| 老筋非常感謝garden608版主的鼓勵，再接再勵轉(zhuǎn)載一篇相關(guān)文章 在人體中，骨在肌拉力作用下圍繞關(guān)節(jié)軸轉(zhuǎn)動，它的作用和杠桿相同，稱為骨杠桿。人體的骨杠桿運(yùn)動有三種形式： 1.平衡杠桿：支點(diǎn)在力點(diǎn)和重點(diǎn)之間。如顱進(jìn)行的仰頭和俯首運(yùn)動。 2.省力杠桿：重點(diǎn)在支點(diǎn)和力點(diǎn)之間。如行走時提起足跟的動作，這種杠桿可以克服較大的體重。 3.速度杠桿：力點(diǎn)在重點(diǎn)和支點(diǎn)之間。如肘關(guān)節(jié)的活動，這種活動必須以較大的力量才能克服較小的重量，但運(yùn)動速度和范圍很大。 人體主要的骨骼肌 （1）頭肌 頭肌可分為面肌和咀嚼肌二部分。面肌分布于頭面部皮下。位于眼裂、口裂周圍，有環(huán) 形的輪匝肌和放射形安排的肌肉，可使眼裂、口裂張開或關(guān)閉，能示喜、怒、哀、樂各種表情。咀嚼肌是作用下頜關(guān)節(jié)的肌肉，如顳肌和咬肌。能有力的上提下頷骨。 （2）四肢肌 ①上肢肌 上肢肌可分為肩肌、臂肌，前臂肌和手肌四部。 肩部肌肉可使肩關(guān)節(jié)運(yùn)動，如三角肌，它從前、后、外三方包繞肩關(guān)節(jié)；構(gòu)成圓隆的肩 部，作用主要是使臂外展。 臂肌分前、后兩群。在上臂前方跨過肩關(guān)節(jié)和肘關(guān)節(jié)的屈肌，如肱二頭肌，是強(qiáng)有力的屈肘肌肉。在肱骨后方的肱三頭肌為伸肘肌肉。 前臂肌也分前、后兩群。前臂肌數(shù)目多且大多是長肌，這些肌肉分別跨越肘、腕、掌、 指各部。肌肉位于前臂，于腕部形成腱。前肌群位于尺、橈骨前面，主要有屈腕、屈指和使前臂旋前的肌肉。后肌群位于尺、橈骨后面，主要有伸腕、伸指和使前臂旋后的肌肉。 手肌除有從前臂來的長肌腱外，還有很多短小的手肌均集中在手的掌側(cè)，可分外側(cè)、中間和內(nèi)側(cè)三肌群。外側(cè)肌群在拇指根部形成一隆起稱魚際肌，能使拇指作屈、收、展和對掌等動作。中間肌群位于前臂來的屈指肌腱的深面，主要有骨間肌，收縮時能使各指向中指靠攏或分開。外側(cè)肌群稱小魚際，能使小指作屈、外展和對掌等作用。 ②下肢肌 下肢肌可分為髖肌、大腿肌、小腿肌和足肌。 髖肌主要起始于骨盆的內(nèi)面和外面，跨越髖關(guān)節(jié)，止于股骨上部。位于盆內(nèi)的腰大肌是屈大腿肌、位于骨盆后外面的臂大肌是后伸大腿肌。 大腿肌分前、后、內(nèi)三肌群。前肌群主要是股四頭肌。是膝關(guān)節(jié)強(qiáng)大的伸肌。內(nèi)側(cè)肌群位于大腿內(nèi)側(cè)，能內(nèi)收大腿，又稱內(nèi)收肌群。后肌群位于大腿后面如股二頭肌和半腱肌等能屈小腿和后伸大腿。 小腿肌亦分三肌群，前肌群在脛骨、腓骨之前，主要有伸趾肌并幫助足背屈。后肌群主要有小腿三頭?。枘c肌和比目魚?。┪挥谛⊥壬喜啃纬膳蚵〉男⊥榷?，向下續(xù)為跟腱，收縮時提起足跟并能屬小腿；在三頭肌深面還有屈趾等肌肉。外側(cè)肌群有腓骨長肌、短肌，作用是使足外翻。 足肌可分足背肌和足底肌，足背肌為伸趾肌。