فیزیک پزشکی: بیومکانیک

صفحه 1:


صفحه 2:
قوانین مکانیک در موارد زیر صادق می باشند: - لغزش يك جعبه چوبی بر روی سطح شیب دار - كار كرد موتور اتوموبیل *آیا قوانین مکانیک در ارتباط با حركت شخصى كه در خيابان در حال راه رفتن است نیز صادقند؟ بلى 

صفحه 3:
تعریف بیومکانیک و شاخه های مختلف این رشته اا لس سل )سس سس سس سسسسسسس ‎Bes ۰‏ یک زمینه میان رشته ای (610 012561015012111183537 بسيار وسيع * تعریف: مطالعه قابلیت تحرک انسان و بررسی علل مکانیکی آن. ‏تخصص هاى كوناكون در زمینه بیومکانیک: ‏ارتيدى. 0161202601105: با طراحی پروتز سر و کار دارد ‎ ‏ايت ره و ترابرى: بيومكائيك هوافضا: ى ‎Ge cl‏ سح شتاب های فیزیکی بزرگ ‎(accelérations/décelerations)‏ است: - ارگونومیک. :1700110100105 دانش کاربردی طراحی تجهیزات برای محیط کار به ‎ ‎ ‏مين آسایش و ایمنی ‎ ‏ر آفزایش بهره وری از ریق کاهش خستگی و ناراحتی. هد در خط كار ‏كاربرد بيومكانيك در دانش تربيت بدنى در ارتباط با درك مكانيك حركت در فعاليت هاى بدنی اسان است و اهداف مشخص زیر را دنبال می کنده ‏افزایش کارآیی در ورزش 2) افزایش ایمنی در ورزش و سایر فعالیت های بدنی انسان. دستيابى به اين اهداف مستلزم استناده از تكنيكى هاى مناسب در انعام سر کات و رای مناسب تج ‎ ‎1 ‎ ‎ ‎ 

صفحه 4:
كينماتيك (1>3111261112115) وانواع حرکت مکانیک شامل دو شاخه کینماتیک و سینتیک (6106108 است. # کینماتیک: د رکینماتیک حرکت بدون توجه به علل آن مورد مطالعه قرار می کر #انواع حرکت: انتقال (78۳512110) و دوران (۲01:811010). حرکت کلی ‎General motion)‏ ترکیبی از اين دو نوع حرکت است. ۶ در انتقال هر نقطه از جسم به موازات با هر نقطه دیگر از جسم حرکت کرده و تمام نقاط مسافتی یکسان را می پیمایند . #انتقال بر دو نوع است: حرکت انتقالی می تواند بر روی خط راست (۲6011110661. و یا بر روی خط منحنی ‎Syg0 (Curvilinear)‏ گیرد. #در دوران جهت حرکت تغییر می کند. 

صفحه 5:
مثال هایی از ببپمکانیک ورزشی 

صفحه 6:
کینماتیک خطی کمیت های برداری اساسی: جابجایی( ۰0 سرعت (10/5). و شتاب خطی ‎am/s?)‏ ‎Linear displacement, velocity, and‏ ‎acceleration‏ #جابجایی, : موقعیت یک شیء در یک لحظه مشخص از زمان #سرعت. ۷ نرخ تغييرجابجاهى ب زمان» ‎dt‏ هاب 4: نرخ تغییر سرعبله يا پزمان» ‎dt‏ 

صفحه 7:
A 100-meter swimming race ina 50-meter pool: co 

صفحه 8:
0,40) (63,0) 0 ۵ 

صفحه 9:
(10-0)(4.7-0)= 2.13, (20-10)(10.3-4 7) = 1.79 (30-20)(16 2/103) = 1.69 (40-30)(21 6-16.2)= 1.85 (50-40)(29.0-21.6)~ 138 

صفحه 10:
نمودار سرعت لحظه ای 

صفحه 11:
مسابقه دو سرعت: دونده تازه کار ‎ae‏ جابجایی, سرعت. و شتاب #سرعت لحظه ای: شیب نمودار جابجایی. ‎vat‏ ‏شتاب شیب نموار سرعت علامت انسنا ‎ols See b‏ (تقعر) در نمودار جایجایی» © تمودار حركت لوكو ذقل دونده (جابجایی بصورت درصدی از مسافت مسابقه نمایش داده شده است): سرعت: منحنى خط جين شتاب: منحنی آبی ‎ ‏# دونده با تجربه: سرعت تا ‎ ‎ 

