Physics of the Human Body pdf epub mobi txt 電子書 下載2026

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出版者:Springer Verlag

作者:Herman, Irving P.

出品人:

頁數:857

译者:

出版時間:

價格:1300.00元

裝幀:HRD

isbn號碼:9783540296034

叢書系列:

圖書標籤:

• 物理學
• 人體
• 生物物理學
• 醫學物理學
• 健康
• 科學
• 解剖學
• 生理學
• 運動學
• 生物力學

生物力學與人體運動分析：原理、方法與應用 導言 人體是一個復雜而精密的生物係統，其運動、結構和功能都受到物理學原理的深刻影響。本書深入探討瞭生物力學這一交叉學科，聚焦於人體運動的物理基礎、分析方法及其在生物醫學、運動科學和康復醫學中的廣泛應用。我們旨在提供一個全麵且嚴謹的框架，用以理解和量化人體係統的力學行為，從分子水平的生物材料性質到宏觀的整體運動學。 第一部分：生物力學的基本物理學原理 本部分奠定理解人體力學行為的理論基礎。我們將從牛頓力學和歐拉-拉格朗日力學齣發，介紹應用於生物係統的基本概念，如力、力矩、應力、應變、功、能量和功率。 第一章：經典力學在生物係統中的應用 靜力學與平衡： 詳細分析人體在靜態姿勢下的受力情況，重點討論關節處的反作用力、肌肉的張力與力矩的平衡。引入自由體圖（Free Body Diagrams, FBD）的繪製方法，這是進行任何生物力學分析的第一步。討論穩定性和不穩定性在姿勢控製中的作用。 動力學基礎： 闡述牛頓第二定律、轉動慣量在描述人體運動時的具體體現。分析行走、跑步、跳躍等活動中身體質心（Center of Mass, COM）的軌跡和動力學特性。 功、能與功率： 能量守恒定律在人體運動效率分析中的應用。計算不同運動模式下肌肉係統做功的速率（功率），並探討運動經濟性（Economy of Motion）的物理學含義。 第二章：生物材料的力學特性 人體組織（骨骼、軟骨、肌腱、韌帶、肌肉）並非理想的彈性體，它們的力學響應復雜多變。本章著重於描述這些材料的本構關係。 應力-應變關係： 引入綫彈性、粘彈性、粘塑性等模型，解釋生物材料的各嚮異性。討論如何通過拉伸試驗、壓縮試驗來確定材料的楊氏模量、泊鬆比等關鍵參數。 骨骼力學： 深入探討骨密度的變化如何影響其承載能力。分析骨骼的微觀結構（皮質骨與鬆質骨）對宏觀力學性能的貢獻。討論骨骼的適應性（Wolff's Law）的力學基礎。 軟組織力學： 詳細分析肌腱和韌帶的非綫性應力-應變麯綫，特彆是其“鬆弛區”和“陡峭區”。探討軟骨作為粘彈性流體在關節負荷下的流變特性，及其在潤滑和減震中的作用。 第二部分：運動學與運動動力學分析 本部分將分析人體運動的描述方法，並從力學角度解釋運動産生的機製。 第三章：運動學——運動的幾何描述 坐標係與關節定義： 建立描述人體運動的標準坐標係（如國際通用的ISB標準）。精確定義人體主要關節（髖、膝、踝、肩、肘）的運動學自由度（DOF）和鏇轉中心。 描述運動： 使用角度、角速度、角加速度來量化關節運動。對於三維運動，引入萬嚮節鎖（Gimbal Lock）問題及四元數（Quaternions）在關節角度錶示中的應用。 運動捕捉技術基礎： 簡要介紹光學運動捕捉係統的基本原理，包括標記點追蹤、三維重建和數據平滑處理方法。 第四章：運動動力學——力的作用與運動産生 逆動力學（Inverse Dynamics）： 介紹如何利用運動學數據（位置、速度、加速度）結閤牛頓-歐拉公式，從末端效應器（如腳與地麵接觸點）開始，逐級嚮上計算齣各個關節力矩的産生過程。重點講解地麵反作用力（Ground Reaction Force, GRF）的測量與應用。 正嚮動力學（Forward Dynamics）： 探討在已知肌肉力、外力或關節力矩的情況下，如何通過運動學方程預測人體的運動軌跡。這在模擬和控製領域至關重要。 肌肉驅動模型： 介紹如何將肌肉視為驅動力源，建立肌肉拉力與關節力矩之間的關係。討論主動力和被動力（如慣性力、重力）的分解。 第三部分：生物力學分析的應用領域 本部分將前兩部分的理論工具應用於實際的生物醫學和運動科學問題。 第五章：步態分析與行走機製 步態周期分解： 精確定義步態周期中的關鍵事件（如足跟著地、支撐期、擺動期）。分析雙支撐期和單支撐期的力學特徵。 生物力學效率： 探討行走和跑步中的能量消耗機製。分析COM垂直和水平振蕩的能量轉換，解釋高效運動的物理學基礎。 步態異常分析： 應用運動學和動力學指標（如關節角度、力矩麯綫）來診斷和量化步態缺陷，為矯形器設計和康復訓練提供客觀數據支持。 第六章：衝擊載荷與損傷預防 衝擊力學： 分析跑步、跳躍著地時對骨骼和關節産生的瞬時高載荷。討論衝擊載荷的峰值、持續時間和頻率成分對組織損傷風險的影響。 生物力學風險評估： 針對特定運動（如橄欖球、籃球）或職業活動，識彆高風險的運動模式。例如，膝關節前交叉韌帶（ACL）損傷中，外翻力矩和扭轉力矩的作用機製。 運動裝備的優化： 從力學角度評估鞋類、護具對緩衝衝擊、穩定關節的作用。分析材料和結構設計如何改變載荷傳遞路徑。 第七章：關節和植入物的生物力學 關節承載分析： 評估膝關節和髖關節在不同活動（站立、爬樓梯、深蹲）下承受的靜力學和動力學負荷。為外科手術植入物的長期穩定性提供力學依據。 人工關節的設計與失效： 探討人工關節（如全髖關節置換）的應力屏蔽效應（Stress Shielding）及其對周圍骨骼的影響。分析磨損和疲勞失效的力學機製。 生物力學與骨質疏鬆： 結閤骨骼的應力-應變響應，解釋機械載荷不足如何導緻骨密度下降，以及如何通過設計適當的機械刺激來預防或延緩骨質疏鬆的進展。 結論 生物力學是連接生命科學與工程科學的橋梁。本書提供的物理和數學工具，使用戶能夠將復雜的生物現象轉化為可量化、可預測的力學模型。未來，隨著計算模型（如有限元分析）的成熟，結閤先進的非侵入性測量技術，生物力學將繼續在個性化醫療、康復工程和運動性能提升領域發揮不可替代的作用。

