安全人机工程第二章.ppt

第二篇 人的生理和心理特性,在人机系统（或人-机-环境系统）中，人是主要的因素。人的作用是心理、生理多方面因素混合作用的综合。所以，为使人机系统能正常、高效、安全地运转，必须对人的生理、心理因素加以研究和测定。,第二章 人的感知与反应特征,主要讲授内容,1、神经系统的组成及其功能,3、感觉与知觉,4、视觉与本体感觉,5、人体运动系统及其特征,2、人的反应特征,一、神经系统的组成及其功能 Composition of Nevous System and Function,神经系统,中枢神经,周围神经,脑：延髓；脑髓；中脑；间脑；小脑；大脑,脊髓,按解剖分,脑神经；脊神经,按功能分,感觉（传入）神经,运动神经（传出）,躯体运动神经 （支配骨骼肌）,植物性神经 （支配内脏器官）,研究神经系统的意义：,1、神经系统是机体的主导系统：全身各器官、系统均在神经系统的统一控制和调节下，互相影响、互相协调，保证机体的整体统一及其与外界环境的相对平衡。在此过程中，首先是借助于感受器官接受体内外环境的各种信息，通过脑和脊髓各级中枢神经的整合，最后经周围神经控制和调节各个系统的活动，从而使机体得以反应多变的外环境，同时也调节着机体内环境的平衡。 2、神经系统是心理现象的物质基础：从心理学角度看，人的一切心理和意识活动也是通过神经系统的活动来实现的。,二、人的反应特征,1、反应时间 反应时间(RT)又称反应潜伏期。它是指剌激和反应的时间间隔。剌激使感觉器官产生活动,经由传入神经传至神经中枢,经过综合加工,再由传出神经从大脑传给肌肉,肌肉收缩, 作出操作活动。反应时间由反应知觉时间和动作时间两部分组成,即: RT=tz+td 式中,RT反应时间; tz反应知觉时间; td动作时间。,简单反应时是指机体受到单一剌激到作出反应所需要的时间。 选择反应时是指机体受到多种剌激选择适当反应所需要的时间,它受识别、判断和选择因素的影响。 2、影响反应时间的因素 1）反应时间与感觉器官有关。 2）反应时间与运动器官有关。 3）反应时间与年龄有关。 4）反应时间与刺激有关。 5）反应时间与刺激的性质和强度有关。,6）反应时间与机体状态有关。 7）当剌激物为色彩时,反应时间与对比度有关。 在实际操作中,反应时间还与操纵器和显示器的形状、位置、大小以及操纵器的用力方向、 大小等因素有关。线条运动能在视觉中枢引起有效的冲动发放,所以视觉显示中大量运用线条和指针。 人的反应速度是有限的,一般条件反射反应时间为0.10.15s;复杂的选择反应时间为1 3s。因此,人机系统设计中必须考虑人的反应能力限度。,二、感觉和知觉 Perception and Consciousness,感觉定义：感觉是人脑对直接作用于感觉器官的事物个别属性的反映，感觉是人们了解外部世界的渠道，也是一切复杂心理活动的基础和前提。 感觉类型：视觉、听觉、化学感觉（嗅觉和味觉）、皮肤感觉、本体感觉等。本体感觉能告知操作者躯体正在进行的动作及其相对于环境和机器的位置；而其他感觉能将外部环境的信息传递给操作者。 感觉的过程：人的感觉器官接受内外环境的刺激，将其转化为神经冲动，通过传入神经，将其传至大脑皮质感觉中枢，便产生了感觉。,感觉,知觉的定义：知觉是人脑对直接作用于感觉器官的客观事物和主观状况整体的反映。,知觉的过程：客观事物的各种属性分别作用于人的不同感觉器官，引起人的各种不同感觉，经大脑皮质联合区对来自不同感觉器官的各种信息进行综合加工，于是在人的大脑中产生了对各种客观事物的各种属性、各个部分及其相互关系的综合的整体的决策，这便是知觉。,知觉,感觉和知觉的关系和区别,从知觉的过程得知，客观事物是首先被感觉，然后才能进一步被知觉，所以知觉是在感觉的基础上产生的，感觉的事物个别属性越丰富、越精确，对事物的知觉也就越完整、越正确。