صفحه 12:
® کمیت های برداری اساسی: جابجایی (۲8). سرعت (80/5). و شتاب زاویه ای (20/52) ‎Angular displacement, velocity, and acceleration‏ جهت بردار سرعت زاویه ای: قانون دست راست؛ دوران را نمیتوان بوسیله یک بردار بر اساس قانون دست راست تعریف نمود! رابطه بين سرعت خطى و سرعت زاويه اى: 17-10 * مثال: دوران (روى دايره بزرك) در حركت بر روى ميله بلند 2237 011012 در زيمناستيك؛ کل دی و نك تك اعضاى بدن دوران بیدا مي كلد زيرا جيك حرکت حاصل ميكند. در واقع تك تك نقاط در بدن ( براى مثال نقطه أى روى يكى يا) هم حركت دورانى و هم حركت انتقالى (بر روى خط منحنىء ‎Gtirvilinéar | motion‏ انجام مى دهند. ‎ ‎ 

صفحه 13:
جهت بردار سرعت زاویه ای: قانون دست راست جهت بردار سرعت زاویه ای جهت بردار سرعت زاويه ای 2 . انكشتان جهت دوران را دنبال ميكنند و انكشت شست جهت بردار سرعت زاويه ای را نشان میدهد 

صفحه 14:


صفحه 15:
مطالعه انتقال و علل آن رسی: تمایل اجسام به ادامه سکون در صورت ساکن بودن و ادامه به حرکت در ضورتی که در حال حرکت باشند. جرم مقیاس اینرسی است (اینرسی بوسیله جرم اندازه گیری میشود). # فیرو: نمایانگر عمل یک جسم بر روی جسمی دیگر. * قوانین نیوتن: * قانون ‎Jal‏ بیان دقیق مشاهده گالیله, قانون اینرسی. © قانون دوم: 0 1 ‎a‏ 3 ‎eras ®‏ برابرى و تضاد عمل و عكس العمل. کیگری از قانون دوم : شربه حلی برا رات با نت 155157711115 ‎pee‏ ‎dt‏ به بیان ریاضی ساده: Eu = A(m-:v) ‏ليد سرعت زياد مستلزم نیروی زياد و/ يا عملكرد نيرو براى مدت طولائى است. مدت طولائی به‎ ‏ظور ضمتی بيانكرحركت با برد یا است:‎ 

صفحه 16:


صفحه 17:
نمودار ایستا © مفهوم سیستم: یک شی» یا گروهی از اشیاء را میتوان بطور دلخواه بعنوان "سیستم" مورد مطالعه انتخاب كرد. © نمودار ايستايى نيروهاى مربوط را در ارتباط با سيستم مورد نظر مشخص مى كند. * مثال: ميله بولينك بعنوان يك سيستم عقب دعو مثال: يك جفت ميله بولينك بعنوان يك سيستم: نيروهاى برونى و درونى 

صفحه 18:
! ‏اميه‎ | + Sus مطالعه دوران و علل آن 

صفحه 19:


صفحه 20:


صفحه 21:
۱ sesultant = 200 N-m 

صفحه 22:
Static Equilibrium 0 

صفحه 23:


صفحه 24:
(Moment of Inertia) 20 4! joo ‏در سینتیک زاویه ای (یعنی در مطالعه وان مان اینرسی معادل اینرسی در‎ # ‏سینتیک خطی است.‎ ‏بيان ساده از اثر ممان اينرسى: اجسام را به سختى میتوان به چرخش وا داشت. و‎ * ‏هنكامى كه جسم در حال دوران است به سختى ميتوان آن را به حالت سكون باز‎ ‏گرداند.‎ #تعریف ممان ایترسی: ۰ («.ع0 ‎T= Yer?‏ ممان اینرسی کوچک نسبت به مفصل شانه ممان اینرسی بزرگ نسبت به مفصل شانه 

صفحه 25:
معادلات بیان کننده کمیت های زاویه ای #اندازه حرکت زاویه ای (معادل اندازه حرکت خطی در انتقال): برداری با جهتی یکسان با جهت سرعت زاویه ای H=I-@ (&g-m’/s) a ‏اشتاب زاويه اى (معادل شتاب خصى در انتعال)‎ rca ‏ضربه زاویه ای (معادل ضربه | در نت ب»‎ تعریف: 1 7 ضربه زاویه ای 

