《生物力學》課件

生物力學探索人體運動的奧秘，揭示運動背后的科學原理課程簡介課程目標掌握生物力學的理論基礎和應用方法，理解運動科學和人體工程學的基本原理課程內容從人體結構和功能出發(fā)，分析運動過程中的力學原理，并探討生物力學在不同領域的應用生物力學的定義和研究對象定義生物力學是研究生物體，特別是人體運動的力學原理，以及力學因素對生物體的影響研究對象人體運動過程，包括骨骼、肌肉、關節(jié)、運動器官和系統，以及它們之間的相互作用生物力學的發(fā)展歷程1古代人們通過觀察和實踐，積累了關于人體運動的經驗2文藝復興時期達芬奇等藝術家和科學家開始研究人體結構，并利用力學原理來解釋運動3近代牛頓力學體系的建立為生物力學的發(fā)展奠定了理論基礎4現代隨著科學技術的發(fā)展，生物力學研究更加深入，并應用于醫(yī)學、體育、工程等領域生物力學的應用領域醫(yī)學診斷、治療、康復體育運動訓練、技術分析、傷病防治工程人機工程學、仿生學、醫(yī)療器械設計人體基本結構和功能1人體2器官系統骨骼系統、肌肉系統、神經系統等3器官骨骼、肌肉、關節(jié)等4組織骨骼組織、肌肉組織、結締組織等5細胞骨細胞、肌細胞等骨骼系統結構和功能結構骨骼系統由206塊骨骼組成，包括顱骨、軀干骨和四肢骨功能支持身體、保護內臟器官、參與運動、儲藏礦物質、造血肌肉系統結構和功能結構肌肉系統由大約600塊肌肉組成，包括骨骼肌、平滑肌和心肌功能產生運動、維持姿勢、調節(jié)體溫、保護內臟器官關節(jié)系統結構和功能結構關節(jié)是骨與骨之間連接的地方，分為固定關節(jié)、半固定關節(jié)和活動關節(jié)功能連接骨骼、使身體靈活運動、緩沖沖擊力肌肉收縮的基本機制1神經沖動神經系統發(fā)出神經沖動2肌絲滑行肌動蛋白絲和肌球蛋白絲相互滑行3肌肉收縮肌肉長度縮短，產生力量肌肉收縮力學特性1長度-張力關系肌肉長度越長，產生的力量越大2速度-力量關系肌肉收縮速度越快，產生的力量越小關節(jié)運動的力學分析運動學分析研究關節(jié)運動的位移、速度、加速度等動力學分析研究關節(jié)運動中力的作用、力矩和功等力的作用和應力分析力的作用肌肉收縮力、重力、摩擦力等作用于骨骼系統應力分析研究骨骼、肌肉、韌帶等組織內部的應力和應變身體在靜力狀態(tài)下的力學分析重心身體的重心位置決定了平衡能力支撐面支撐面的大小和形狀影響平衡穩(wěn)定性重心越低，支撐面越大，穩(wěn)定性越強身體在動力狀態(tài)下的力學分析1動量物體運動的質量和速度的乘積2動量守恒系統總動量保持不變3角動量物體繞軸旋轉的慣性和角速度的乘積4角動量守恒系統總角動量保持不變步態(tài)分析及其力學特性體育運動中的力學原理力量訓練提高肌肉力量和爆發(fā)力速度訓練提高運動速度和靈敏度平衡訓練提高身體平衡性和協調性技術分析優(yōu)化運動技術，提高運動效率體育傷害的力學機理過度負荷肌肉、韌帶、骨骼等組織承受過大的壓力運動方式不當不正確的動作、姿勢或訓練方法環(huán)境因素地面狀況、天氣狀況等運動裝備和輔助器具的力學分析減震緩沖沖擊力，保護關節(jié)支撐穩(wěn)定關節(jié)，減少運動損傷提高運動效率減輕負荷，提高運動表現人體工程學原理與應用原理研究人與工作環(huán)境、工具、產品之間的相互作用應用設計更符合人體結構和功能的產品和工作環(huán)境生物力學在臨床醫(yī)學中的應用1診斷分析運動障礙，確定病因2治療設計康復方案，改善運動功能3手術制定手術方案，提高手術效率生物力學在康復醫(yī)學中的應用康復評估評估患者運動功能，制定康復計劃康復訓練使用康復器械，幫助患者恢復運動功能生物力學在體育運動中的應用技術分析分析運動技術，找到改進方向訓練方法設計科學的訓練方法，提高運動表現器械設計設計更符合人體結構和功能的器械生物力學在人工器官設計中的應用1材料選擇選擇符合人體力學特性的材料2結構設計設計與人體結構和功能相匹配的結構3功能測試測試人工器官的功能，確保其正常工作生物力學研究方法1研究方法2實驗方法測量和分析生物體運動數據3建模方法建立生物體運動的數學模型4仿真方法模擬生物體運動，驗證模型的準確性生物力學實驗方法和設備運動捕捉系統記錄運動軌跡力傳感器測量力的大小和方向肌電儀測量肌肉的電信號生物力學數據采集與分析數據采集使用各種傳感器采集生物體運動數據數據分析使用統計學和生物力學模型分析數據生物力學建模與仿真模型建立使用數學和計算機方法建立生物體運動模型仿真模擬模擬生物體運動，驗證模型的準確性結果分析分析仿真結果，得出科學結論生物力學前沿研究方向運動康復研究運動損傷的力學機制和康復方法仿生機器人研制仿生機器人，模擬生物體的運動生物材料開發(fā)新型生物材料，用于人工器官的設計本課程的重點與難點1重點人體運動的力學原理，以及生物力學在不同領域的應用2