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1、人体平衡生物力学第1页，本讲稿共11页第四章人体平衡的生物力学分析第四章人体平衡的生物力学分析 l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（
2、1）和图（2）的力都沿其作用线移到球心上。图(1)图(2)第2页，本讲稿共11页第四章人体平衡的生物力学分析第四章人体平衡的生物力学分析 l第一节 人体平衡动作的力学原理l一、基本概念(二)力的可传性原理 第3页，本讲稿共11页第四章人体平衡的生物力学分析第四章人体平衡的生物力学分析 l第一节 人体平衡动作的力学原理l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4页，本讲稿共11页第
3、四章人体平衡的生物力学分析第四章人体平衡的生物力学分析 l第一节 人体平衡动作的力学原理l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，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MF.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
4、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5页，本讲稿共11页第四章人体平衡的生物力学分析第四章人体平衡的生物力学分析 l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
5、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：MFd。第6页，本讲稿共11页第四章人体平衡的生物力学分析第四章人体平衡的生物力学分析 l第一节 人体平衡动作的力学原理l一、基本概念(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
6、），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7页，本讲稿共11页第四章人体平衡的生物力学分析第四章人体平衡的生物力学分析 l第一节 人体平衡动作的力学原理l一、基本概念(四)力的平移定理 如图4-7：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MFd来代替。第8页，本讲稿共11页第四章人体平衡的生物力学分析第四章人体平衡的生物力学分析 l第一节
7、人体平衡动作的力学原理l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对于它的作用力，不要漏画力，也不能任意添加力。例如：静止在桌面上的小球只受重力和桌面对它的支撑反作用力的作用第9页，本讲稿共11页第四章人体平衡的生物力学分析第四章人体平衡的生物力学分析 l第一节 人体平衡动作的力学原理举例例：如图，某人手持铅球水平平衡，已知铅球重G，前臂与手共重W，肱二头肌的肌拉力角为a，还已知如图所示的d,b,c的距离，求肱二头肌的肌拉力F和肘关节处的约束反力Nx和Ny。第10页，本讲稿共11页第四章人体平衡的生物力学分析第四章人体平衡的生物力学分析 l第一节 人体平衡动作的力学原理三、力系的简化与平衡（二）共面力系的简化与平衡(举例）解：以前臂、手和铅球为对象，此研究对象所受的力为平面一般力系的平衡问题，利用人体平衡方程组，对O点有：所以，Nx为正，Ny为负。第11页，本讲稿共11页