康复运动学基础02第二章运动力学基础ppt课件

1、u掌握运动中的力合力矩及其表现方式，并明掌握运动中的力合力矩及其表现方式，并明确力是物体运动形状改动和外形改动的缘由；确力是物体运动形状改动和外形改动的缘由；掌握影响人体平衡与稳定的要素。掌握影响人体平衡与稳定的要素。u熟习牛顿运动定律的在人体运动中的运用；熟习牛顿运动定律的在人体运动中的运用；熟习骨、关节、韧带和肌腱的生物力学特性及熟习骨、关节、韧带和肌腱的生物力学特性及其在康复治疗中的运用。其在康复治疗中的运用。u了解运动中力的合成与分解及其在人体运动了解运动中力的合成与分解及其在人体运动中受力分析中的运用。中受力分析中的运用。学习目的学习目的 第一节第一节 运动中的力与力运动中的力与力矩

2、矩 一、运动中的力一、运动中的力 二、运动中的力矩二、运动中的力矩 第二节第二节 牛顿运动定律及牛顿运动定律及其运用其运用 一、牛顿运动定律一、牛顿运动定律 二、牛顿运动定律在人体二、牛顿运动定律在人体运动中的运用运动中的运用 第三节第三节 平衡与稳定平衡与稳定 一、力系平衡条件与人体一、力系平衡条件与人体平衡类型平衡类型 二、稳定性及其影响要素二、稳定性及其影响要素 三、人体平衡与稳定的特三、人体平衡与稳定的特点点 第四节第四节 骨、关节生物力学骨、关节生物力学 一、骨的生物力学性质一、骨的生物力学性质 二、关节生物力学二、关节生物力学 三、肌腱和韧带的生物力三、肌腱和韧带的生物力学学 力是

3、一个物体对另一个物体的作用，是使物体产生形变或线运动形状改动的缘由。 力矩那么是力和力臂的乘积，是使物体转动形状改动的缘由。假设将人体整体看做假设将人体整体看做一个力学系统，那么一个力学系统，那么人体内部各部分的相人体内部各部分的相互作用，称为内力。互作用，称为内力。外界作用于人体的力外界作用于人体的力称为外力。称为外力。一内力与外力的概念一内力与外力的概念 外力：重力、支撑反作外力：重力、支撑反作用力等。用力等。内力：骨骼肌张力、关内力：骨骼肌张力、关节约束力、韧带张力等，节约束力、韧带张力等，其中骨骼肌的张力是人其中骨骼肌的张力是人体内力中的自动力。体内力中的自动力。运动中的内力和外力的关

4、系运动中的内力和外力的关系2.2.内力可以改动外力的大小内力可以改动外力的大小 3.3.外力可用来加强内力外力可用来加强内力 人体整体人体整体人体环节人体环节骨骼肌张力骨骼肌张力外力外力内力内力1.1.内力与外力是相对的内力与外力是相对的1.1.重力重力 重力是地球对人体或物体的引力，是一重力是地球对人体或物体的引力，是一种非接触力。人体或物体受重力的集中点为重心，种非接触力。人体或物体受重力的集中点为重心，其方向指向地心。其方向指向地心。2.2.弹力弹力 弹力产生在直接接触的物体之间，以物弹力产生在直接接触的物体之间，以物体相互接触使物体发生形变为先决条件。弹力的体相互接触使物体发生形变为先

5、决条件。弹力的大小与物体的弹性系数和形变量成正比。大小与物体的弹性系数和形变量成正比。 二几种常见的外力二几种常见的外力3.3.摩擦力摩擦力 摩擦力是两相互接触的物体作相对运动线摩擦力是两相互接触的物体作相对运动线运动或滚动或有相对运动趋势时产生的力，分运动或滚动或有相对运动趋势时产生的力，分别成为滑动摩擦力、滚动摩擦力和静摩擦力。别成为滑动摩擦力、滚动摩擦力和静摩擦力。 二几种常见的外力二几种常见的外力 4.支撑反作用力支撑反作用力 人体处于支撑形状时，人体重力作用于支撑面人体处于支撑形状时，人体重力作用于支撑面上，支撑面又反作用于人体，这种反作用称为支上，支撑面又反作用于人体，这种反作用称