感觉和知觉都是客观事物直接作用于感觉器官而在大脑中产生对所作用的反映。在生活和生产活动中，人都是以知觉的形式直接反映事物，而感觉只作为知觉的组成部分而存在于知觉之中，很少有孤立的感觉存在，在心理学中称为“感知觉”。 感觉反映的是客观事物的个别属性，而知觉反映的是客观事物的整体。感觉的性质较多取决于刺激物的性质，而知觉过程带有意志成分，人的知识、经验、需要、动机、兴趣等因素直接影响知觉的过程。,感觉特征概述,人的感觉由眼、鼻、耳、舌、皮肤五个器官产生视听嗅触味等五感。除此以外还有运动，平衡、内脏三种感觉。综合起来共8种感觉。这些感觉器官各有其独特的作用，又有相互关联补充的作用，综合感觉比单一的某种感觉反应快速且准确。所以在生产中同时给出声、光、电信号的系统要比仅有单一信号的系统安全的多，即多种感觉信号可以大大提高系统的可靠性。但这并不是说人的大脑对多种信号的处理是多通道的，恰恰相反，是单通道的，一手画圆，一手画方恰好说明了这个道理。,概述：外部环境中有许多物质的能量形式，人体的一种感觉器官只对一种能量形式的刺激特别敏感，能引起感觉器官有效反应的刺激称为该感觉器官的适宜刺激。（如眼的适宜刺激为可见光；而耳的适宜刺激则为一定频率范围的声波） 类型：绝对感受性和绝对感受阈限； 差别感受性和差别感受阈限；,感觉的特征,感受性和感受阈限,感觉的适应,感受性和感受阈限,感觉阈限：能被感觉器官所感受的刺激强度范围。 感受性：感觉器官受到外界刺激后产生感觉的能力。,感觉的特征,感受性和感受阈限,感觉的适应,感受性和感受阈限,1、产生感觉需要有达到一定强度的适宜刺激。刚刚能引起感觉的最小刺激量，称为绝对感觉阈限的下限，感觉出最小刺激量的能力称为绝对感受性。 2、绝对感受性与绝对感觉阈限值成反比，也就是说，引起感觉所需要的刺激量越小即绝对感觉阈限的下限值越低，绝对感受性就越高，感觉越敏锐。,绝对感受性和绝对感受阈限,只有当信号的刺激强度达到某一阈值时，才能被人体所感知。这种感觉的最小刺激强度绝对感觉阈值。如下表：,3、若刺激量过大，超过了正常限度，将使感觉消失而引起通觉，甚至造成感官的损伤。刚刚使感觉小时的最大刺激量称为绝对感觉阈限的上限。刺激量在上、下阈限之间才能引起感觉。 （例如：人眼只对波长380-780nm的光波刺激产生反应，380nm和780nm即为视觉的下、上阈限，波长在380nm以下和780nm以上的光波都不能引起视觉。）,绝对感受性和绝对感觉阈限,当两个不同强度的同类型刺激同时或先后作用于某一感觉器官时，它们在强度上的差别必须达到一定程度，才能引起人的差别感觉。差别感觉阈限即为刚刚能引起差别感觉的刺激之间的最小差别量，对最小差别量的感受能力则为差别感受性，两者成反比关系。,差别感受性和差别感觉阈限,差别阈值：人体能感知的同种信号不同刺激强度之间的最小差别。 例如：两个苹果相差20g，人能很容易地区别开。 两个西瓜相差20g，人很难区别开。 对于差别阈值，Weber-Fechner提出了感觉差别阈值E和刺激强度R之间的如下关系： E=k lgR+C Weber-Fechner定律,人的各种感觉器官的感受能力的发展是不平衡的，而不同的职业又有各自不同方面的感受能力，如对音乐工作者，要求具有较高的听觉分辨能力，对美术工作者及其某些行业的检验人员要求有较高的视觉颜色分辨能力，而对自动化系统的监控人员，则要求视觉和听觉都有较高的感受性。 感受性对于职业的选择和工种的分配具有实际的价值和意义。 人的感觉能力又具有很大的发展潜力，经过训练后，某些方面的感受性可以获得极大的提高。,差别感受性和差别感觉阈限,在同一刺激物的持续作用下，人的感受性发生变化的过程，称为“感觉的适应”。 这种适应现象，除痛觉外，几乎在所有感觉中都存在，但适应的表现和速度是不同的。