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這本書的標題《Physics of the Human Body》本身就勾起瞭我極大的好奇心。一直以來，我對身體的運作原理都抱有濃厚的興趣，而物理學作為一門研究物質運動規律的科學，總讓我覺得它能夠提供一個更深層、更基礎的視角來理解我們自身。我設想這本書會詳細解析人體內發生的各種物理現象，從細胞層麵的分子運動，到宏觀層麵的運動學和力學，再到能量的轉化和傳遞。 我尤其期待書中能夠深入探討人體是如何維持其復雜的結構和功能的。例如，骨骼是如何支撐身體的，肌肉是如何産生力量的，血液是如何在血管中流動的，以及神經信號是如何以電脈衝的形式傳遞的。這些都涉及到力學、流體力學、電磁學等物理學分支的知識。我希望書中能夠用清晰易懂的語言，結閤生動的插圖或模型，來解釋這些復雜的過程，讓我能夠直觀地理解。 此外，我也對書中可能涉及的生物物理學概念感到興奮。例如，聲音是如何産生和傳播的，眼睛是如何成像的，以及味覺和嗅覺的感官機製。這些都離不開物理學的原理。我希望這本書能夠填補我在這些方麵的知識空白，讓我不再僅僅滿足於描述性的瞭解，而是能夠觸及到現象背後的根本原因。 對於那些可能對健康和運動科學感興趣的讀者來說，這本書無疑會提供寶貴的見解。比如，瞭解人體關節的受力分析，有助於理解運動損傷的原因和預防；理解能量代謝的物理模型，可以幫助更有效地進行體重管理和運動訓練。我期望書中能夠提供一些實用的應用案例，將抽象的物理原理與日常生活緊密聯係起來。 總之，《Physics of the Human Body》這本書的齣現，讓我看到瞭一個將嚴謹的科學原理與人體奧秘相結閤的絕佳機會。我期待著它能夠以一種引人入勝的方式，揭示隱藏在我們身體內部的物理學奇跡，讓我對生命有一個全新的認識和理解。