6、为支撑反作用力。假设人体处于静止形状，为静力性撑反作用力。假设人体处于静止形状，为静力性支撑反作用力；假设人体部分环节有运动，那么支撑反作用力；假设人体部分环节有运动，那么支撑反作用力会不断变化，称为动力性支撑反作支撑反作用力会不断变化，称为动力性支撑反作用力。用力。 5.流体作用力流体作用力 人体在空气和水中运动时，与流体发生接触，并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。相互作用，流体对人体的作用即为流体作用力。 人体在水中遭到浮力作用，可以减轻肢体的重力人体在水中遭到浮力作用，可以减轻肢体的重力作用，对于肌力缺乏或关节疼痛的患者，可以借作用，对

7、于肌力缺乏或关节疼痛的患者，可以借助水的阻力和浮力进展康复训练。助水的阻力和浮力进展康复训练。1.1.合力与分力合力与分力 一个力假设它产一个力假设它产生的效果与几个力共同作用的效果生的效果与几个力共同作用的效果一样，那么这个力就叫那几个力的一样，那么这个力就叫那几个力的合力，而那几个力就叫这个力的分合力，而那几个力就叫这个力的分力。力。2.2.力的合成力的合成 求几个知力的合力，求几个知力的合力，叫力的合成。叫力的合成。3.3.力的分解力的分解 力的分解是力的合成力的分解是力的合成的逆运算。的逆运算。三力的合成与分解三力的合成与分解平行四平行四边形法边形法那么是那么是力的合力的合成与分成与分

8、解的根解的根底底当骨骼肌在某一平面产生当骨骼肌在某一平面产生力作用时，可将肌力分解力作用时，可将肌力分解为两个垂直分量：一个沿为两个垂直分量：一个沿着骨轴线作用，另一个垂着骨轴线作用，另一个垂直骨轴线。前者起稳定关直骨轴线。前者起稳定关节的作用，因此叫稳定分节的作用，因此叫稳定分量，后者是使骨产生转动量，后者是使骨产生转动的分量，所以叫转动分量。的分量，所以叫转动分量。1.1.力的时间累积效应力的时间累积效应 作用于物体的合外力与其作用时间的乘积作用于物体的合外力与其作用时间的乘积Ft Ft ，称为力的冲量。而将运动物体或，称为力的冲量。而将运动物体或人体具有的人体具有的“运动量，即质量与速度

9、的乘积运动量，即质量与速度的乘积m m v v，称为动量。，称为动量。 动量定理：物体动量的增量等于其所受的冲动量定理：物体动量的增量等于其所受的冲量。量。 四力的时间和空间累积效应四力的时间和空间累积效应 动量定理在运动中有广泛的运用。动量定理在运动中有广泛的运用。 运动中为了减小外界的冲击力，通常需求延伸外运动中为了减小外界的冲击力，通常需求延伸外力的作用时间。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。体接触撞击的时间要短。 增大作用力和延伸力的作用时间，可以使人体或增大作用力和延伸力的作用时间，可以使人体或器

10、械获得更大的速度。器械获得更大的速度。2.2.力的空间累积效应力的空间累积效应 力与力作用方向上挪动间隔的乘积力与力作用方向上挪动间隔的乘积FSFS，称力对物体作了功。力作用方向与其引起的物体称力对物体作了功。力作用方向与其引起的物体运动方向改动一致，力对物体所做的功为正功。运动方向改动一致，力对物体所做的功为正功。物体的运动方向与力的作用方向相反，这时力所物体的运动方向与力的作用方向相反，这时力所做的功为负功。功的国际单位是焦耳做的功为负功。功的国际单位是焦耳J J。 通常讲骨骼肌做功，是指骨骼肌做的机械功。通常讲骨骼肌做功，是指骨骼肌做的机械功。肌将其储存的化学能转化为机械能，抑制阻力使肌

