《生物力学》课件

生物力学探索人体运动的奥秘，揭示运动背后的科学原理课程简介课程目标掌握生物力学的理论基础和应用方法，理解运动科学和人体工程学的基本原理课程内容从人体结构和功能出发，分析运动过程中的力学原理，并探讨生物力学在不同领域的应用生物力学的定义和研究对象定义生物力学是研究生物体，特别是人体运动的力学原理，以及力学因素对生物体的影响研究对象人体运动过程，包括骨骼、肌肉、关节、运动器官和系统，以及它们之间的相互作用生物力学的发展历程1古代人们通过观察和实践，积累了关于人体运动的经验2文艺复兴时期达芬奇等艺术家和科学家开始研究人体结构，并利用力学原理来解释运动3近代牛顿力学体系的建立为生物力学的发展奠定了理论基础4现代随着科学技术的发展，生物力学研究更加深入，并应用于医学、体育、工程等领域生物力学的应用领域医学诊断、治疗、康复体育运动训练、技术分析、伤病防治工程人机工程学、仿生学、医疗器械设计人体基本结构和功能1人体2器官系统骨骼系统、肌肉系统、神经系统等3器官骨骼、肌肉、关节等4组织骨骼组织、肌肉组织、结缔组织等5细胞骨细胞、肌细胞等骨骼系统结构和功能结构骨骼系统由206块骨骼组成，包括颅骨、躯干骨和四肢骨功能支持身体、保护内脏器官、参与运动、储藏矿物质、造血肌肉系统结构和功能结构肌肉系统由大约600块肌肉组成，包括骨骼肌、平滑肌和心肌功能产生运动、维持姿势、调节体温、保护内脏器官关节系统结构和功能结构关节是骨与骨之间连接的地方，分为固定关节、半固定关节和活动关节功能连接骨骼、使身体灵活运动、缓冲冲击力肌肉收缩的基本机制1神经冲动神经系统发出神经冲动2肌丝滑行肌动蛋白丝和肌球蛋白丝相互滑行3肌肉收缩肌肉长度缩短，产生力量肌肉收缩力学特性1长度-张力关系肌肉长度越长，产生的力量越大2速度-力量关系肌肉收缩速度越快，产生的力量越小关节运动的力学分析运动学分析研究关节运动的位移、速度、加速度等动力学分析研究关节运动中力的作用、力矩和功等力的作用和应力分析力的作用肌肉收缩力、重力、摩擦力等作用于骨骼系统应力分析研究骨骼、肌肉、韧带等组织内部的应力和应变身体在静力状态下的力学分析重心身体的重心位置决定了平衡能力支撑面支撑面的大小和形状影响平衡稳定性重心越低，支撑面越大，稳定性越强身体在动力状态下的力学分析1动量物体运动的质量和速度的乘积2动量守恒系统总动量保持不变3角动量物体绕轴旋转的惯性和角速度的乘积4角动量守恒系统总角动量保持不变步态分析及其力学特性体育运动中的力学原理力量训练提高肌肉力量和爆发力速度训练提高运动速度和灵敏度平衡训练提高身体平衡性和协调性技术分析优化运动技术，提高运动效率体育伤害的力学机理过度负荷肌肉、韧带、骨骼等组织承受过大的压力运动方式不当不正确的动作、姿势或训练方法环境因素地面状况、天气状况等运动装备和辅助器具的力学分析减震缓冲冲击力，保护关节支撑稳定关节，减少运动损伤提高运动效率减轻负荷，提高运动表现人体工程学原理与应用原理研究人与工作环境、工具、产品之间的相互作用应用设计更符合人体结构和功能的产品和工作环境生物力学在临床医学中的应用1诊断分析运动障碍，确定病因2治疗设计康复方案，改善运动功能3手术制定手术方案，提高手术效率生物力学在康复医学中的应用康复评估评估患者运动功能，制定康复计划康复训练使用康复器械，帮助患者恢复运动功能生物力学在体育运动中的应用技术分析分析运动技术，找到改进方向训练方法设计科学的训练方法，提高运动表现器械设计设计更符合人体结构和功能的器械生物力学在人工器官设计中的应用1材料选择选择符合人体力学特性的材料2结构设计设计与人体结构和功能相匹配的结构3功能测试测试人工器官的功能，确保其正常工作生物力学研究方法1研究方法2实验方法测量和分析生物体运动数据3建模方法建立生物体运动的数学模型4仿真方法模拟生物体运动，验证模型的准确性生物力学实验方法和设备运动捕捉系统记录运动轨迹力传感器测量力的大小和方向肌电仪测量肌肉的电信号生物力学数据采集与分析数据采集使用各种传感器采集生物体运动数据数据分析使用统计学和生物力学模型分析数据生物力学建模与仿真模型建立使用数学和计算机方法建立生物体运动模型仿真模拟模拟生物体运动，验证模型的准确性结果分析分析仿真结果，得出科学结论生物力学前沿研究方向运动康复研究运动损伤的力学机制和康复方法仿生机器人研制仿生机器人，模拟生物体的运动生物材料开发新型生物材料，用于人工器官的设计本课程的重点与难点1重点人体运动的力学原理，以及生物力学在不同领域的应用2