第一章 人体运动学总论新.ppt

,第一章人体运动学总论,第一节运动学概念第二节人体运动的形式和原理第三节人体运动的动力学第四节人体运动的静力学第五节人体转动力学,第一节运动学概念,学习目标,1.掌握人体运动学、功能解剖学、生物力学、运动生物力学，质点、刚体，轨迹、位移、路程的定义；直线运动和曲线运动，人体运动的速度和加速度，平动、转动和复合运动等基本概念。熟悉时程、速率、角加速度、角位移等概念。了解速度与速率的区别，运动的量的特点。2.掌握运动的相对性的原理，人体运动的三个面和三个轴，和康复医学中人体运动的始发姿势。熟悉两种参考系的定义，自由度的概念。3.了解人体运动学发展简史。4.熟悉人体运动学的内容、方法、与康复治疗学的关系和意义。,运动学（kinesiology）,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。,人体运动学概念,是研究人体活动科学的领域。是通过位置、速度、加速度等物理量描述和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。本书所讲的人体运动学，主要指人体的功能解剖学、生物力学和部分运动生物力学的内容。,研究运动器官的结构是如何适应其生理功能的学科，为功能解剖学。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为生物力学。研究运动中人体和器械运动力学规律的学科，为运动生物力学。,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。但是人体是生命体，因此在研究人体运动学时，还要尽可能地考虑人的生命特征，才能正确地研究人体的运动。,运动学基本概念,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。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：平行四边形法则分解：正交分解,(一）力学中的物理量和运动的独立性,运动的独立性,人体运动学中量的特性：瞬时性，矢量性、相对性和独立性。,运动的独立性原理,描述人体运动时间的物理量,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。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。描述人体的运动在时间方面的概念主要包括运动的次序、持续时间、速度和加速度。,描述人体运动空间的物理量,1.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的运动方向始终在变化，具有矢量性。曲线运动又常分为圆周运动和斜抛物体运动,2.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。,人体的运动形式,（1）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。,（2）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。,（3）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。,人体平动的空间物理量,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。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。,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。位移一般小于路程。（图例）,人体平动的时空物理量,速率指路程与通过这段路程所经历的时间之比。速度指位移与通过这段位移所经历的时间之比，是矢量。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。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。,人体转动的空间物理量,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。它是矢量，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。,人体转动的时空物理量,角速度、线速度和角加速度等内容如后述。,二、人体运动的相对性、坐标系和始发姿势,物体的运动取决于参考物体选取的性质叫运动的相对性。,运动的参考系的分类,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）。在描述人体某环节运动时，多选用人体总重心或邻近环节作为参考系。根据选定的参考系，可以定性地描述物体的运动情况。分为两种：,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叫惯性参考系。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叫非惯性参考系。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。,人体的面与轴,人体的运动有三个面:水平面：与地面平行的面，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：与身体侧面平行的面，把人体分为左右两部分。人体的运动有三个轴：横轴（与地面平行且与额状面平行的轴）纵轴（额状面与矢状面相交叉形成的、上下贯穿人体正中的轴）矢状轴（与地平面平行且又与矢状面平行的轴，在水平方向上前后贯穿人体）,在康复医学中，为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。其中手的姿势（又名中立位）是手的掌心贴于躯干两侧，是唯一有别于解剖学中的人体基本姿势的，应提起注意。,人体运动的始发姿势,anatomicalposition离开正中矢头面者称为外展abduction.但手指向中指中轴或足趾向第2趾中轴靠拢为内收，离开中轴者称为外展。,3.旋转运动环绕骨本身的长轴进行的运动称旋转rotation。使骨的前面转向内侧的称旋内；反之称旋外。在前臂，确使手背转向前的动作称旋前pronation;使手背转向后的动作称旋后supination.在足,使足底朝向内侧的运动，称内翻inversion;反之称外翻eversion。,三、发展简史,自学,四、内容、方法和意义,为什么学习人体运动学？功能解剖学生物力学运动生物力学,谢谢聆听！,第二节人体运动的形式和原理,学习目标,1.