11、将其储存的化学能转化为机械能，抑制阻力使环节及外界物体产生位移。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，此时骨骼肌耗费的能量完成了械功，此时骨骼肌耗费的能量完成了“生理功。生理功。 功和能之间是可以相互转换的，能的量值是功和能之间是可以相互转换的，能的量值是经过做功来确定的，力对物体做的功等于物体机经过做功来确定的，力对物体做的功等于物体机械能动能和势能的增量。械能动能和势能的增量。 力矩M是作用于物体或人体的合力F与支点到力作用线间隔d的乘积，即M=F。 一种情况：即大小相等，方向相反，作用线相互平行但不重合的两个力作用

12、在同一物体上，虽然其合力为零，但物体同样会转动，这一对力称为力偶，其产生的转动力矩称为力偶矩。 另一种情况：物体在无支撑情况下遭到力的作用，这个力假设不经过物体的重心，也会引起物体的转动，这个力称为偏心力，由其产生的转动力矩称为偏心矩。 力矩、力偶矩和偏心矩是人体或物体转动的条件。 v牛顿第一定律：任何物体在不受外力作用或所受合外力为牛顿第一定律：任何物体在不受外力作用或所受合外力为零时，物体将坚持静止或匀速直线运动形状不变。物体的这零时，物体将坚持静止或匀速直线运动形状不变。物体的这种性质称为惯性。种性质称为惯性。v牛顿第二定律：物体加速度牛顿第二定律：物体加速度a a的大小与物体所受合外力

13、的大小与物体所受合外力FF的大小成正比，与物体的质量的大小成正比，与物体的质量m m成反比，即成反比，即F=maF=ma。v牛顿第三定律作用力与反作用力：两个物体相互作用时，牛顿第三定律作用力与反作用力：两个物体相互作用时，物体甲对物体乙的作用力，物体甲对物体乙的作用力，F1F1与与F2F2大小相等、方向相反、沿同大小相等、方向相反、沿同不断线，即不断线，即F1 = -F2F1 = -F2。 运动中很多动作可以借助惯性完成，巧妙地利用运动中很多动作可以借助惯性完成，巧妙地利用惯性，不但省力且减少能量耗费，减少运动性疲劳。惯性，不但省力且减少能量耗费，减少运动性疲劳。因此，人体活动中坚持动作的衔

14、接性和动作间的延续因此，人体活动中坚持动作的衔接性和动作间的延续性能起到省力的作用。性能起到省力的作用。 例如，康复治疗中偏瘫患者自主从仰卧位到侧卧例如，康复治疗中偏瘫患者自主从仰卧位到侧卧位，可以利用健侧肢体的惯性完成体位转换例子。位，可以利用健侧肢体的惯性完成体位转换例子。一运动中合理利用惯性可以省力一运动中合理利用惯性可以省力 指在人体在抑制外界阻力负荷运动时，需求遵照由指在人体在抑制外界阻力负荷运动时，需求遵照由大肌群首先活动，逐渐过渡到中小肌群活动。大肌群首先活动，逐渐过渡到中小肌群活动。 由于大肌群能产生较大的力或力矩，有利于抑制阻由于大肌群能产生较大的力或力矩，有利于抑制阻力物体

15、的惯性，可以有效预防运动开场时的中小肌群的力物体的惯性，可以有效预防运动开场时的中小肌群的损伤。损伤。 例如，搬动较重物体时运用下蹲经过大腿的肌群用例如，搬动较重物体时运用下蹲经过大腿的肌群用力来抑制重物的惯性，而不运用弯腰经过腰部肌群的用力来抑制重物的惯性，而不运用弯腰经过腰部肌群的用力抑制重物的惯性。由于腰部肌群的力量弱，弯腰搬重力抑制重物的惯性。由于腰部肌群的力量弱，弯腰搬重物易导致腰部肌的急性损伤。物易导致腰部肌的急性损伤。二抑制重物惯性需求遵照骨骼肌活动顺序原理二抑制重物惯性需求遵照骨骼肌活动顺序原理 运动中，要使人体运动速度添加或减小，需求外界运动中，要使人体运动速度添加或减小，需

