人体平衡生物力学

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1、第四章　　人体平衡的生物力学分析第一节人体平衡动作的力学原理人体的平衡状态是指人体在完成静力性动作过程中处于相对静止的状态。这里的平衡既包括静态平衡，也包括动态平衡。一、基本概念(一)力与力系力是物体之间的相互作用。力有大小、方向和作用点，力是矢量，在对力进行描述时，不但要指明力的大小，还必须指明力的方向。在实际分析一个力时，必须明确该力的三要素。在实际体育运动中作用于人体的力常常不是单一的力在起作用，而是由两个以上的力组成的力系在起作用，所以我们在研究人体或器械的平衡问题时，首先要对研究的对象“隔离”出来进行受力分析，即确定研究对象都受到哪些力的作用。第四章　　人体平

2、衡的生物力学分析第一节人体平衡动作的力学原理一、基本概念(二)力的可传性原理力可沿其作用线任意移动，而不改变其对物体的效应。这一性质称为力的可传性。如上图（1），球的重力G作用点在球心O点，地面对球的支撑反作用力N作用点在球与地面的接触处A点，但N作用线的延长线也通过球心O点。如果在O点加上一对平衡力和，它们对物体没有什么影响，现使三力大小相等，则N和的大小相等，方向相反且共线，即可作为一对平衡力而取消，则只剩下O点的力和G，这就将A点的力沿其作用线移动到了球心O点，这一性质就称为力的可传性。这样我们可把图（1）和图（2）的力都沿其作用线移到球心上。图(1)图(2)第四

3、章　　人体平衡的生物力学分析第一节人体平衡动作的力学原理一、基本概念(二)力的可传性原理第四章　　人体平衡的生物力学分析第一节人体平衡动作的力学原理一、基本概念(三)力矩、力偶和力偶矩(1)力矩的概念：力矩亦称“转矩”（力对点之矩）。表示力对物体作用时产生转动效果的物理量。物体受力绕某点或定轴转动时，力的转动效果除了取决于力的大小和方向外，还取决于所绕定点或定轴到力的作用线的距离。ZZ图(3)图(4)第四章　　人体平衡的生物力学分析第一节人体平衡动作的力学原理一、基本概念(三)力矩、力偶和力偶矩(1)力矩的概念：如图（3）所示力F在垂直转轴OZ平面内，O是平面内的任一点

4、，d是O点至力F作用线的垂直距离（称为力臂），则F对于O点的力矩是F与d的乘积，以符号M表示。则有M＝F.d如图（4）所示力F不在垂直转轴OZ平面内，这时可把力F分解为与转轴平行的力F1，及垂直转轴平面内的分力F2。F2与转轴的垂直距离为d，使物体产生转动的力矩为F2d。实践证明，只有与轴既不平行，也不相交的力才能使物体转动，而且起作用仅是该力在垂直转轴OZ平面内的分力。根据力矩的定义可知力矩的大小和方向取决于力的大小和其相对于转轴的位置。力矩的单位是牛顿•米。第四章　　人体平衡的生物力学分析第一节人体平衡动作的力学原理一、基本概念(三)力矩、力偶和力偶矩(2)力偶和力

5、偶矩的概念通常我们把两个大小相等、方向相反、作用线互相平行但不重合的两个力(F及－F)作用在物体上，使物体发生转动.，这一对力称为力偶。它们是反向平行力的一种特殊情况，不能求得它们的合力。力偶作用在刚体上，能改变刚体的转动状态。例如图4-6，汽车司机用双手转动方向盘所施的力就是一个力偶。力偶矩：力与力偶臂的乘积称为力偶矩。力偶的转动效应决定于力偶矩，力偶中一个力的大小F乘以两个力作用线之间的垂直距离d，即Fd。使物体产生逆时针方向转动时力偶矩取正值；反之为负值。通常力偶矩用符号M表示：M＝±Fd。第四章　　人体平衡的生物力学分析第一节人体平衡动作的力学原理一、基本概念(

6、四)力的平移定理在分析运动时，往往需要了解力对整个人体的作用情况，通常把力平移到重心上加以分析。当力的作用线或其延长线通过重心时，根据力的可传性可直接移动到重心上，但如果力的作用线或其延长线不通过重心时，要直接把该力平移到重心上，是否会改变力对身体的作用效果呢？现在我们来看下面的问题：如图（5）和图（6）所示：如果力F通过刚体中心B点（图（5）），刚体可产生移动，若将F平移到C点（图（6）），则刚体除了产生平动外还要转动，显然力F平移后与原来作用不等效，那么如何才能等效呢？第四章　　人体平衡的生物力学分析第一节人体平衡动作的力学原理一、基本概念(四)力的平移定理如图4-

7、7：设有力F作用于A点，现任取一点B并在B点加反向的两个力和，使其大小均等于F，作用线与F平行。由于和是一平衡力系，故F、　、的作用与F单独作用等效。但F与　　可视为一力偶，因此作用于A点的力F可用作用于B点的力　　和力偶矩M＝Fd来代替。第四章　　人体平衡的生物力学分析第一节人体平衡动作的力学原理一、基本概念(五)受力分析为了清楚地表示研究对象的受力情况，就有必要把所研究的对象从周围的物体中分离出来。即将研究对象单独画出，并表示出周围物体作用于它的全部外力，这样的图称为受力图。在画受力图时，要注意除重力以外，只考虑与研究对象相接触的物体