什么是生物力学基础 生物力学是什么样的学科
www.zhiqu.org 时间： 2024-06-01
生物力学 （biomechanics ）生物力学是应用力学原理和方法对生物体中的力学问题定量研究的生物物理学分支。其研究范围从生物整体到系统、器官(包括血液、体液、脏器、骨骼等)，从鸟飞、鱼游、鞭毛和纤毛运动到植物体液的输运等。 生物力学的基础是能量守恒、动量定律、质量守恒三定律并加上描写物性的本构方程。生物力学研究的重点是与生理学、医学有关的力学问题。依研究对象的不同可分为生物流体力学、生物固体力学和运动生物力学等。
在科学的发展过程中，生物学和力学相互促进和发展着。哈维在1615年根据流体力学中的连续性原理，按逻辑推断了血液循环的存在，并由马尔皮基于1661年发现蛙肺微血管而得到证实；材料力学中著名的扬氏模量是扬为建立声带发音的弹性力学理论而提出的；流体力学中描述直圆管层流运动的泊松定理，其实验基础是狗主动脉血压的测量；黑尔斯测量了马的动脉血压，为寻求血压和失血的关系，在血液流动中引进了外周阻力的概念，同时指出该阻力主要来自组织中的微血管；弗兰克提出了心脏的流体力学理论；施塔林提出了物质透过膜的传输定律；克罗格由于对微循环力学的贡献，希尔由于肌肉力学的贡献而先后(1920，1922)获诺贝尔生理学或医学奖。到了20世纪60年代，生物力学成为一门完整、独立的学科。
编辑本段生物力学的分类
生物固体力学
生物固体力学是利用材料力学、弹塑性理论、断裂力学的基本理论和方法，研究生物组织和器官中与之相关的力学问题。在近似分析中，人与动物骨头的压缩、拉伸、断裂的强度理论及其状态参数都可应用材料力学的标准公式。但是，无论在形态还是力学性质上，骨头都是各向异性的。 20世纪70年代以来，对骨骼的力学性质已有许多理论与实践研究，如组合杆假设，二相假设等，有限元法、断裂力学以及应力套方法和先测弹力法等检测技术都已应用于骨力学研究。骨是一种复合材料，它的强度不仅与骨的构造也与材料本身相关。骨是骨胶原纤维和无机晶体的组合物，骨板由纵向纤维和环向纤维构成，骨质中的无机晶体使骨强度大大提高。体现了骨以最少的结构材料来承受最大外力的功能适应性。 木材和昆虫表皮都是纤维嵌入其他材料中构成的复合材料，它与由很细的玻璃纤维嵌在合成树脂中构成的玻璃钢的力学性质类似。动物与植物是由多糖、蛋白质类脂等构成的高聚物，应用橡胶和塑料的高聚物理论可得出蛋白质和多糖的力学性质。粘弹性及弹性变形、弹性模量等知识不仅可用于由氨基酸组成的蛋白质，也可用来分析有关细胞的力学性质。如细胞分裂时微丝的作用力，肌丝的工作方式和工作原理及细胞膜的力学性质等。 生物固体力学中关于骨的研究，可以追溯到19世纪，大量的研究者对骨组织进行了研究，直到19世纪末，Wollf提出了著名的Wollf's Law. 他认为骨组织是一种自优化的组织，其结构会随着外载的变化而逐渐变化，从而达到最优的状态。以后，研究者进行了大量研究，基于此定律提出了不少的理论及数学模型。其中较为著名教授有S.C Cowin ,D. R Carter , Husikes。在国内，吉林大学的朱兴华教授也做了大量工作。
生物流体力学
生物流体力学是研究生物心血管系统、消化呼吸系统、泌尿系统、内分泌以及游泳、飞行等与水动力学、空气动力学、边界层理论和流变学有关的力学问题。 人和动物体内血液的流动、植物体液的输运等与流体力学中的层流、湍流、渗流和两相流等流动型式相近。在分析血液力学性质时，血液在大血管流动的情况下，可将血液看作均质流体。由于微血管直径与红细胞直径相当在微循环分析时，则可将血液看作两相流体。当然，血管越细，血液的非牛顿特性越显著。 人体内血液的流动大都属于层流，在血液流动很快或血管很粗的部位容易产生湍流。在主动脉中，以峰值速度运动的血液勉强处于层流状态，但在许多情况下会转变成湍流。尿道中的尿流往往是湍流。而通过毛细血管壁的物质交换则是一种渗流。