掌握关节运动的形式和各个关节的主要运动方向；掌握杠杆原理和关节活动顺序性原理，熟悉相关概念。2.熟悉人体运动的基本形式，推、拉、鞭打、蹬伸、缓冲的定义，掌握摆动、躯干扭转和相向运动的概念（能够举例说明）。3.了解人体简化后的主要运动形式。,一、人体运动的形式,（一）人体简化以后的运动形式人体运动的形式多种多样。把人体简化成质点：分为直线运动和曲线运动。把人体简化成刚体：分为平动、转动和复合运动。,（二）人体关节的运动形式,屈曲(flexion),伸展(extension):主要是以横轴为中心,在矢状面上的运动。内收(adduction),外展(abduction):主要是以矢状轴为中心,在前额面上的运动。内旋(internalrotation),外旋(externalrotation):主要是以纵轴为中心,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由上肢各关节共同完成。（1）推：在克服阻力时，上肢由屈曲态变为伸展态的动作过程。如胸前传球。（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。划船呢？（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。,如：投掷标枪的最后用力动作等鞭打动作时，上肢首先向鞭打动作的反方向挥动，并处于屈的状态，然后上肢“运动链”的近侧端首先加速转动，带动上肢各环节依次加速，并制动，形成类似鞭打动作形式，并使环节末端产生极大速度。,2.下肢的基本运动形式,（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。如跳远落地前动作。（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。（3）鞭打：在完成自由泳的两腿打水动作时，下肢各环节有类似上肢的鞭打动作。,蹬伸动作,单杠振浪,3.全身基本运动形式,（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。,3.全身基本运动形式,（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。,3.全身基本运动形式,（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。,二、人体基本动作原理（一）杠杆原理,运用杠杆原理对运动进行分析，是运动力学研究的重要途径之一。1.概念1）支点（f）2）力点（e）动力作用点称为力点3）阻力点（w）,4）力臂从支点到动力作用线的垂直距离。5）阻力臂从支点到阻力作用线的垂直距离。6）力矩（m）7）阻力矩,二、人体基本动作原理（一）杠杆原理,注意：,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。,2.杠杆的分类,（1）第1类杠杆平衡（2）第2类杠杆省力杠杆（3）第3类杠杆速度杠杆,（1）第1类杠杆平衡,axis,force,resist,example:neckextension,（2）第2类杠杆省力杠杆,force,force,resist.,axis,通过籽骨、肌在骨上附着点的隆起等来延长力臂。,force,（3）第3类杠杆速度杠杆,3.杠杆的原理在康复医学中的应用,（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。,3.杠杆的原理在康复医学中的应用,（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。,（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。注意：除通过训练增强肌力以外，还应适当控制阻力及阻力矩，以保护肌杠杆。,（二）关节活动顺序性原理,运动中需要克服大的阻力/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。“先大后小、依次完成”,（二）关节活动顺序性原理,意义：1）充分发挥大关节的潜力，有利于动作技术的合理完成。2）小关节活动重要性小关节是人体支撑点，对动作完成后身体的平衡保持有重要作用。影响动作时间：小关节肌肉强，会缩短完成动作时间，提高动作速度。,第五节人体转动力学,学习目标,1.掌握人体转动的力学条件，和肢体围绕关节转动的力学条件。2.了解转动定律、动量矩和冲量矩的内容。,人体转动力学,人体各个环节的运动都是围绕关节轴的转动,走、跑、跳等动作是通过关节的转动来实现的。所以，转动是人体运动的基础。,一、转动运动学,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。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。它也是矢量。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。,二、转动动力学,1.形成人体转动的力学条件人体转动，一种是人体局部肢体在肌肉力的作用下，牵引骨骼绕关节轴的转动，一种是人体整体绕人体基本运动轴的转动。,绕关节轴的转动,人体整体绕人体基本运动轴的转动,二、转动动力学,人体转动的力学条件是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是阻力矩（包括重力矩）与肌力矩之和不为零。,（一）转动定律,由于人体的质量分布不均匀，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。,（一）转动定律,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。,人体转动惯量转动惯量的概念：描述物体转动时保持原来转动状态能力的物理量。i为转动惯量，m每个质点的质量，r为转动半径，单位：kgm2对一个物体来讲：注意：转动惯量大小必须指明是对哪个轴的。,（二）动量矩,转动惯量与转动的角速度的乘积，叫动量矩。反映了刚体的转动状态。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。,结论,不同时刻刚体动量矩的变化是外力引起冲量矩的作用结果。外力矩越大，作用时间越长，刚体转动状态的变化也越大。,动量矩定理的应用,思考：结合动量矩定理的内容，如何在体育动作中增大环节的转动效果？,（1）增大肌力矩：,（2）减小转动惯量,ir,跑步动作中大小腿的折叠,例如；短跑运动员在摆腿时，通常需折叠大，小腿，以减小下肢对髋轴的转动惯量，从而快速前摆。而上肢也是在肩关节内摆动，采用屈前臂，以减小上肢对肩关节的转动惯量而快速摆动。