除暗适应外，其余各种感觉适应大都表现为感受性逐渐下降乃至消失。 视觉适应中的暗适应约需45分钟以上；明适应约需1-2分钟；听觉适应约需15分钟；味觉和轻适应分别适应约需30S和2S。,感 觉 的 适 应,在一定条件下,各种感觉器官对其适宜剌激的感受能力都将受到其他剌激的干扰影响而降低,由此使感受性发生变化的现象叫相互作用。如同时输入两个相等强度的听觉信息，对其中一个信息的辨别能力将降低50%；当同时输入视觉和听觉信息时,听觉信息对视觉信息的干扰大，视觉信息对听觉信息的干扰较小。 利用感觉相互作用规律来改善劳动条件和劳动环境,以适应操作者的主观状态,对搞好安全生产和提高劳动生产率具有积极作用。,感觉的相互作用,同一感觉器官接受两种完全不同但属同一类的剌激物的作用,而使感受性发生变化的现象叫对比。它分为同时对比和继时对比两种。几种剌激物同时作用于同一感觉器官时产生的对比叫同时对比;几个剌激物先后作用于同一感觉器官时所产生的对比叫继时对比。,感觉的对比,“第六感”让人惊叹的女性直觉,令人惊奇的“第六感”,“第六感”为何钟情女性,“第六感”的生理学秘密,“第六感”的生理学解释,令人惊奇的“第六感”,在现实生活中，许多女性都或多或少地体验过自己凭直觉做出判断或预测的准确性。这种判断往往是对问题直接做出结论，缺少可以意识到的和能用言语表达的过程和依据，然而却能一击即中，精确无误。这就是所谓的女性神奇的直觉能力。,“第六感”为什么钟情女性,女性有不同男性的思维方式： 即直觉思维和逻辑思维的区别,女性的集中注意和扩散联想,女性对接近的事情和类似的事情的敏感性,“第六感”的生理学秘密,科学实验表明，人体除了有视觉、听觉、嗅觉、味觉和触觉等五个基本感觉之外，还具有对肌体未来的预感。生理学家把这种感觉称为“机体感”、“机体模糊知觉”，也叫做人体的“第六感觉”。 第六感觉在生理学上又指人们对内脏器官的感觉，它是由于机体内部进行的各种代谢活动使内感官受到刺激而产生的感觉。 “第六感觉”的感知并没有什么专一的感觉器官，它是由机体各内脏器官的活动，通过附着于器官壁上的神经元发出神经电冲动，把信号及时传递给各级神经中枢而产生的。,“第六感”的心理学解释,心理学上认为，“第六感”是基于内省和观察之间的一种获得知识的方法。这种方法不需要应用知觉进行信息加工，而是使用一些尚未知晓的机制，直接判断是基于对不确定的感觉和印象的经验。 例如：一个科学家获得一个新的理论可能是因为想法突然“跳入”他的脑海甚至是在梦中出现；我们可以凭直觉判断一个人不诚实，虽然并不能判定他所说的话是虚假的。,“第六感”的心理学解释,在上述例子里，看起来发生的似乎是大脑在无意识的情况下将信息储存起来进行分类，并且它已经发展出一种能力来更快地以自己的方式而不是可以清晰表达的外部言语寄存经验，因此它仅仅能提供加工过程最后的结果。当然，并不能保证说，这些结论是正确的。 一些科学家认为，其实男性也和女性一样拥有神秘的“第六感”。只不过由于社会的原因，男性往往不得不表现的更加雄辩、更加尊重逻辑，因而忽略了感觉，这也许就是我们将“第六感”归为女性专利的原因吧。,知觉的基本特性,知觉的整体性,知觉的理解性,知觉的恒常性,知觉的选择性,知觉的整体性：把知觉对象的各种属性、各个部分知觉成为一个同样的有机整体，这种特性称为知觉的整体性。,知觉的整体性可使人们 在感知自己熟悉的对象 时，只根据其主要特征 可将其作为一个整体而 被知觉。如，见到建筑 群中的冷水塔，电力工 程师立即会将该建筑群 知觉为一个热电厂。,知觉的理解性：根据已有的知识经验去理解当前的感知对象，这种特性称为知觉的理解性。,由于人们的知识经验不同，所以对知觉对象的理解也会有不同，与知觉对象有关的知识经验越丰富，对知觉对象的理解也就越深刻。