足底肌的配布和作用與手掌肌近似，但足趾動作遠(yuǎn)不如手指，其主要功能是維持足弓。 資料來源 《人體解剖生理學(xué)》 人體內(nèi)的杠桿 運(yùn)動系統(tǒng)是許多個杠桿結(jié)構(gòu)組成的，人體的許多動作都是通過杠桿作用而表現(xiàn)出來的。 在運(yùn)動過程中，骨為運(yùn)動的杠桿，關(guān)節(jié)為運(yùn)動的支點(diǎn)，骨骼肌施加動力。當(dāng)骨骼肌收縮時，牽動所附的骨圍繞關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)動，就會產(chǎn)生各種動作。人體內(nèi)有三種類型杠桿，即等臂杠桿、省力杠桿和費(fèi)力杠桿。下圖示仰頭、蹺足、屈肘分別代表的三種杠桿，你能判斷出各屬哪一種嗎？ 圖中O表示關(guān)節(jié)構(gòu)成的支點(diǎn)，三圖分別表示寰枕關(guān)節(jié)、跖趾關(guān)節(jié)和肘關(guān)節(jié)。A點(diǎn)為肌肉在骨上的附著點(diǎn)，即力點(diǎn)，B則表示重點(diǎn)，由此可知，仰頭為等臂杠桿，蹺足為省力杠桿，而屈肘則為費(fèi)力杠桿。在屈肘動作中，如果OB是OA的8倍，假如你要用手托起8千克的鐵球，請你算算看，肱二頭肌至少要施加多大的 力？（答：627.2牛頓） 肌肉粗壯的原因 當(dāng)我們在看健美比賽時，常常會被健美運(yùn)動員那隆起的健壯肌肉而驚嘆，為那展示出的人體之美而稱羨。那么，他們的肌肉為什么會那樣發(fā)達(dá)呢？ 原來，骨骼肌的肌細(xì)胞和人體其他細(xì)胞一樣，都要不斷地?cái)z取營養(yǎng)物質(zhì)以維持正常的生命活動。細(xì)胞需要的養(yǎng)料是通過血液循環(huán)運(yùn)送來的。在日常生活中，只有很少量的肌肉纖維束參加工作，而大部分肌肉纖維束則處在“休息狀態(tài)”，這些肌肉中的毛細(xì)血管當(dāng)然也是大部分關(guān)閉的，在每平方毫米肌肉里，只有80條左右的毛細(xì)血管開放。體育鍛煉時，大部分肌肉都要“上班”，毛細(xì)血管開放的數(shù)量大大增加，在每平方毫米的肌肉里，開放的毛細(xì)血管可以增加到2000至3 000條，給肌肉送來更多的血液和營養(yǎng)。長期下去，肌纖維就會變粗，整個骨骼肌就會變得粗壯，收縮有力。 健美運(yùn)動員要經(jīng)過艱苦認(rèn)真的鍛煉，有計(jì)劃地通過專項(xiàng)訓(xùn)練，而使某一部分的肌肉發(fā)達(dá)，顯示出明顯的輪廓。 人體生物力學(xué) 生物系統(tǒng)的運(yùn)動表現(xiàn)形式有兩種：①整個生物系統(tǒng)對于其周圍的介質(zhì)、支撐物或其他物體發(fā)生位移，例如人的行走；②生物系統(tǒng)本身發(fā)生形變，即其中一部分相對于另一部分發(fā)生位移，例如彎腰、伸腿。生物體運(yùn)動要消耗能量，生物體的能量消耗有兩個方面，一是用以完成規(guī)定的動作稱為有效消耗；二是以熱量散失稱為無用消耗。 