,本章节习题,一、名词解释应力、应变、刚体、力偶、蠕变、梅托、稳定角、转动惯量、非惯性参考系二、简答1.关节的活动顺序性原理2.杠杆原理在康复治疗学中的应用3.男性，30岁，静息心率72次/分，求运动训练心率的上下限和目标心率值。,thankyou！,（1）外力,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。,意义：,各种外力经常被用来作为康复训练/治疗的负荷，选择的负荷要求与肢体运动的方向和力量相适应，这是增强肌力训练的方法学基础。,（2）内力,定义：是指人体内部各组织器官间相互作用的力。各种内力总要相互适应，以维持最佳活动，同时也不断和外力相抗衡以适应人体生活的需要。1）肌拉力2）各组织器官间的被动阻力3）各内脏器官的摩擦力4）内脏器官和固定装置间的阻力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。,（2）内力,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）内力,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，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。,（2）内力,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。,3.力的三要素,大小、方向和作用点。力是一种矢量，力的相加、相减为矢量的合成和分解，遵循平行四边形法则。,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：指人体结构内某一点受载时所发生的变形称为应变。大小：变化的长度/原始长度*100%,强度:是人体承受负荷时抵抗破坏的能力。用极限应力表示。强度是衡量材料本身承载能力（即抵抗失效能力）的重要指标。刚度:是人体在受载时抵抗变形的能力。刚度的大小取决于材料的几何形状和材料的种类,6）强度和刚度,7）弹性和弹性限度弹性：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。弹性限度：亦称“弹性极限”。物体受到外力作用，在内部所产生的抵抗外力的相互作用力不超过某一极限值时，若外力作用停止，其形变可全部消失而恢复原状，这个极限值称为“弹性限度”。（记录）（插入资料）特点：应力与应变成正比，外力功转变成弹性能。,8）塑性定义：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。,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。,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。a.它与塑性变形不同，塑性变形通常在应力超过弹性极限之后才出现，而蠕变只要应力的作用时间相当长，它在应力小于弹性极限时也能出现。b.应力越大，蠕变的总时间越短；应力越小，蠕变的总时间越长。,2010年，贝克汉姆跟腱断裂，无缘世界杯，挥泪告别绿茵场,10）粘弹性材料的特点蠕变：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。,10）粘弹性材料的特点蠕变：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。,二、牛顿运动定律和动量定理、动量守恒定律,牛顿第一定律：物体如果不受到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。应用：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。,动量定理和动量守恒定律：,1.动量与冲量的概念动量（矢量性），单位：米.千克/秒（m.kg/s）。冲量（矢量性）单位：牛顿.秒（n.s）,冲量的几何含义：,s=f*t,动量定理,物体在运动过程中，在某段时间内动量的改变，等于所受合外力在这段时间内的冲量。即：,动量定理在体育运动中的应用,1在投掷项目中，为了增加器械的出手速度，即增加器械的出手动量，应增加在最后用力阶段对器械的冲量。这要求在发挥最大力量的同时，延长力的作用时间。,动量定理在体育运动中的应用,2若要减少对人体的冲力，就得延长力作用的时间，各种落地缓冲动作就是典型的例子。,任何物质系统在不受外力作用或所受外力之和为零时，其总动量保持不变。这就是动量守恒定律。在动量定理中，当ft=0时得mvtmv1=0即：mvt=mv1,动量守恒定律,在人体：我们认为，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。,动量守恒定律,总动量=各肢体环节的矢量和,人体肢体鞭打动作的环节动量传递（举例）,m1v1=m2v2m1m2v11，k1，k1时，物体本身重力产生的恢复力矩足以对抗倾倒，当k1时，物体恢复力矩对抗不了倾倒力矩，物体倾倒，平衡破坏。所以，物体越重，其稳定力矩越大，抗倾倒的能力越强。,二、人体重心,二、人体重心,（1）定义：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%。,(2)人体重心位置正常站立姿势下人体重心位置。,人体重心的变化,人体重心位置，人体重心位置随人体姿势变化而改变。,人体重心的变化,人体重心可移动出身体之外。,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。,应用,三、人体平衡的特点,1）人体不能处于绝对静止的状态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。,（2）人体内力在维持平衡中起重要作用在某些静力性姿势中，维持平衡的不仅仅是重力和支撑反作用力。而是由重力矩与肌肉和韧带的拉力矩共同维持的，如体操的平衡动作。,（3）人体的补偿动作人体在完成或维持静力姿势的过程中，当人体重心发生偏移有失去平衡的倾向时，人体能借助于补偿动作在一定范围内“中和”或“抵消”重心的不适宜移动。,三、人体平衡的特点,人体的补偿作用,达瓦孜,（4）人体具有自我控制、调节和恢复平衡的能力（5）人体平衡受心理因素影响（6）人体平衡动作消耗肌肉的生理能量。,三、人体平衡的特点,思考题,人体平衡的条件是什么?人体平衡的特点是什么？,第五节人体转动力学,学习目标,1.掌握人体转动的力学条件，和肢体围绕关节转动的力学条件。2.了解转动定律、动量矩和冲量矩的内容。,人体转动力学,人体各个环节的运动都是围绕关节轴的转动,走、跑、跳等动作是通过关节的转动来实现的。所以，转动是人体运动的