在复杂的环境中，知觉对象隐蔽、外部标志不鲜明、提供的信息不充分时，语言的提示或思维的推论，可唤起过去的经验，帮助人们去立即理解当前的知觉对象，使之完整化。此外，人的情绪状态也影响人对知觉对象的理解。,知觉的恒常性：人们总是根据已往的印象、知识、经验去知觉当前的知觉对象，当知觉的条件在一定范围内改变了的时候，知觉对象仍然保持相对不变，这种特性称为知觉恒常性。,大小恒常性：在天空中飞行的飞机，在视网膜中的映象是近大远小，但在知觉中它的大小是不变的。 颜色恒常性： 形状恒常性： 听知觉恒常性： 知觉的恒常性保证了人在变化的环境中，仍然按事物的真实面貌去知觉，从而更好地适应环境。,知觉的选择性：,作用于感官的事物是很多的，但人不能同时知觉作用于感官的所有事物或清楚地知觉事物的全部。人们总是按照某种需要或目的主动地有意识地选择其中少数事物作为知觉对象，对它产生突出清晰的知觉映象，而对同时作用于感官的周围其他事物则呈现隐退模糊的知觉映象，从而成为烘托知觉对象的背景，这种特性称为知觉的选择性。,影响知觉选择性的因素：,1、知觉对象与背景之间的差别越大，对象越容易从背景中区分出来。,2、在固定不变或相对静止的背景上，运动着的对象最容易成为知觉对象，如在荧光屏上显示的变化着的曲线。,影响知觉选择性的因素： 3、人的主观因素，如任务、目的、知识、兴趣、情绪不同，则选择的知觉对象也不同。,4、刺激物各部分相互关系的组合，如彼此接近的对象比相隔较远的对象、彼此相似的对象比不相似的对象容易组合在一起，而成为知觉的对象。,接近,相似,连续,错觉,错觉是对外界事物不正确的知觉。 造成错觉的主要原因有心理因素和生理因素。 比较常见的有视错觉、图形错觉、大小重量错觉、空间定位错觉、似动、轮廓法则、形状竞争、颜色错觉等。颜色错觉又可分为颜色重量错觉、颜色温度错觉、颜色空间错觉、颜色声音错觉等。 在生产过程中,要尽量消除容易使人产生失误的错觉因素,保证安全生产,但也可以利用某些错觉(如颜色错觉)规律来改善劳动的心理环境,以促进安全生产。,三、视觉和本体感觉 Vision and Noumenon,视 觉,（一）概述：,在人们认知世界的过程中，大约有80%-90%的信息是通过视觉系统获得的，因此，视觉系统是人与外界相联系的最主要途径。,物体依赖于光的反射映入眼睛，所以，光、对象物、眼睛是构成视觉现象的三个要素。但视觉系统并不只是眼睛，从生理学角度看，它包括眼睛和脑；从心理学角度看，它不仅包括当前的视觉，还包括以往的知识经验。换句话说，视觉捕捉到的信息，不只是人体自然作用的结果，而且也是人的观察与过去经历的反映。C:Documents and SettingsAdministrator桌面第三章神经系统与感知.ppt,人们得到信息的途径？,直接的,间接的,如直接看到的自己周围的人和物。,即借助于各种视觉显示装置，如CRT屏幕、雷达、电视机等。在科学技术高度发达的今天，后一种途径对于人们获得视觉信息更为重要。,视角：被看目标物的两点光线投入眼球的交角。,视觉术语,L,D,视角,眼睛能分辨被看目标物最近两点光线投入眼球时的交角，称为临界视角。,视力为1.0，即视力正常，此时的临界视角=1度，若视力下降，则临界视角值增大。,在设计中，视角 是确定设计对象尺寸大小的依据。,认清物体形状的视力为中心视力。 在暗环境中辨别物体形状的视力为夜视力。 两只眼睛中所形成的物象，融合为双眼单视后，可用以辨别物体高低、深浅、远近、大小，这种辨别物体立体位置的视力为立体视力或深度觉。,视 力,视力=1/临界视角,视力：视力是眼睛分辨物体细节能力的一个生理尺度，用临界视角的倒数来表示，即：,视野,一般视野：视野是当人的头部和眼球不动时，人眼能觉察到的空间范围，通常以角度表示,色觉视野：不同的颜色对人眼的刺激不同，所以视野也不同。