对于血液流动这样的内流，因心脏的搏动血液流动具有波动性，又因血管富有弹性故流动边界呈不固定型。因此，体内血液的流动状态是比较复杂的。 对于外流，流体力学的知识也用于动物游泳的研究。如鱼的体型呈流线型，且易挠曲，可通过兴波自我推进。水洞实验表明，在鱼游动时的流体边界层内，速度梯度很大，因而克服流体的粘性阻力的功率也大。小生物和单细胞的游动，也是外流问题。鞭毛的波动和纤毛的拍打推动细胞表面的流体，使细胞向前运动。精子用鞭毛游动，水的惯性可以忽略，其水动力正比于精子的相对游动速度。原生动物在液体中运动，其所受阻力可以根据计算流场中小颗粒的阻力公式(斯托克斯定律)得出。 此外，空气动力学的原理与方法常用来研究动物的飞行。飞机和飞行动物飞行功率由两部分组成：零升力功率和诱导功率。前者用来克服边界层内的空气粘性阻力；后者用来向下加速空气，以提供大小等于飞机或飞行动物重量的升力。鸟在空中可以通过前后拍翅来调节滑翔角度，这与滑翔机襟翼调节的作用一样。风洞已用于研究飞行动物的飞行特性，如秃鹫、蝙蝠的滑行性能与模型滑翔机非常相似。
运动生物力学
运动生物力学是用静力学、运动学和动力学的基本原理结合解剖学、生理学研究人体运动的学科。用理论力学的原理和方法研究生物是个开展得比较早、比较深入的领域。 在人体运动中，应用层动学和动力学的基本原理、方程去分析计算运动员跑、跳、投掷等多种运动项目的极限能力，其结果与奥林匹克运动会的记录非常相近。在创伤生物力学方面，以动力学的观点应用有限元法，计算头部和颈部受冲击时的频率响应并建立创伤模型，从而改进头部和颈部的防护并可加快创伤的治疗。 人体各器官、系统，特别是心脏—循环系统和肺脏—呼吸系统的动力学问题、生物系统和环境之间的热力学平衡问题、特异功能问题等也是当前研究的热点。生物力学的研究，不仅涉及医学、体育运动方面，而且已深入交通安全、宇航、军事科学的有关方面。生物力学的研究要同时从力学和组织学、生理学、医学等两大方面进行研究，即将宏观力学性质和微观组织结构联系起来，因而要求多学科的联合研究或研究人员具有多学科的知识。
不知到
什么是身边的生物力学大家？~
#郭劳邓# 时下最热的大学专业是什么?
(19761388453)： 选专业,关键在于选特色,作为知名重点高校的特色专业,往往具有师资力量雄厚、科研水平领先的优势,而且很多是国家级或者省级的重点学科,这些专业的毕业生在就业市场上具有非常强的竞争力,因此,成为高考报考中的热门专业,本文...
#郭劳邓# 艺术类 志愿不平行 是《提前批A段 和《提前批艺术B段》 都填上 还是报三本的《提前批艺术A段 就不用填 -
(19761388453)： 为了以防万一,还是都填吧.平行志愿录取时,各个志愿对于录取学校有同等的效率,都相当于第一志愿.如果不够第一志愿学校的提档线,就看第二志愿学校的提档线,直到找到一个志愿的提档线不高于你的分数,就把档案放到这个学校....
#郭劳邓# 生物物理学以下的分支有哪些 -
(19761388453)： 生物物理学的研究内容和现状 3.1生物物理学的研究内容 生物物理学研究的内容十分广泛,涉及的问题则几乎包括生物学的所有基本问题.由于生物物理学是一门正在成长着的边缘学科,其具体内容和发展方向也在不断变化和完善,它和一些关...
#郭劳邓# Dr.comfort的运动生物力学是什么样的学科?
(19761388453)： 运动生物力学是生物力学的分支学科.生物力学主要研究人体(动物)行为的力学问题.现实生活中常用来研究让人如何省力、如何舒适、如何安全.如我们常说的人体工(程)学键盘,就是指该键盘的设计是以人的自然状态为依据,使你在使用时感到坐姿、手臂、手腕都舒适自然以消除疲劳.鼠标垫有一个腕部衬垫,也是基于这个原理.此外一些办公家俱在高度、靠背的曲线等也是如此.典型的高端应用像战机驾驶员的弹射逃生(跳伞)装置等. 运动生物力学是研究人体运动状态的力学原理,包括动力学和运动学两方面,并逐渐延伸到神经网络、仿生、生物传感(器)等领域. 大体如此吧.