评分☆☆☆☆☆

《Physics of the Human Body》這本書，它真的讓我對“活著”這件事有瞭全新的認識。我一直覺得身體就是生物化學的集閤，但這本書讓我看到瞭隱藏在生物體內的強大物理力量。它把那些原本高不可攀的物理學原理，巧妙地融入到我們日常的身體運作中，讓我們能夠以一種全新的視角去理解自己。 書中對摩擦力的描述，讓我尤其印象深刻。我們關節的運動，血液在血管中的流動，甚至是我們呼吸時空氣的進齣，都離不開摩擦力的存在。作者分析瞭摩擦力在維持人體結構穩定和運動協調中的作用，以及過大的摩擦力可能帶來的問題，這讓我對日常的一些細微之處有瞭更深的體會。 我也很喜歡書中關於熱力學定律在人體內的應用。能量的産生和消耗，體溫的維持，都遵循著熱力學的基本原理。我意識到，我們身體的每一次活動，都是在進行著能量的轉換和傳遞，而且這個過程總是伴隨著能量的損耗，這讓我對“節能”有瞭更深刻的理解。 更讓我驚喜的是，書中竟然能用物理學的概念來解釋一些看似非常“生物”的現象，比如細胞膜的通透性，蛋白質的摺疊，甚至DNA的結構穩定性。作者通過引入量子力學和統計力學的一些概念，來闡述這些微觀層麵的運作機製，讓我看到瞭物理學在解釋生命現象上的強大穿透力。 總而言之，《Physics of the Human Body》這本書，它不僅僅是一本書，更是一種思維方式的轉變。它用物理學的邏輯和語言，描繪瞭人體這個最復雜的“機器”的運行圖景，讓我對生命的奇妙和精妙，有瞭更深刻的敬畏和理解。

评分☆☆☆☆☆

《Physics of the Human Body》這本書，它就像是一個打開瞭新世界大門的鑰匙，讓我看到瞭身體原本隱藏的、卻又無處不在的物理學本質。我一直以為物理學是實驗室裏高深的學問，跟我們日常生活中的身體沒什麼關聯，但這本書完全顛覆瞭我的想法。 我最感興趣的是書中關於生物電現象的講解。神經信號的傳遞，肌肉的收縮，甚至心跳的節律，這些都離不開電的參與。作者用清晰易懂的語言，解釋瞭離子通道的開閤如何産生電位差，以及這些電信號是如何在體內傳遞的。這讓我意識到，我們的身體本身就是一個精密的生物電化學係統，每一次思考，每一次行動，都伴隨著微小的電流在湧動。 書中對聲音和光學的闡述也讓我非常著迷。耳朵是如何捕捉聲波並將其轉化為我們能理解的聲音，眼睛又是如何通過屈光係統將外界的光綫聚焦在視網膜上，形成圖像。這些日常的感官體驗，在作者的解釋下，變得充滿瞭科學的魅力。我仿佛能看到光綫在我的眼睛裏穿梭，聲波在我的耳道裏迴蕩。 我還驚喜地發現，書中竟然涉及到瞭疾病的物理學解釋。例如，某些疾病的發生發展，可能與細胞的機械性能改變有關，或者與體內某些物質的擴散過程失衡有關。這種從物理學的角度去理解疾病，讓我覺得眼前一亮，它為醫學的研究提供瞭新的思路和方法。 總的來說，《Physics of the Human Body》這本書，它不僅僅是提供知識，更重要的是它啓發瞭我思考。它用物理學的語言，解讀瞭生命體的奧秘，讓我不再僅僅把身體看作是血肉之軀，而是將其視為一個由無數物理定律支撐的、精巧絕倫的工程奇跡。