白色的视野最大，黄、蓝、红、绿色的视野依次渐小。,90,60,70,45,40,20,15,15,垂直最佳视区：上、下15度,最佳视野范围：水平视线以下30度。,有效视野范围：水平视线以上25度、以下35度。,水平视线,。,。,。,。,。,。,。,。,25,。,35,。,最大固定视野：115度。 扩大的视野：150度。,在垂直面内，实际上人的自然视线低于标准视线，直立时低15度，放松站立时低30度，放松坐姿时低40度。因此，视野范围在垂直面内的下界限也应该随着放松立姿、放松坐姿而改变。,垂直面内的视野,。,水平面内的视野,15,。,15,。,最佳视野范围,35,。,35,。,有效视野范围,90,。,90,。,5,。,最大固定视野,扩大的视野,180 白,。,120 黄,。,100 蓝,。,60 绿红,。,色觉视野,130,。,白,95,。,黄,80,。,蓝,45,。,红,40,。,。,绿,水平方向的色觉视野,垂直方向的色觉视野,视距：视距是人在操作系统中正常的观察距离。,视距的确定： 一般应根据观察目标的大小和形状以及工作要求确定视距。通常，观察目标在560mm处为适宜，低于380mm时会引起目眩，超过780mm时细节看不清。 头部转动角度： 左右均不宜超过45度，上、下均不宜超过30度。当转移视线时，约97%时间的视觉是不真实的，所以应避免在转移视线中进行观察。,对比感度,物体与背景有一定的对比度时，人眼才能看清其形状。这种对比可以用颜色（背景与物体具有不同的颜色），也可以用亮度（背景与物体在亮度上有一定的差别）。 人眼刚刚能看辨别到物体时，背景与物体之间的最小亮度差称为临界亮度差。临界亮度差与背景亮度之比称为临界对比；临界对比的倒数称为对比感度。 对比感度与照度、物体尺寸、视距、和眼的适应情况等因素有关。在理想情况下，视力好的人，其临界对比约为0.01，也就是其对比感度达到100。,视觉的适应：视觉适应是人眼随视觉环境中光量变化而感受性发生变化的过程。,视觉适应的种类：暗适应和明适应 暗适应：人由明亮的环境转入暗环境，在暗环境中视网膜上的1.2亿个视杆细胞感受光的刺激，使视觉感受性逐步提高的过程称为暗适应。 暗适应过程的时间较长，最初5分钟，适应的速度很快，以后逐渐减慢。获得80%的暗适应约需25分钟，完全适应则需1小时。人在暗环境中可以看到大的物体、运动物体，但不能看清细节，也不能辨别颜色,视觉的适应,明适应：人由暗环境转入明亮的环境，视杆细胞失去感光作用而视网膜上的600-800万个视锥细胞感受强光的刺激，使视觉阈限由很低提高到正常水平，这一过程称为明适应。 明适应在最初30S内进行得很快，然后渐慢，约1-2分钟即可完全适应。人在明亮的环境中，不仅可以辨认很小的细节而且可以辨别颜色。,本体感觉的种类,1、平衡觉：人对自己头部位置的各种变化及身体平衡状态的感觉。 影响平衡觉的因素： 酒、年龄、恐惧、突然的运动、热紧迫、不常有的姿势等。 2、运动觉：人对自己身体各部位的位置及其运动状态的一种感觉。运动觉涉及人体的每一个动作，是仅次于视、听觉的感觉。人的各种操作技能的形成更有赖于运动觉信息的反馈调节。,1. 视觉刺激 光是视觉刺激之源。光具有波粒二象性。 光的粒子性光子、光量子。 光的波动性以108 m/s速度传播。 可见光是电磁辐射的连续谱中波长在380nm780nm之间的辐射波。依据波长的不同，可以将电磁辐射分为：,二、视觉特征,而可见光又可以根据波长划分为七色光。 光子（光量子）的能量： 式中，h-plank常量， -光子的波动频率。 可见频率越高，光量子的能量越大，对眼睛的刺激越强，这便是为什么高原地区生活的人们易得白内障等眼科疾病的原因，因为高原的紫外线很强，又例如，为什么x-ray可以透视人体，而可见光不能。,人眼对光线的强弱有一个自我调节的作用称为屈光度调节。