صفحه 26:
قوانین زاویه ای نیوتون و تت #قانون زاویه ای اول: یک جسم با اندازه حرکت زاویه ای ثابت دوران میکند مگرآنکه یک گشتاور بیرونی به آن اعمال شود. این قانون را میتوان نتیجه اصل بقای اندازه حرکت زاویه ای محسوب کرد. مثال: اصل بقای اندازه حرکت زاویه ای در اسکیت روى يخ وا میت H=50 81-0 1=20 1210 6025 ‏وحن‎ 

صفحه 27:
قانون زاویه ای دوم #قانون زاوية ای دوم: اگر گشتاوریبه یک جسم اعمال شود. جسم ‏ شتابی زاویه ای را تجربه خواهد کرد. شتاب زاویه ای حاصل با اندازه ستاو متا را ی لتر ارك #بیان دیگر قانون زاویه ای دوم بر مبنای مفهوم ضربه زاویه ای استوار است و معادل بیان قانون دوم نیوتن برحسب ضربه خطی در انتقال است. ۰ #مثال: شیرجه از آنجا ‎Se PLA (P09)‏ زاویه ای ثابت است. مقدار مطلوب اندازه حرکت می بایست قبل از جدا شدن از تخته وبا اعمال ضربه زاویه ای مناسب اخذ شود 

صفحه 28:


صفحه 29:
وان . قانون زاویه ای سوم: گشتاورهای عمل و عکس العمل سیستم دوم: بازوها عکس العمل بازوها اعمال گشتاوری در جهت عقربه های ساعت بر بقیه بدن است بقیه بدن گشتاوری در جهت خلاف عقربه های ساعت بر بازوها اعمال میکند 