人體生物力學(xué)側(cè)重研究人體各部分的力量、活動范圍和速度，人體組織對于不同阻力所發(fā)揮出力量的數(shù)值、人體各部分的重量、重心變化以及做動作時的慣性等問題，其研究目的是為了使人在人機(jī)系統(tǒng)中更好地發(fā)揮其作用，盡量避免做無用功，使人能有效地工作，提高活動效率，減少疲勞，確保人身安全。 在安全人機(jī)工程學(xué)的設(shè)計(jì)與分析、評價及“三同時”審查、事故分析等時，就要準(zhǔn)確地確定操作者和設(shè)備的最有利工作范圍和界限，因此就得利用人體生物力學(xué)方法。為使操作者安全舒適地工作，在設(shè)計(jì)操縱機(jī)構(gòu)時必須考慮人體出力大小、動作軌跡、動作平穩(wěn)程度以及人體各部分運(yùn)動的方向等因素，均要運(yùn)用人體生物力學(xué)的理論。 一、人體生物力學(xué)的一般知識 人體完成各種活動動作的運(yùn)動器官系統(tǒng)，由肌肉、關(guān)節(jié)、骨骼等組成。全身的關(guān)節(jié)將骨節(jié)連接成一體，形成可以活動的骨骼體系，肌肉跨越關(guān)節(jié)粘附于骨之上。肌肉、關(guān)節(jié)、骨三者在神經(jīng)系統(tǒng)的支配和協(xié)調(diào)下，按照人的意志，共同準(zhǔn)確地由肌肉的收縮與舒張牽動骨通過關(guān)節(jié)的作用而產(chǎn)生各種動作。 1、骨骼的功能 1）人體骨骼強(qiáng)度。在一定范圍內(nèi)，故的應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系是線性的，服從虎克定律，但當(dāng)人體骨骼強(qiáng)度。在一定范圍內(nèi)，骨的應(yīng)力超過一定應(yīng)力數(shù)值后，這種關(guān)系就不再成立。 人體脛骨強(qiáng)度實(shí)驗(yàn)結(jié)果與其他材料強(qiáng)度的比較見表3-29，人體骨骼的抗彎強(qiáng)度、抗壓強(qiáng)度和抗扭強(qiáng)度見表3-30   2）骨的功能。人體全身約有206塊骨，可分為頭顱骨、上肢骨、下肢骨、軀干骨、脊椎骨等，由這些有生命而堅(jiān)硬的骨支撐著人體，每塊骨都有一定的形態(tài)、結(jié)構(gòu)、功能、位置及其神經(jīng)和血管。骨所承擔(dān)的功能主要有： （1）骨構(gòu)成體腔的壁，如頭顱腔、胸腔、腹腔、盆腔等，以保護(hù)大腦、心、肺、肝、膽、脾胃、腎、腸及生殖器官等人體內(nèi)臟重要器官。 （2）骨之間由關(guān)節(jié)連接構(gòu)成骨骼，形成人體支架，支撐人體全身的重量，支撐人體的肌肉、皮膚、內(nèi)臟器官等軟組織，骨骼與肌肉一塊共同維持人體的外部形態(tài)。使人成為具有一定高度、寬度、厚度的實(shí)體。 （3）骨骼的骨髓腔和松質(zhì)的腔隙中充填著骨髓，骨髓是一種柔軟而富有血液的組織，其中的黃骨髓可儲藏脂肪，紅骨髓具有造血功能，骨髓中的鈣和磷參與體內(nèi)鈣、磷代謝而處于不斷變化狀態(tài)。所以，骨髓除具備造血功能外還是體內(nèi)脂肪、鈣、磷的儲備倉庫。 （4）肌肉在神經(jīng)系統(tǒng)支配下產(chǎn)生收縮時，牽動著骨圍繞著關(guān)節(jié)活動，使人體產(chǎn)生各種動作。因此，骨是人體活動的杠桿。 3）骨杠桿。