但由于人眼内起晶体调节光线的晶状体会随年龄的增长而变硬逐渐失去调节能力。研究表明 45岁左右的人，眼的调节作用显著降低，即成老花眼。看不清细小的物体。说明老年人不能很好的适应用眼的精细工作。,2.人眼对光线的明暗适应 人眼从明亮环境突然进入低照明环境，会在最初的时刻短暂失明，约57min后才渐渐看见物体，大约经30min后才完全适应。但是，从暗到明，眼睛可以很快适应，7min后即可完全适应。 （1）眼的适应性特征对工作场所的照明提出如下要求： 照度要均匀； 不能产生明暗悬殊的阴影，以防眼疲劳和明暗交替的 不适应，导致事故。 （2）眼的适应性特征在工程上的应用： 机车夜间行使时，仪表光线颜色、亮度要特别研究设计。 长隧道里的照明设计： 白天:入口处，光线由强变弱，出口处，由弱变强。 夜间:入口处，由弱变强，出口处，光线由强变弱。,三、听觉特征,1.听觉现象 （1）听觉的阈值频率 具有正常听力的一般人的听觉阈限频率为2020000Hz，低于20Hz的次声波与高于20000Hz的超声波人耳都听不见。人耳对1000Hz的声音感受性最强，此频率也是人耳听觉阈值、差别阈值以及痛阈的标准频率，在500Hz以下和5000Hz以上的声音需要更大的声强才能被感受。,（2）听觉的适应与疲劳 听觉感应的快速性比视觉感应所需时间短得多，而且能很快恢复。 听觉的适应是有选择性，以一定频率的声音作用于人耳，则适应表现在人耳对该频率及其相邻频率的声音感受性降低，而对其他频率的声音则影响不大。听觉适应表现在作业中，开始对噪声极为敏感，经一段时间就习惯了。 听觉疲劳是指声强很大（分贝数很大）、作用时间很长时，听觉感受性的显著降低。听觉疲劳的恢复时间很长，长期听觉疲劳将导致职业性听力降低和耳聋。例如凿岩工人工作结束后，仍感觉双耳轰鸣，需要几个小时才能恢复，凿岩工人40多岁耳聋者占很大比例职业病。,（3）声音的掩蔽效应 一个声音被另一个声音所淹没的现象叫掩蔽。 一个声音的听阈因另一个声音的掩蔽作用而提高的效应称为掩蔽效应。 声音的掩蔽效应在军事、通讯中有着极为重要的作用。在设计声音信号传递装置时，应根据实际需要，有时要对掩蔽效应的影响加以利用，有时则要避免或克服。 掩蔽可以分为：纯音掩蔽纯音；噪音掩蔽纯音；语言掩蔽。,（4）人耳对声源方向和距离的判断(多普勒效应) 人耳根据声音达到两耳的强度和时间差可以判断声源的方向，可是如果一个人只有一个耳朵正常，他是不善于判别声源方向的。 人耳对距离的判别主要根据其主观经验。,四、人体的其他感觉特征 1.肤觉 从人的感觉对人机系统的重要性来看，肤觉是仅次于听觉的一种感觉。它感受着外界环境中与它接触的物体的刺激。当视觉和听觉发生故障时，肤觉则可以加以补偿。盲人便是用肤觉来认识世界的，就人体皮肤而言，每平方厘米上有1015个冷点，12个热点，100200个痛点，25个触点。所以人的肤觉可以分为触压觉、温度觉和痛觉。 （1）触压觉 刺激物触及皮肤表面浅层引起触觉，刺激物作用加强使皮肤产生变形便产生压觉，通称触压觉。人体的不同部位，触压觉的感受性差别很大，背部中线的感受性最小，假定为1.0，则上眼皮的感受性达7.61。,人体触压觉的感受是非常准确的，能辨别物体的大小、形状、硬度、光滑度以及物体表面的机械性能，而人体在疲劳，饮酒或睡眠不足时，触压觉的感受性会明显降低。在人机系统的操纵装置的设计中，要尽量利用人的触压觉特性，设计具有各种不同触觉的操纵装置，以使作业人员能靠触觉准确地控制各种不同的功能的操纵装置。 （2）冷觉和热觉统称温度觉，身体各部位温度觉不一致。面部皮肤具有最大的温度感受性，但因为面部皮肤经常裸露在外，所以适应性最强。身体经常被遮盖的部分对冷的感受性最强，下肢的皮肤的温度感受性最差，这也是人们疏于防冷，容易导致关节炎的重要原因。