Biomechanics of the Upper Limbs pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:CRC Pr I Llc

作者:Freivalds, Andris

出品人:

页数:624

译者:

出版时间:2004-6

价格:$ 135.54

装帧:HRD

isbn号码:9780748409266

丛书系列:

图书标签:

• Biomechanics
• Upper Limbs
• Human Movement
• Kinesiology
• Musculoskeletal
• Orthopedics
• Rehabilitation
• Sports Medicine
• Engineering
• Anatomy

运动科学的先驱：人体运动学与生物力学基础 导读： 本书旨在为运动科学、运动生理学、物理治疗以及运动康复领域的学生、研究人员和专业人士提供一个全面而深入的理论框架，以理解人体运动的内在机制和外部表现。我们将重点聚焦于运动生物力学（Biomechanics）这一核心学科，探讨其基础原理、测量技术及其在人体运动分析中的应用。本书内容不涉及特定肢体（如上肢）的详尽分析，而是构建一个普适性的、跨越全身运动的理论基石。 第一部分：生物力学的基本概念与物理学基础 本部分将运动生物力学置于物理学和工程学的宏观背景下进行阐述。 第一章：生物力学导论 生物力学（Biomechanics）是应用力学原理研究生物体结构和功能的学科。我们将从历史沿革入手，梳理其如何从早期的纯粹解剖学观察，发展成为一门依赖精密仪器和数学建模的现代科学。本章强调生物系统与传统工程系统的根本区别，例如组织的非线性弹性、各向异性和时变特性。此外，还将介绍生物力学在运动表现优化、损伤预防与康复工程中的关键作用。 第二章：力学基础：运动的描述 本章是理解后续所有运动分析的基石。我们将详细回顾牛顿运动定律（惯性定律、加速度定律和作用力与反作用力定律）在生物系统中的应用。运动的描述分为两类：运动学（Kinematics）和动力学（Kinetics）。 运动学（Kinematics）： 关注运动的几何描述，不考虑引起运动的力。内容包括位移、速度和加速度的矢量定义。我们将深入探讨角度（Angular Displacement）、角速度（Angular Velocity）和角加速度（Angular Acceleration）的测量与计算，并建立线速度与角速度之间的转换关系，为分析关节的旋转运动打下基础。 动力学（Kinetics）： 关注引起运动的力及其对运动状态的影响。本章将重点讲解力（Force）的概念，包括重力（Gravity）、摩擦力（Friction）和弹性力（Elastic Forces）在人体运动中的表现形式。力矩（Torque）的概念将作为核心内容详细阐述，解释其如何驱动关节的旋转运动，并引入力偶（Couple）的概念。 第三章：力的分析与人体系统 本章侧重于如何识别和量化作用于人体系统的外部和内部载荷。 载荷类型： 深入分析压力（Pressure）、应力（Stress）和应变（Strain）的概念。我们将区分拉伸、压缩、剪切和扭转载荷，并讨论这些载荷如何作用于骨骼、肌腱和韧带等生物组织。 力矩平衡与静力学： 讲解静力学平衡方程（合力为零，合力矩为零）在分析维持姿势或处于等速运动状态下人体结构受力情况中的应用。我们将通过示例模型（例如，对简单杠杆系统进行力矩分析）来展示如何计算肌肉在特定关节角度下产生的内力，这对于理解肌力在全身运动中的分配至关重要。 第二部分：生物材料特性与组织力学 要理解运动如何影响人体，必须先理解支撑运动的生物材料如何响应载荷。本部分侧重于材料科学在生物学中的应用。 第四章：生物组织的力学性能 本章将探讨肌腱、韧带、软骨和骨骼等生物材料的本构关系。 应力-应变曲线： 详细分析不同生物组织的应力-应变曲线，包括弹性区、屈服点和失效点。重点区分粘弹性（Viscoelasticity）材料（如肌腱和韧带）的特性，讨论蠕变（Creep）和应力松弛（Stress Relaxation）现象，这些特性直接影响了运动中能量的储存和耗散。 骨骼生物力学： 探讨 Wolff's Law（沃尔夫定律）的力学基础，即骨骼会根据其承受的机械载荷进行重塑。分析不同骨骼结构（皮质骨与松质骨）对不同载荷模式的响应差异。 第五章：生物摩擦学与润滑机制 本章关注关节面的相互作用，这是实现顺畅运动的关键。 摩擦与磨损： 探讨关节表面之间的摩擦系数。详细介绍滑膜液（Synovial Fluid）在关节润滑中的作用，包括边界润滑和流体动力学润滑理论。 润滑与健康： 讨论关节损伤（如关节炎）如何改变摩擦系数，导致磨损增加和运动效率下降，从而为康复和假体设计提供理论依据。 第三部分：运动生物力学分析方法 本部分转向实践层面，介绍用于量化运动和力的主要技术和工具。 第六章：运动分析：描述与测量技术 本章聚焦于如何精确地测量运动过程中的运动学参数。 运动捕捉系统： 介绍光学运动捕捉系统的工作原理，包括标记点（Markers）的放置、坐标系转换以及三维重建技术。 运动学数据处理： 讨论如何对原始位置数据进行滤波和平滑处理，以获得可靠的速度和加速度数据，避免因测量噪声导致的微分误差。 测力平台： 详细介绍测力平台（Force Plates）的原理，如何用于测量地面反作用力（Ground Reaction Forces, GRF）。分析力的矢量分解（垂直分量、前后分量、内外侧分量）及其在步态分析中的应用。 第七章：动力学分析：内力和外力计算 本章是整合运动学和动力学信息的核心部分，旨在计算人体内部的驱动力。 牛顿-欧拉法与逆动力学（Inverse Dynamics）： 详细解释逆动力学分析的流程。通过已知的外力（如GRF）和运动学数据（加速度），使用牛顿第二定律和欧拉方程，从远端肢体开始，逐步计算出相邻关节产生的力矩（Joint Moments）。 力矩的生物学意义： 强调计算出的关节力矩代表了肌肉、韧带和关节囊共同产生的净力矩，它是评估肌肉做功和运动控制效率的关键指标。 第四部分：生物力学在运动控制中的应用概述 本部分将前述理论应用于宏观的运动控制场景，而不局限于特定部位。 第八章：能量学与工作量分析 本章从能量视角审视运动效率。 功（Work）与能量转化： 定义机械功（力乘以位移）及其在生物体内的意义。重点区分内功与外功，以及动能（Kinetic Energy）和势能（Potential Energy）之间的相互转化。 功率（Power）分析： 功率是衡量运动强度和做功速率的指标。我们将分析不同运动阶段中功率的瞬时变化，并讨论其与代谢成本的关系。 第九章：姿势稳定性的力学基础 本章探讨人体如何维持动态和静态平衡。 稳定性理论： 引入重心（Center of Mass, COM）和支撑面（Base of Support, BOS）的概念。讨论稳定性的力学判据，如安全裕度（Margin of Stability）。 反馈与前馈控制： 简要介绍姿态控制的神经力学模型，说明身体如何利用本体感觉和视觉信息，通过调节肌肉力矩来修正预测的运动轨迹，从而保持稳定。 结论： 本书为读者提供了分析和理解任何复杂人体运动（无论涉及哪个肢体或关节）所需的统一的数学和物理语言。通过掌握这些跨领域的通用原理，读者将能够独立地构建和分析从行走、跑步到投掷等各种运动的生物力学模型。

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