人體骨杠桿的原理與力學(xué)杠桿完全一樣。在骨杠桿中，關(guān)節(jié)是支點(diǎn)，肌肉是力量源泉，肌肉與骨的附著點(diǎn)稱為力點(diǎn)，而作用于骨上的阻力（如操縱力、體重等）的作用點(diǎn)稱為重點(diǎn)（即阻力點(diǎn)）。人體活動主要由下列骨杠桿形式而定。 （1）平衡骨杠桿。 （2）速度骨杠桿。 （3）省力骨杠桿。    2、關(guān)節(jié)的活動范圍 1）關(guān)節(jié)的連結(jié)： （1）直接連結(jié)。 （2）間接連結(jié)。 2）關(guān)節(jié)的作用 （1）關(guān)節(jié)的損傷。關(guān)節(jié)除了有將骨與骨相連的功能之外，并與肌肉和韌帶連結(jié)在一起，因韌帶既可有連結(jié)兩骨、增加關(guān)節(jié)的穩(wěn)定性的作用，還有限制關(guān)節(jié)運(yùn)動的作用。這樣一來，人體各關(guān)節(jié)的活動就要受到限制，若超過其限制范圍，則會受到損傷。 （2）關(guān)節(jié)的舒適。當(dāng)人體處在最大活動范圍以內(nèi)的活動，即處在各種舒適姿勢時，相應(yīng)的關(guān)節(jié)亦會處在舒適范圍之中，此時人的活動時間即可持久，而且其活動質(zhì)量與效率亦會高，可靠性與安全性均會高。 3、人體肌肉力學(xué)特性 論人體骨骼與關(guān)節(jié)機(jī)構(gòu)怎樣完善，如果沒有肌肉，就不能做功。所以，人體活動的能量決定于肌肉。肌肉的基本機(jī)能是將攝入的化學(xué)能轉(zhuǎn)變成機(jī)械能或熱能再轉(zhuǎn)變成機(jī)械功反映了肌肉活動的主要生物力或力，肌肉收縮時所產(chǎn)生的力及其長度改變與改變的速度學(xué)特征。 人體的肌肉依其形狀構(gòu)造、功能、分布等可分為平滑肌、心肌、橫紋肌等三種。橫紋肌大都跨越骨關(guān)節(jié)，附著于骨骼，故稱為骨骼??；由于骨骼肌的運(yùn)動要受人的意志支配，故又稱隨意肌。少數(shù)橫紋肌附著于皮膚，稱為皮肌，由于人體運(yùn)動主要與橫紋肌有關(guān)，所以安全人機(jī)工程學(xué)所討論的肌肉僅限于橫紋?。ê喎Q肌肉）。  肌肉的收縮和放松均是由神經(jīng)系統(tǒng)支配而產(chǎn)生的，兩者都是因肌纖維接受刺激后所發(fā)另一種是肌纖 生的機(jī)械性反應(yīng)。這種機(jī)械性反應(yīng)有兩種表現(xiàn)，一種是肌纖維的長度縮短維張力增加。 肌肉在沒有負(fù)荷而自由縮短的情況下，肌肉的長度縮短而張力不變的收縮，稱為等張收縮。當(dāng)肌肉在兩端被固定或負(fù)有不能克服的負(fù)荷情況下，肌肉的長度不可能縮短，只能產(chǎn)生張力，這種長度沒有改變而張力增加的收縮，稱為等長收縮。 4、人體運(yùn)動的特征 人體是一個有機(jī)的物質(zhì)系統(tǒng)，身體各個部分的運(yùn)動都是轉(zhuǎn)動，轉(zhuǎn)動狀態(tài)的改變則不是取決于力，而是取決于力矩。 5、人體活動范圍 人體的肢體、軀干、頭、頸、手掌、手指、腳掌、腳趾等均有各自的活動范圍。