,（3）痛觉 凡是剧烈性的刺激，不论是冷、热接触，还是压力等，肤觉都能接受这些不同的物理和化学的刺激，而引起痛觉，机体不同的部位对痛觉的敏感性是不同的（所谓“十指连心”）。痛觉可以使人体产生一系列的保护性反应来回避刺激。 2.味觉和嗅觉 利用嗅觉可以早期发现泄漏、火灾等事故的发生，至今管道煤气和液化气中仍然加入少量的恶臭物质硫醇，用来做煤气泄漏的报警气体。 美国人正在研究一种非致命性武器，臭弹。关键技术在于找出世界迄今为止的最臭的物质。,人体生物力学（人体运动系统及其特征）,研究人体生物力学不仅对预防事故的发生很重要，对其它的行业也很重要，如体育竞技等。 一、骨骼与肌肉的力学性质 1.骨骼强度 骨骼的作用：身体的支架，在力学上起力的传递作用。 骨骼的组成：有机质（骨胶）+ 无机质（钙质）。其中有机质起到弹簧的弹性作用以及很好的韧性作用，而无机质填充后具有很好的抗压性能。, 骨骼的力学特性：各向异性 结论性的结果：骨骼的密度约为1.87 1.97g/cm3,纵向抗压强度约为钢材的1/4，为花岗岩的20倍左右，为洋松的1.5倍2.0倍。一般而言，骨骼的三个力学参数（纵向抗拉、抗压强度、横向切变强度）均优于木材。 研究骨骼的力学特性要注意: a)力的属性（静态、准静态、动态受力） b)软组织（肌肉、韧带等）对骨骼的协同作用:F(A,B)F(A)+F(B),2.韧带强度 韧带的作用是增厚关节，起到运动时的定位 作用，可以控制动作方向。 3.肌肉的力学性质 肌肉的基本功能是把化学能转变为机械能而做功。 力学性质与骨骼的力学性质不同，肌肉的负荷是与肌肉伸长之间的关系是非线性的。 伸长以肌肉的平衡长度为100%，最大拉力时的肌肉长度约为125%；拉长到150%。释放后可以恢复到平衡长度。当拉长到300%时，肌肉就会断裂。,肌肉运动的几个术语 a)等长收缩: 肌肉拉力等于外力,肌肉长度不变(如持重不动)。此时没有位移，只费力不做功。 b)非等长收缩：拉力外力，肌肉长度变化,肌肉做功 肌肉做功必须克服肌肉内阻力（Win）和物体阻力（Wex）做功 对于做外功：Wex = F S Pex = =F S/ (爆发能力) 人的机械效率：不超过25% 30% = = 100% 对于等长收缩： = 0，只用力，不做功，全部化学能转化 为热能； 游泳时： = 1.5%，远小于鱼流线型的物体,1.肌肉张力计算静力问题 多数情况下，肌肉张力是指有关肌肉张力的合力。研究计算的关键在于数学物理模型的建立。对于手拉重物的具体例子，模型如下： （1）首先画出构件的受力分析图，如图 （2）认为整个构件中的力矩平衡 于是得到：PL=F a sin 这里F-两部分肌肉张力的合力 F=P L/( a sin ) 式中p-为外力,取决于外部物体的质量 L-手掌质心到肘的长度 a-前臂的长度,二、人体力学计算,这里L、a都是人体高度H的函数，即L=L(H),a=a(H),例如手掌的长度为0.109H，前臂长度为0.157H，等等。 一般地肌肉张力F数倍于外力,因此,人体极易疲劳和局部肌肉疼痛。所以，人体在作业过程中需要使用合适的工具，以减轻人体用力。,假定一个人以0.8m/s的速度向前步行，在前方头撞在墙上，经0.01s头部静止，计算其头部受力状况，头部质量为4kg。 F=ma=mv/t=320kg.m/s2 =320N 如果前额受力面积为5Cm2, 则承受的应力为: = F/A=320N/5Cm2=6.4105Pa =0.64MPa 与骨骼的抗压强度处于同一数量级，即有可能导致头破血流。但如果撞在软墙或头部有缓冲材料,则头部停止时间会延长,假定从0.01s变为0.05s，则: F=64N, =0.13MPa 即对头部的伤害大大降低,这便是为何汽车要有保险杠,工地施工人员要求带安全帽的原因。 思考：人骑自行车在坑洼不平的道路上