16、求外界对人体的作用力添加或减小。根据作用力与反作用力定对人体的作用力添加或减小。根据作用力与反作用力定律，外界物体对人体的作用力添加或减小时，人体对外律，外界物体对人体的作用力添加或减小时，人体对外界的作用力也需求添加或减小。界的作用力也需求添加或减小。三添加人体对外界的作用力可以增大外界三添加人体对外界的作用力可以增大外界对人体的反作用力对人体的反作用力 一个物体假设遭到几个力的作用，这几个力称为力系。力系平衡的条件因力系的不同而有所差别，力系通常有以下4种情况。 1.共点、共线力系 2.平面汇交力系 3.平面平行力系 4.空间普通力系 一力系的平衡条件一力系的平衡条件平衡重心与支撑点关系平

17、衡稳定程度上支撑平衡下支撑平衡混合支撑平衡稳定平衡有限稳定平衡不稳定平衡随遇平衡人体平衡的类型人体平衡的类型二人体平衡的类型二人体平衡的类型 稳定性是指人体和物体抵抗各种干扰作用坚持平衡的才干。1.静态稳定性 人体静止时抵抗各种干扰的才干.2.动态稳定性 人体重心偏移平衡位置后，干扰要素除去时，人体仍能恢复到初始平衡范围.一稳定性一稳定性1.1.影响人体下支撑稳定性的影响人体下支撑稳定性的要素要素支撑面大小支撑面大小: :支撑面大，稳支撑面大，稳定度大；支撑面小，稳定度定度大；支撑面小，稳定度小。小。重心的高低重心的高低: :在支撑面不变在支撑面不变的情况下，人体的重心位置的情况下，人体的重心

18、位置低，稳定度大；重心位置高，低，稳定度大；重心位置高，稳定度小。稳定度小。二影响人体下支撑稳定性的要素与评价目的二影响人体下支撑稳定性的要素与评价目的2.2.人体下支撑稳定性的评价目的人体下支撑稳定性的评价目的1 1稳定角：稳定角是指重力作用线和重心至支稳定角：稳定角是指重力作用线和重心至支撑面边缘相应点的连线间的夹角。撑面边缘相应点的连线间的夹角。重心高度一样，支撑面越重心高度一样，支撑面越大，稳定角越大；支撑面大，稳定角越大；支撑面一样，重心越高，稳定角一样，重心越高，稳定角越小。稳定角越大，物体越小。稳定角越大，物体的稳定度越大，的稳定度越大，2 2稳定系数：稳定系数是指稳定力矩与倾倒

19、力矩稳定系数：稳定系数是指稳定力矩与倾倒力矩之比值。稳定系数阐明物体依托重力抵抗平衡受破之比值。稳定系数阐明物体依托重力抵抗平衡受破坏的才干，稳定系数大于坏的才干，稳定系数大于1 1时，物体能抵抗外来翻倒时，物体能抵抗外来翻倒力矩，平衡不被破坏；稳定系数小于力矩，平衡不被破坏；稳定系数小于1 1时，物体抵抗时，物体抵抗不住外来的翻倒力矩，平衡将遭到破坏，即物领会不住外来的翻倒力矩，平衡将遭到破坏，即物领会翻倒。翻倒。 q人体不能绝对静止：人体的呼吸、循环运动人体不能绝对静止：人体的呼吸、循环运动使得人体重心不是定点。另一方面人体肌张力使得人体重心不是定点。另一方面人体肌张力任何时候不能恒定。任