人體活動范圍可分為：最有利范圍、正常范圍和最大可及范圍三種。 （1）最有利范圍。 （2）正常范圍。 （3）最大可及范圍。 二、人體各部分的操縱力 縱力是指操作者在操作時為達(dá)到操作目的所付出的一定數(shù)量的力。人的頭、軀干、肩膀、四肢、手掌、手指、腳掌、腳趾均可發(fā)揮出一定的操縱力。故此在設(shè)計(jì)人機(jī)系統(tǒng)時，為了使操縱者既發(fā)揮最大的主觀能動性，而又不感到疲勞，既耗費(fèi)能量最少，同時感到輕松愉快，就必須很好地考慮操縱力的數(shù)值以及操作者的生理狀況是否能夠付出所需要的操縱力。 肢體的力量來自肌肉收縮，肌肉收縮時所產(chǎn)生的力稱為肌力。肌力的大小取決于以下幾個生理因素：單個肌纖維的收縮力；肌肉中肌纖維的數(shù)量與體積；肌肉收縮前的初長度；中樞神經(jīng)系統(tǒng)的機(jī) 能狀態(tài)；肌肉對骨骼發(fā)生作用的機(jī)械條件。 1、手的操縱力 （1）坐姿操縱力。 （2）立姿操縱力。 （3）握力。 （4）拉力與推力。 （5）扭力和提力。 2、腳的操縱力 在生產(chǎn)中，用腳操作的情況很多。最常見的是汽車的離合器踏板和剎車踏板，縫紉機(jī)踏板，加工機(jī)械（如沖床、蒸汽錘等）的腳踏控制裝置等。 三、人體活動的速度與準(zhǔn)確度 1、肢體的動作速度 肢體動作速度的大小，基本上取決于肢體肌肉收縮的速度。不同的肌肉，收縮速度也不同，如慢肌纖維收縮速度慢些，快肌纖維收縮速度快些。通常一塊肌肉中既有慢肌纖維也含快肌纖維。中樞神經(jīng)系統(tǒng)根據(jù)需要時而使慢肌纖維收縮，時而使快肌纖維收縮，從而改變肌肉的收縮速度。收縮速度還取決于肌肉收縮時所發(fā)揮的力量和阻力的大小。發(fā)揮的力量愈大，外部阻力愈小，則收縮速度愈快。 對于操作動作速度，還取決于動作方向和動作軌跡等特征。另外，不同的動作特點(diǎn)對動作速度影響十分顯著，因此，合理地設(shè)計(jì)操作動作可明顯提高工效。 有的操作常常不需要用眼睛觀察而迅速準(zhǔn)確地操縱控制器，如司機(jī)加大油門的操作，這就需要控制設(shè)計(jì)得使操作者能準(zhǔn)確迅速安全地連續(xù)操作，如果把控制器安排在便于精確和快速調(diào)節(jié)的位置上就可以提高操作者的準(zhǔn)確性，避免一些事故的發(fā)生。 對于那些要求身體做較大范圍動作的操縱工作，重要的問題就是如何合理地選擇使操作者具有靈活動作的軌跡，動作靈活性包括動作速度和頻率。 動作速度取決于工作的動作方向和動作軌跡的特征。在操縱工作時，連續(xù)和突然改變的曲線式動作，它們的速度是不相同的，故要分別考慮。 2、人體動作的頻率 動作頻率是指在一定時間內(nèi)動作所重復(fù)的次數(shù)。同理，肢體的動作頻率也取決于動作部位和動作方式。表3-36為人體各部位動作速度與頻率的限度。在設(shè)計(jì)操作系統(tǒng)時，對操作速度和頻率的要求不得超出肢體動作速度和頻率的能力限度。 3、人體動作的靈活性 在操縱時產(chǎn)生突然或平穩(wěn)的改變方向時，圓形軌跡比直線軌跡靈活。 手向著身體動作比離開身體的動作靈活而準(zhǔn)確，向前后往復(fù)動作比向左右往復(fù)動作的速度大。 