? 2、静态分析步骤

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(一)静态分析
解决方法:

? 3、案例分析

问题1:如图所示,求持物屈肘90o 时肘关节的关节反力的大小及方向?

?

(一)静态分析
解决方法:

? 3、案例分析

问题1:如图所示,求持物屈肘90o 时肘关节的关节反力的大小及方向?

?

(一)静态分析
解决方法:

? 3、案例分析

问题1:如图所示,求持物屈肘90o 时肘关节的关节反力的大小及方向?

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(一)静态分析
解决方法:

? 3、案例分析

问题2:如图所示,求持物屈肘前臂与水平 面成30o时肘关节的关节反力的大小及方向?

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(一)静态分析
解决方法:

? 3、案例分析

问题2:如图所示,求持物屈肘前臂与水平 面成30o时肘关节的关节反力的大小及方向?

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(一)静态分析
解决方法:

? 3、案例分析

问题2:如图所示,求持物屈肘前臂与水平 面成30o时肘关节的关节反力的大小及方向?

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(一)静态分析
解决方法:

? 3、案例分析

问题3:如图所示,求立位直臂拉滑轮时肘 关节的关节反力的大小及方向?

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(一)静态分析
解决方法:

? 3、案例分析

问题3:如图所示,求立位直臂拉滑轮时肘 关节的关节反力的大小及方向?

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(一)静态分析
解决方法:

? 3、案例分析

问题3:如图所示,求立位直臂拉滑轮时肘 关节的关节反力的大小及方向?

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(二)动态分析

? 1、动态分析条件

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(二)动态分析

? 2、动力测量系统

电子测角器(单轴、双轴)

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(二)动态分析

? 2、动力测量系统

加速计

数字摄像技术

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(二)动态分析

? 3、运动测量系统

测力台

等速肌力测定仪

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(二)动态分析

? 3、运动测量系统

步态分析系统

谢谢!


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