#郭劳邓# asics igs是什么意思? -
(19761388453)： IGS,为了达到一定的目的而进行的动作时,最适合的设计思想被称之为IGS.以生物力学为本,材料力学,冲击力学等广泛知识等为基础.结合生物力学最适合于协作设计的构造. 以上是官方解释.结合个人经验给你解释一下: asics最核心的技术实际上是GEL,一种缓冲性能极佳的橡胶.当然人跑动时除了缓震还要有稳定支撑.这样IGS是一种符合生物力学(类似人体工学,其实就是模拟人跑步的姿态、着力等等)的鞋底设计结构.asics中高端跑鞋才有IGS的.
#郭劳邓# 现代科技的四大基础理论是什么? -
(19761388453)： 现代科技的四大基础理论包括:量子力学、基因理论、相对论、系统理论 一.量子力学 量子力学(quantum mechanics)是物理学的分支,主要描写微观的事物,与相对论一起被认为是现代物理学的两大基本支柱,许多物理学理论和科学,如原...
#郭劳邓# 如何从生物力学的角度看待颈椎病?
(19761388453)： 生物力学为颈椎病的发生与发展提供了更新的研究基础.颈 椎病的发病因素中,生物力学因素是一个不容忽视的重要机制. 目前,从生物力学角度对颈椎病的发生有如下...
#郭劳邓# 马克思主义哲学产生的自然科学基础是( ) - 作业帮
(19761388453)：[选项] A. 系统论、控制论、信息论 B. 细胞学说、能量守恒与转化定律、生物进化论 C. 古典力学、量子力学、相对论 D. 电子学、高分子化学、分子生物学
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生物固体力学
生物固体力学是利用材料力学、弹塑性理论、断裂力学的基本理论和方法，研究生物组织和器官中与之相关的力学问题。在近似分析中，人与动物骨头的压缩、拉伸、断裂的强度理论及其状态参数都可应用材料力学的标准公式。但是，无论在形态还是力学性质上，骨头都是各向异性的。 20世纪70年代以来，对骨骼的力学性质已有许多理论与实践研究，如组合杆假设，二相假设等，有限元法、断裂力学以及应力套方法和先测弹力法等检测技术都已应用于骨力学研究。骨是一种复合材料，它的强度不仅与骨的构造也与材料本身相关。骨是骨胶原纤维和无机晶体的组合物，骨板由纵向纤维和环向纤维构成，骨质中的无机晶体使骨强度大大提高。体现了骨以最少的结构材料来承受最大外力的功能适应性。 木材和昆虫表皮都是纤维嵌入其他材料中构成的复合材料，它与由很细的玻璃纤维嵌在合成树脂中构成的玻璃钢的力学性质类似。动物与植物是由多糖、蛋白质类脂等构成的高聚物，应用橡胶和塑料的高聚物理论可得出蛋白质和多糖的力学性质。粘弹性及弹性变形、弹性模量等知识不仅可用于由氨基酸组成的蛋白质，也可用来分析有关细胞的力学性质。如细胞分裂时微丝的作用力，肌丝的工作方式和工作原理及细胞膜的力学性质等。 生物固体力学中关于骨的研究，可以追溯到19世纪，大量的研究者对骨组织进行了研究，直到19世纪末，Wollf提出了著名的Wollf's Law. 他认为骨组织是一种自优化的组织，其结构会随着外载的变化而逐渐变化，从而达到最优的状态。以后，研究者进行了大量研究，基于此定律提出了不少的理论及数学模型。其中较为著名教授有S.C Cowin ,D. R Carter , Husikes。在国内，吉林大学的朱兴华教授也做了大量工作。
生物流体力学