فیزیک پزشکی بیومکانیک مقدمه و شاخه های گوناگون کاربرد قوانین مکانیک ‏قوانین مکانیک در موارد زیر صادق می باشند: لغزش یک جعبه چوبی بر روی سطح شیب دار کار کرد موتور اتوموبیلآیا قوانین مکانیک در ارتباط با حرکت شخصی که در خیابان در حال راه رفتن است نیز صادقند؟ بلی تعریف بیومکانیک و شاخه های مختلف این رشته ‏ ‏ ‏ - )1 بیومکانیک یک زمینه میان رشته ای ( )interdisciplinary fieldبسیار وسیع است. تعریف :مطالعه قابلیت تحرک انسان و بررسی علل مکانیکی آن. تخصص های گوناگون در زمینه بیومکانیک: ارتپدی :Orthopedics ،با طراحی پروتز سر و کار دارد امنیت راه و ترابری ،بیومکانیک هوا-فضا :در این شاخه هدف تامین ایمنی به منظور تحمل شتاب های فیزیکی بزرگ ( )accelerations/decelerationsاست. ارگونومیک Ergonomics: ،دانش کاربردی طراحی تجهیزات برای محیط کار به منظور افزایش بهره وری از طریق کاهش خستگی و ناراحتی .هدف :تامین آسایش و ایمنی در محیط کار کاربرد بیومکانیک در دانش تربیت بدنی در ارتباط با درک مکانیک حرکت در فعالیت های بدنی انسان است و اهداف مشخص زیر را دنبال می کند: افزایش کارآیی در ورزش )2افزایش ایمنی در ورزش و سایر فعالیت های بدنی انسان. دستیابی به این اهداف مستلزم استفاده از تکنیک های مناسب در انجام حرکات و طراحی مناسب تجهیزات است کینماتیک ( )Kinematicsوانواع حرکت ‏مکانیک شامل دو شاخه کینماتیک و سینتیک ( )kineticsاست. ‏کینماتیک :درکینماتیک حرکت بدون توجه به علل آن مورد مطالعه قرار می گیرد. ‏انواع حرکت :انتقال ( )translationو دوران ( .)rotationحرکت کلی ( )general motionترکیبی از این دو نوع حرکت است. در انتقال هر نقطه از جسم به موازات با هر نقطه دیگر از جسم حرکت کرده و تمام نقاط مسافتی یکسان را می پیمایند . ‏انتقال بر دو نوع است :حرکت انتقالی می تواند بر روی خط راست (،)rectilinear و یا بر روی خط منحنی ( )curvilinearصورت گیرد. ‏در دوران جهت حرکت تغییر می کند. مثال هایی از بیومکانیک ورزشی ‏حرکت انتقالی برروی خط منحنی :پرش با اسکی ‏دوران: ‏ حرکت کلی: کینماتیک خطی مطالعه انتقال بدون در نظر گرفتن علت آن ‏کمیت های برداری اساسی: جابجایی( ،)mسرعت( ،)m/sو شتاب خطی ()m/s2 ‏Linear displacement, velocity, and acceleration ‏جابجایی :r ،موقعیت یک شیء در یک لحظه مشخص از زمان ‏سرعت :v ،نرخ تغییرجابجایی با زمان، ‏شتاب :a ،نرخ تغییر سرعت با ‏dr زمانv  ، ‏dt ‏dv ‏dt ‏a مثالی از انتقال :مسابقه شنا ‏مثال :حرکت انتقالی برروی خط راست در مسابقه شنای 100متر در استخر 50متری ، نمودار جابجایی ‏محاسبه سرعت میانگین در رفت و برگشت :مقدار منفی نمایانگر جهت بردار است نمودار سرعت ‏منحنی خط چین :نمایانگر سرعت متوسط در هر طول استخر نمودار سرعت لحظه ای ‏شیب نمودار سرعت لحظه ای نمایانگر شتاب است مسابقه دو سرعت :دونده تازه کار رابطه جابجایی ،سرعت ،و شتاب ‏dx سرعت لحظه ای :شیب نمودار جابجایی، ‏v ‏dt شتاب :شیب نمودار سرعت ،عالمت انحنا یا جهت واگرایی (تقعر) در نمودار جابجایی، نمودار حرکت dv مرکز aثقل دونده (جابجایی بصورت درصدی از مسافت مسابقه نمایش داده ‏ ‏dt سرعت :منحنی خط چین ،شتاب :منحنی آبی شده است): دونده با تجربه :سرعت تا نزدیکی انتهای مسابقه در مقدار بیشینه ثابت می ماند کینماتیک زاویه ای مطالعه دوران بدون در نظر گرفتن علت آن کمیت های برداری اساسی: جابجایی( ،)radسرعت( ،)rad/sو شتاب زاویه ای ()rad/s2 ‏Angular displacement, velocity, and acceleration جهت بردار سرعت زاویه ای :قانون دست راست؛ دوران را نمیتوان بوسیله یک بردار بر اساس قانون دست راست تعریف نمود! رابطه بین سرعت خطی و سرعت زاویه ای: ‏v r مثال :دوران (روی دایره بزرگ) در حرکت بر روی میله بلند ( )high barدر ژیمناستیک؛ کل بدن و تک تک اعضای بدن دوران پیدا می کنند ،زیرا جهت حرکت آنها تغییر حاصل میکند .در واقع تک تک نقاط در بدن ( برای مثال نقطه ای روی یکی از انگشتان پا) هم حرکت دورانی و هم حرکت انتقالی (بر روی خط منحنی، )curvilinear motionانجام می دهند. جهت بردار سرعت زاویه ای :قانون دست راست جهت بردار سرعت زاویه ای جهت بردار سرعت زاویه ای انگشتان جهت دوران را دنبال میکنند و انگشت شست جهت بردار سرعت زاویه ای را نشان میدهد حرکت بر روی میله بلند ( )high barدر ژیمناستیک سینتیک خطی مطالعه انتقال و علل آن اینرسی :تمایل اجسام به ادامه سکون در صورت ساکن بودن و ادامه به حرکت در صورتی که در حال حرکت باشند .