评分☆☆☆☆☆

《Physics of the Human Body》這本書，它真的讓我重新認識瞭“身體”這個概念。我一直覺得人體是個很生物學的東西，但這本書徹底打破瞭我的固有思維。它用一種我從未想過的方式，將物理學那些看似遙遠的定律，帶到瞭我們身體的每一個角落，每一個細胞。 書中對流體力學在血液循環中的應用的闡述，讓我驚嘆不已。之前我隻知道血液會流淌，但從來沒有想過這背後涉及到湍流、粘度和壓力梯度的復雜計算。作者通過詳細的分析，解釋瞭心髒是如何像一颱高效的泵，剋服血管的阻力，將血液輸送到身體的每一個角落，保證瞭氧氣和營養物質的供給。這種對生命過程的量化描述，讓我覺得更加真實和震撼。 另外，書中對生物力學的深入剖析，也讓我大開眼界。無論是我們行走、奔跑時的步態分析，還是舉起重物時肌肉的協同發力，亦或是關節在運動時的受力模型，作者都用物理學的原理進行瞭詳盡的解釋。這讓我更加理解瞭為什麼有些動作容易受傷，以及如何通過調整姿勢來優化運動效率，甚至可以說是為我的日常健身提供瞭科學的指導。 我還特彆關注瞭書中關於溫度調節的部分。人體在寒冷和炎熱環境中如何通過輻射、對流、傳導等物理過程來維持恒定的體溫，以及汗液蒸發所帶走的熱量，這些看似簡單的生理現象，背後都蘊含著復雜的物理學原理。這種對生命過程的物理學解釋，讓我對人體的適應能力有瞭更深的認識。 總而言之，《Physics of the Human Body》這本書，它不僅僅是一本書，更像是一個開啓新視角的鑰匙，讓我從一個全新的維度去審視我們賴以生存的身體。它用嚴謹的科學態度，揭示瞭生命背後那些隱藏的物理規律，讓我對生命的運行方式有瞭更深層次的理解和感悟。

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讀完《Physics of the Human Body》這本書，我可以說它絕對顛覆瞭我對人體理解的傳統模式。我一直以為，要瞭解人體，隻需要生物學和醫學知識就足夠瞭，但這本書證明瞭物理學纔是理解生命運作的基石。它不僅僅是關於我們身體“是什麼”，更是關於我們身體“如何運作”的深度解析。 書中對於能量轉化的描述尤為讓我印象深刻。從食物中獲取的化學能如何通過一係列復雜的生化反應轉化為維持生命活動所需的機械能、熱能，甚至電能，作者用嚴謹的物理學公式和清晰的邏輯鏈條，將這個看似“魔法”的過程變得無比清晰。我能感受到，每一次呼吸、每一次心跳，背後都遵循著熱力學定律，每一次肌肉的收縮，都是能量在高效地傳遞和轉化。 令我驚喜的是，書中對感官世界的物理學解釋。視覺、聽覺、觸覺，這些我們習以為常的體驗，在作者的筆下，都變成瞭精妙的物理實驗。光綫如何在眼睛的晶狀體中摺射，聲波如何在內耳中轉化為神經信號，壓力如何被皮膚的機械感受器感知，這些都讓我茅塞頓開，原來我們感知世界的方式，本身就是一場物理學的盛宴。 這本書的偉大之處還在於，它成功地將宏觀世界與微觀世界的物理原理巧妙地連接起來。從細胞膜上的離子通道的電化學平衡，到整個骨骼係統的應力分布，作者都能夠找到恰當的物理模型來解釋。這種跨尺度的理解，讓我對人體的復雜性有瞭更深刻的敬畏。 總而言之，《Physics of the Human Body》這本書不是一本枯燥的教科書，而是一本能夠激發你對自身産生無限好奇心的入門指南。它用物理學的語言，重新講述瞭生命的篇章，讓我不僅看到瞭身體的脆弱，更看到瞭它蘊含的強大而精妙的物理智慧。

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