生物流体力学是研究生物心血管系统、消化呼吸系统、泌尿系统、内分泌以及游泳、飞行等与水动力学、空气动力学、边界层理论和流变学有关的力学问题。 人和动物体内血液的流动、植物体液的输运等与流体力学中的层流、湍流、渗流和两相流等流动型式相近。在分析血液力学性质时，血液在大血管流动的情况下，可将血液看作均质流体。由于微血管直径与红细胞直径相当在微循环分析时，则可将血液看作两相流体。当然，血管越细，血液的非牛顿特性越显著。 人体内血液的流动大都属于层流，在血液流动很快或血管很粗的部位容易产生湍流。在主动脉中，以峰值速度运动的血液勉强处于层流状态，但在许多情况下会转变成湍流。尿道中的尿流往往是湍流。而通过毛细血管壁的物质交换则是一种渗流。对于血液流动这样的内流，因心脏的搏动血液流动具有波动性，又因血管富有弹性故流动边界呈不固定型。因此，体内血液的流动状态是比较复杂的。 对于外流，流体力学的知识也用于动物游泳的研究。如鱼的体型呈流线型，且易挠曲，可通过兴波自我推进。水洞实验表明，在鱼游动时的流体边界层内，速度梯度很大，因而克服流体的粘性阻力的功率也大。小生物和单细胞的游动，也是外流问题。鞭毛的波动和纤毛的拍打推动细胞表面的流体，使细胞向前运动。精子用鞭毛游动，水的惯性可以忽略，其水动力正比于精子的相对游动速度。原生动物在液体中运动，其所受阻力可以根据计算流场中小颗粒的阻力公式(斯托克斯定律)得出。 此外，空气动力学的原理与方法常用来研究动物的飞行。飞机和飞行动物飞行功率由两部分组成：零升力功率和诱导功率。前者用来克服边界层内的空气粘性阻力；后者用来向下加速空气，以提供大小等于飞机或飞行动物重量的升力。鸟在空中可以通过前后拍翅来调节滑翔角度，这与滑翔机襟翼调节的作用一样。风洞已用于研究飞行动物的飞行特性，如秃鹫、蝙蝠的滑行性能与模型滑翔机非常相似。
运动生物力学
运动生物力学是用静力学、运动学和动力学的基本原理结合解剖学、生理学研究人体运动的学科。用理论力学的原理和方法研究生物是个开展得比较早、比较深入的领域。 在人体运动中，应用层动学和动力学的基本原理、方程去分析计算运动员跑、跳、投掷等多种运动项目的极限能力，其结果与奥林匹克运动会的记录非常相近。在创伤生物力学方面，以动力学的观点应用有限元法，计算头部和颈部受冲击时的频率响应并建立创伤模型，从而改进头部和颈部的防护并可加快创伤的治疗。 人体各器官、系统，特别是心脏—循环系统和肺脏—呼吸系统的动力学问题、生物系统和环境之间的热力学平衡问题、特异功能问题等也是当前研究的热点。生物力学的研究，不仅涉及医学、体育运动方面，而且已深入交通安全、宇航、军事科学的有关方面。生物力学的研究要同时从力学和组织学、生理学、医学等两大方面进行研究，即将宏观力学性质和微观组织结构联系起来，因而要求多学科的联合研究或研究人员具有多学科的知识。
不知到
什么是身边的生物力学大家？~
在我的身边有许许多多的生物，它们不但是人类赖以生存的重要物质基础，也是我们的朋友。正是因为了有了它们，我们的生活才变得如此多姿多彩。生机盎然的绿色植物可以美化环境，使人心旷神怡；可爱的小动物使得世界更加绚烂，为人们的生活提供了许许多多的点缀。
其实，这些生物带给人类的远远不止这些。几乎所有的生物都是智慧大师，它们各具神通，使得各自都成为了世界上独一无二的生命。单就力学而言，生物界的力学大师就不少，开在篱笆上的牵牛花、憨态可掬的小猫、善于织网的蜘蛛等都是著名的力学大师。在它们的启发下，人类不但探索，并掌握了更多的科学知识。
走近我们身边的这些生物力学大师，了解它们运用力学的独特手段，对激发我们学习力学的兴趣，提高创新能力都有很大的帮助。
来自中国机器人行业门户——机器人网的最新排名： 2014年全缉伐光和叱古癸汰含咯国排名前十的机器人力学专业的大学： 1、北京大学 北京大学是全国顶尖学校之一，他的专业在全国来说，是排名前三。北京大学工学院力学与工程科学系的前身是北京大学数学力学系力学专业。
#郭劳邓# 时下最热的大学专业是什么?
(19761388453)： 选专业,关键在于选特色,作为知名重点高校的特色专业,往往具有师资力量雄厚、科研水平领先的优势,而且很多是国家级或者省级的重点学科,这些专业的毕业生在就业市场上具有非常强的竞争力,因此,成为高考报考中的热门专业,本文...
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