20、何时候不能恒定。q人体外形可变：由于人体支撑面边缘均为软人体外形可变：由于人体支撑面边缘均为软组织，有效支撑面面积要小于组织，有效支撑面面积要小于“实际支撑面的实际支撑面的面积。面积。q人体本身的姿态自动调理系统：人体有翻倒人体本身的姿态自动调理系统：人体有翻倒趋势时，依托反射性地改动身体姿态，可以坚趋势时，依托反射性地改动身体姿态，可以坚持原有平衡。持原有平衡。人体坚持平衡稳人体坚持平衡稳定的补偿动作定的补偿动作q人体内力起重要作用：内力可以经过对外界环人体内力起重要作用：内力可以经过对外界环境人体或物体的自动作用，从而影响人体的境人体或物体的自动作用，从而影响人体的平衡。平衡。q心思要素的

21、影响：紧张心思反响对人体平衡稳心思要素的影响：紧张心思反响对人体平衡稳定性的影响最为明显。定性的影响最为明显。q觉得系统在坚持人体平衡中的作用：视觉、位觉得系统在坚持人体平衡中的作用：视觉、位觉与本体觉得等觉得系统起着重要作用。觉与本体觉得等觉得系统起着重要作用。一骨受载荷方式一骨受载荷方式 拉伸载荷拉伸载荷紧缩载荷紧缩载荷弯曲载荷弯曲载荷剪切载荷剪切载荷改动载荷改动载荷复合载荷复合载荷骨的应力是指骨构造遭到外来载荷时其外表单位面骨的应力是指骨构造遭到外来载荷时其外表单位面积所遭到的力。骨的应变是指骨在外力作用下的部积所遭到的力。骨的应变是指骨在外力作用下的部分形变，包括线性应变和剪切应变。分

22、形变，包括线性应变和剪切应变。二骨的应力与应变曲线二骨的应力与应变曲线v应力较小时，在一定的范围内，应力与应变之间应力较小时，在一定的范围内，应力与应变之间存在着一个线性关系，应力存在着一个线性关系，应力- -应变曲线为直线，即应应变曲线为直线，即应力与应变成正比关系，称为弹性区。去除外部载荷力与应变成正比关系，称为弹性区。去除外部载荷移后，资料将恢复到原来的外形，即不会呵斥永久移后，资料将恢复到原来的外形，即不会呵斥永久形变。形变。v载荷继续添加时，骨最外层某些部位就会发生屈载荷继续添加时，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。屈服点以后的曲服，即弹性区末端点称为屈服点。屈

23、服点以后的曲线那么变成了非线性，骨将产生永久变形，称为塑线那么变成了非线性，骨将产生永久变形，称为塑性区。性区。v载荷继续添加，骨组织的构造体将在某个部位失载荷继续添加，骨组织的构造体将在某个部位失效骨折，图中效骨折，图中C C点为断裂点，对应的应力称为极点为断裂点，对应的应力称为极限应力限应力C C。 在应力-应变曲线图中的弹性区，资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，此常数为资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资料抵抗变形的才干，称为刚度。 到达极限应力时的应力到达极限应力时的应力-应变曲线下面应变曲线下面的面积表示导致骨折所

24、需求的能量。普通的面积表示导致骨折所需求的能量。普通骨在生理负荷范围内，骨产生弹性变形，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。但当骨不断遭到骨释放，使骨恢复原状。但当骨不断遭到外力作用时，其应变能量不能被及时完全外力作用时，其应变能量不能被及时完全释放，经积累后能够会损坏资料的构造。释放，经积累后能够会损坏资料的构造。 骨的生长是破坏和重建两个过程对立一骨的生长是破坏和重建两个过程对立一致的结果。骨的塑形与重建是经过顺应力的作致的结果。骨的塑形与重建是经过顺应力的作用，这种顺应性是按沃尔夫用，这种顺应性

25、是按沃尔夫WolffWolff定律进定律进展的。展的。 适宜的载荷对骨有积极的影响，但过载、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过用或过度冲击性载荷可引起骨损伤甚至骨折发生。发生。 三机械应力对骨生长的影响三机械应力对骨生长的影响 运动中，骨会反复受力，超越某终身理限运动中，骨会反复受力，超越某终身理限制时使骨组织遭到损伤，呵斥骨的损伤为疲劳制时使骨组织遭到损伤，呵斥骨的损伤为疲劳性损伤。性损伤。 在继续性紧张的骨骼肌运动中，首先引起在继续性紧张的骨骼肌运动中，首先引起骨骼肌疲劳，收缩才干降低，其结果是抵消作骨骼肌疲劳，收缩才干降低，其结果是抵消作用于骨