جرم مقیاس اینرسی است (اینرسی بوسیله جرم اندازه گیری میشود). نیرو :نمایانگر عمل یک جسم بر روی جسمی دیگر. قوانین نیوتن: قانون اول ،بیان دقیق مشاهده گالیله ،قانون اینرسی. قانون دوم: قانون سوم :برابری و تضاد عمل و عکس العمل. بیان دیگری از قانون دوم :ضربه خطی برابر است با تغییر در اندازه حرکت ‏ به بیان ریاضی ساده: ‏ ‏dp ‏F ‏dt نکته :تولید سرعت زیاد مستلزم نیروی زیاد و /یا عملکرد نیرو برای مدت طوالنی است .مدت طوالنی به طور ضمنی بیانگرحرکت با برد زیاد است. مرکز ثقل )Center of Gravity (Mass تعریف :مرکز ثقل نمایانگر موقعیت متوسط جرم کل جسم است .نیروی وزن به مرکز ثقل اعمال میشود. چند نکته: مرکز ثقل بطور ثابت در یک نقطه مشخص از جسم واقع نمیشود. مرکز ثقل می تواند در خارج از جرم مادی واقع شود. مثال :پرش ارتفاع نمودار ایستایی مفهوم سیستم :یک شیء یا گروهی از اشیاء را میتوان بطور دلخواه بعنوان ”سیستم“ مورد مطالعه انتخاب کرد. نمودار ایستایی نیروهای مربوط را در ارتباط با سیستم مورد نظر مشخص می کند. مثال :میله بولینگ بعنوان یک سیستم مثال :یک جفت میله بولینگ بعنوان یک سیستم :نیروهای برونی و درونی سینتیک زاویه ای مطالعه دوران و علل آن ‏مقایسه علل انتقال ،حرکت کلی ،و دوران بر اساس موقعیت عملکرد نیرو نسبت به مرکز ثقل: دوران جفت نیرو حرکت کلی نیروی خارج از مرکز انتقال نیروی مرکزی گشتاور سنجشی از تمایل به دوران ‏گشتاور ، ‏   ‏ r F ‏که در آن rو ‌Fبه ترتیب نمایانگر بازوی گشتاور و نیرو می باشند محاسبه گشتاور ‏در صورت وجود یک محور دوران ثابت ‌،گشتاور نسبت به آن محاسبه میشود. ‏در صورتی که یک محور ثابت و مشخص برای دوران وجود نداشته باشد‌، گشتاور نسبت به مرکز ثقل محاسبه میشود. برآیند گشتاورها تعادل ایستایی ‏Static Equilibrium ‏شرایط تعادل ایستایی: و ‏نسبت به هر نقطه ‏ F 0 ‏  0 تعادل ایستایی مثال :ژیمناستیک ،میله های موازی ‏ F 0 ‏ F 0 ‏ 0 ‏ 0 ممان اینرسی ()Moment of Inertia در سینتیک زاویه ای (یعنی در مطالعه دوران) ممان اینرسی معادل اینرسی در سینتیک خطی است. بیان ساده از اثر ممان اینرسی :اجسام را به سختی میتوان به چرخش وا داشت ،و هنگامی که جسم در حال دوران است به سختی میتوان آن را به حالت سکون باز گرداند. تعریف ممان اینرسی: ممان اینرسی کوچک نسبت به مفصل شانه ممان اینرسی بزرگ نسبت به مفصل شانه معادالت بیان کننده کمیت های زاویه ای ‏اندازه حرکت زاویه ای (معادل اندازه حرکت خطی در انتقال) :برداری با جهتی یکسان با جهت سرعت زاویه ای تعریف: ‏شتاب زاویه ای (معادل شتاب خطی در انتقال) تعریف: خطی در  ‏ضربه زاویه ای (معادل ضربه rad انتقال)  ‏ ‏ ‏ ‏s ‏ ‏ ‏I تعریف: 2 ‏ t ضربه زاویه ای قوانین زاویه ای نیوتون ‏معادل قوانین نیوتن در سینتیک خطی ‏قانون زاویه ای اول :یک جسم با اندازه حرکت زاویه ای ثابت دوران میکند مگرآنکه یک گشتاور بیرونی به آن اعمال شود .این قانون را میتوان نتیجه اصل بقای اندازه حرکت زاویه ای محسوب کرد. مثال :اصل بقای اندازه حرکت زاویه ای در اسکیت روی یخ قانون زاویه ای دوم ‏قانون زاویه ای دوم :اگر گشتاوری به یک جسم اعمال شود ،جسم شتابی زاویه ای را تجربه خواهد کرد .شتاب زاویه ای حاصل با اندازه گشتاور متناسب است و با ممان اینرسی جسم نسبت معکوس دارد. ‏بیان دیگر قانون زاویه ای دوم بر مبنای مفهوم ضربه زاویه ای استوار است و معادل بیان قانون دوم نیوتن برحسب ضربه خطی در انتقال است. ‏ حرکت زاویه ای ثابت است ،مقدار ‏مثال :شیرجه ،از آنجا که)در اندازه t هوا( ‏I  مطلوب اندازه حرکت می بایست قبل از جدا شدن از تخته وبا اعمال ضربه زاویه ای مناسب اخذ شود مثالی از کاربرد قانون زاویه ای دوم نیوتون شیرجه قانون زاویه ای سوم ‏قانون زاویه ای سوم :گشتاورهای عمل و عکس العمل سیستم دوم :بازوها عکس العمل بازوها اعمال گشتاوری در جهت عقربه های ساعت بر بقیه بدن است سیستم اول :بقیه بدن بقیه بدن گشتاوری در جهت خالف عقربه های ساعت بر بازوها اعمال میکند