最大動作速度與被移的負(fù)載的重量 成正比，而達(dá)到最大速度所需要的時間與被移動的負(fù)載成正比，動作的方向和軌跡應(yīng)當(dāng)滿足工作動作準(zhǔn)確性的要求人體較短部位的動作比較長部位的動作靈活：人體較輕部位的動作比較重部位的動作靈活；人體體積較小部位的動作比較大部位的動作靈活。 因此，在考慮動作靈活性時，應(yīng)按生物力學(xué)特征進(jìn)行人體慣性特點(diǎn)的比較和估算，利用這些特點(diǎn)，可以研究和模擬人體各部位的運(yùn)動狀態(tài)。 四、影響人體作用力的因素 1、體重 體重對人體作用力的發(fā)揮存在著有利和不利的兩個方面例如，在提取地上重物時，身體及頭部隨重物的被提起而向上移動（抗重力），體重提高了力的使用效率，將物體放置在地面上（向下用力），站姿比坐姿更好，因?yàn)檎咀丝墒诡^及軀干的重量協(xié)助腕、肘、肩關(guān)節(jié)來運(yùn)用力，還有體育活動中的拳擊、足球射門、投擲等，除了有關(guān)肢體的關(guān)節(jié)、肌肉活動得知，即沖力是質(zhì)量與速度起作用外，軀體的重量也起作用，這可從物理中的沖力E=mv的乘積，也就是說力與運(yùn)動部分的質(zhì)量及肢體和力的作用對象之間的相對速度成正比。 控制器應(yīng)能承受靜止肢體的重量，這一點(diǎn)對防止意外啟動，保證安全和消除肢體靜態(tài)作業(yè)非常重要。例如，汽車的足控蹬板應(yīng)能承受駕駛員下肢的靜止重量，不同人群（包括體格和性別）的身體各部分的重量是不同的，其中以軀干和大腿的重量差別最大 2、體位 操作者的體位（立位、坐位、躺位）、軀干的穩(wěn)定性對人體的作用力也有一定的影響。人體的作用力對人體體位的依賴關(guān)系，由以下兩個原因決定： （1）隨著關(guān)節(jié)姿勢的改變，肌肉的長度發(fā)生變化，而肌肉表現(xiàn)出來的最大力同它的長度的減少量的二次方成正比下降，肌肉收縮最大時張力值最小。 （2）肌張力隨轉(zhuǎn)軸的力矩發(fā)生變化。力學(xué)中把轉(zhuǎn)軸到力的作用線的最短距離（垂直距離）叫做力臂。人體運(yùn)動的特點(diǎn)是肌肉附麗點(diǎn)到轉(zhuǎn)軸的距離很近，因而在大多數(shù)運(yùn)動中贏得速度和路程，但卻費(fèi)力。 操作者立位作業(yè)可以經(jīng)常改變姿勢，活動范圍也大，站立時易用力，但單調(diào)作業(yè)會引起生理性和心理性疲勞，立位可適當(dāng)?shù)刈邉?，有助于維持工作能力，但立位又不易進(jìn)行精確而細(xì)致的工作，不易轉(zhuǎn)換操作，而且肌肉要做更多的功來維持體重，易引起疲勞。 坐位則可以進(jìn)行較長時間的精確而細(xì)致的工作，可以手足并用，但是坐位作業(yè)則不易改變姿勢，用力受限制，工作范圍受局限，久坐會導(dǎo)致生理性疲勞。 躺位操作易疲勞，汽車修理工修理汽車時就有時必須仰躺著工作。 在設(shè)計(jì)人機(jī)系統(tǒng)時，應(yīng)綜合考慮操作者的工作體位、姿勢的改變等。體位正確可減少靜態(tài)疲勞，有利于身體健康和保證工作質(zhì)量，提高勞動生產(chǎn)效率和保證安全。 |