26、上的应力的才干也减弱，导致对骨的作用于骨上的应力的才干也减弱，导致对骨的作用力过大，骨构造在反复的应力刺激下导致构用力过大，骨构造在反复的应力刺激下导致构造的改动而发生骨折。造的改动而发生骨折。四骨疲劳四骨疲劳继续猛烈运动继续猛烈运动/ /大强度劳动大强度劳动骨骼肌疲劳骨骼肌疲劳储存能量才干下降储存能量才干下降动作构造特征改动动作构造特征改动骨受载荷异常骨受载荷异常应力分布改动应力分布改动高拉伸高拉伸复复 合合高紧缩高紧缩斜行骨折斜行骨折斜行裂纹斜行裂纹横行骨折横行骨折横向裂纹横向裂纹骨的力学性质还遭到以下要素的影响。骨的力学性质还遭到以下要素的影响。骨的大小和外形骨的大小和外形骨折愈合：当骨

27、折愈合开场时，骨痂在骨折处周骨折愈合：当骨折愈合开场时，骨痂在骨折处周围构成套状以稳定骨折区。骨痂使截面积显著添围构成套状以稳定骨折区。骨痂使截面积显著添加，从而添加骨骼的强度和刚度。加，从而添加骨骼的强度和刚度。手术要素：有些外科手术呵斥骨缺损而使其力学手术要素：有些外科手术呵斥骨缺损而使其力学性能明显减弱。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衰老与骨质疏松：骨组织总量的减少和骨体积的轻度减少。轻度减少。五影响骨力学性能的其他要素五影响骨力学性能的其他要素人类三种类型的杠杆人类三种类型的杠杆六骨的杠杆功能六骨的杠杆功能关节面外形关节面外形韧带强弱韧带强弱骨骼肌力量骨骼肌力

28、量关节负压关节负压一关节稳定性一关节稳定性 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分量、关节韧带牵拉、肌收缩力等。 二关节的力和力矩二关节的力和力矩 力学性能与固体资料特性和浸透性有关。力学性能与固体资料特性和浸透性有关。 浸透性是指液体流过多孔固体基质时的摩浸透性是指液体流过多孔固体基质时的摩擦阻力，是双相资料的重要参数。擦阻力，是双相资料的重要参数。 关节软骨损害、变性与关节载荷的频率与关节软骨损害、变性与关节载荷的频率与量级有关。关节的先天性发育不良以及关节损量级有关。关节的先天性发育不良以及关节损伤等要素，可以导致应力集中。伤等要素

29、，可以导致应力集中。三关节软骨生物力学特性三关节软骨生物力学特性 脊柱是躯干的中轴、位于背部正中，由24块椎骨、一块骶骨和一块尾骨，借椎间盘、韧带和关节衔接而成。为直立与行走需求，构成四个生理性弯曲。四脊柱生物力学四脊柱生物力学 1.脊柱构造力学特性脊柱构造力学特性 脊椎的功能单元是脊椎的功能单元是运动节段，包括运动节段，包括2个椎个椎体及其间的软组织。体及其间的软组织。 1椎体椎体 2椎间盘椎间盘 随着年龄增长及外伤损害，椎间盘表现出老化与退变的特征，导致椎间盘的承载才干及其传送才干下降，继而产生脊柱的功能性退化与能够性的损伤。2.2.脊柱的稳定脊柱的稳定 正常脊柱的稳定构造的要素有正常脊柱的稳定构造的要素有: : 外在稳定构造主要靠腹、腰与背等肌肉自动调外在稳定构造主要靠腹、腰与背等肌肉自动调理；内部主要靠骨关节、韧带进展控制。在内部理；内部主要靠骨关节、韧带进展控制。在内部稳定构造中除椎体和关节突的外形限制着脊柱的稳定构造中除椎体和关节突的外形