安全著陸：生物力學研究 [Biomechanical Insights into Safe Landing] pdf epub mobi txt 電子書 下載 2025

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牛文鑫，姚傑，傅維傑，倪明 著

圖書標籤:

• 生物力學
• 運動生物力學
• 著陸技術
• 運動損傷預防
• 肌肉骨骼係統
• 人體運動學
• 跌倒預防
• 運動錶現
• 康復
• 運動醫學

齣版社： 同濟大學齣版社

ISBN：9787560867649

版次：1

商品編碼：12155282

包裝：平裝

外文名稱：Biomechanical Insights into Safe Landing

開本：16開

齣版時間：2017-03-01

用紙：膠版紙

頁數：268

字數：449000

正文語種：中文

內容簡介

　　《安全著陸：生物力學研究》係統介紹瞭作者近年來在著陸運動生物力學領域的研究成果，主要運用在體實驗、離體實驗、數字仿真和循證醫學方法研究著陸動作中下肢，尤其是足踝和膝關節損傷的發生機理和防護機製，以及生物力學在常見著陸損傷的臨床治療和康復中的應用等。
　　《安全著陸：生物力學研究》可供生物醫學工程、力學、臨床醫學、康復治療學和體育科學等學科研究生閱讀，也可供以上專業的研究人員和應用技術人員參考。

內頁插圖

目錄

前言
第1章 緒論
1．1 著陸動作概述
1．2 著陸生物力學的研究方法
1．2．1 流行病學調查
1．2．2 模型實驗
1．2．3 在體測試
1．2．4 計算機模擬仿真
1．3 著陸生物力學的研究現狀
1．3．1 跳傘著陸生物力學
1．3．2 臨床醫學中的著陸生物力學
1．3．3 體育運動中的著陸生物力學
1．4 本書的內容和結構
參考文獻

第2章 水平麵著陸的運動生物力學研究
2．1 雙腿水平麵著陸的動態姿勢穩定性
2．1．1 地麵反力與肌電圖測量
2．1．2 數據處理與統計
2．1．3 不同高度著陸時的穩定時間
2．1．4 不同高度著陸時的肌電圖
2．1．5 水平麵著陸是穩定的動作
2．2 著陸生物力學的內在影響因素
2．2．1 研究背景
2．2．2 著陸動作實驗
2．2．3 雙側下肢差異性
2．2．4 性彆差異性
2．2．5 小結
2．3 著陸生物力學的外在影響因素
2．3．1 研究背景
2．3．2 半剛性護踝與彈性綳帶
2．3．3 緩衝墊實驗
2．3．4 小結
參考文獻

第3章 斜坡著陸的替代模型實驗
3．1 背景知識
3．1．1 傾斜平麵著陸研究現狀
3．1．2 斜麵著陸與單足站立穩定性的關係
3．1．3 人體的平衡
3．1．4 人體姿勢穩定性
3．1．5 小結
3．2 瞬態姿勢穩定性的評價
3．2．1 實驗設計
3．2．2 參數計算與分析
3．2．3 評價參數的比較
3．2．4 小結
3．3 站立於傾斜平麵的瞬態姿勢穩定性
3．3．1 研究背景
3．3．2 足底壓力測量
3．3．3 踝關節內翻的影響
3．3．4 踝關節外翻的影響
3．3．5 對斜坡著陸的啓示
參考文獻

第4章 係統綜述（評價）在著陸研究中的應用
4．1 基本概念與背景知識
4．1．1 概述
4．1．2 循證醫學與流行病學
4．1．3 PRISMA聲明
4．1．4 研究案例
4．1．5 小結
4．2 係統綜述（評價）與數學模型分析
4．2．1 係統綜述（評價）
4．2．2 數學建模
4．2．3 影響因素分析
……
第5章 數值仿真技術在生物力學中的應用
第6章 體育運動中的著陸生物力學研究
第7章 水平麵著陸的膝關節生物力學研究
第8章 跟骨骨摺手術治療的生物力學研究
附錄 彩圖

前言/序言

　　力學和生命科學都是非常古老的學科，對認識、改造自然環境和人類自身都具有重要的意義。兩者都具有鮮明的自身學科特徵，但是，在生物力學中，兩者走到一起，應用力學原理和方法對生物體的力學問題進行定量研究，一方麵這是力學中最具活力的學科生長點，另一方麵也為生命科學規律的定量化和數學化提供瞭良好的示範。人體著陸動作，是一個包含大量力學問題的生命體活動現象，對其科學的認知有助於發掘人體運動潛力，提升運動員錶現，開發防護裝備和完善訓練計劃，降低特殊職業者的損傷概率，以及針對著陸損傷設計理想的骨科內植物，製定科學的手術和康復方案等。
　　本書的初衷是對我們近年來的研究工作做一個小結，總結成果和經驗，厘清思路並發現不足。對於著陸動作生物力學研究的涉足，起於2009年我在北京航空航天大學讀博士期間，當時因參與一項空降兵防護的項目，從而在跳傘著陸方麵開展瞭一係列實驗研究。博士畢業後，我將該方嚮逐漸拓展到體育和醫學領域，並得到國傢自然科學基金和全國博士後科學基金等項目的支持。該領域的研究持續近8年，基本涵蓋瞭我在博士研究生、博士後和助理教授階段的研究曆程。2017年1月，我在同濟大學晉升為副教授，距離我從同濟大學碩士畢業整整10年。從100周年校慶到110周年校慶，個人和團隊都有瞭很大進步。這個時候，進行一次係統總結，對自己的研究曆程、基金的資助、導師的支持、朋友的幫助、同行的認可和傢庭的付齣，都是一個交代。同時，也將部分閤作者的相關研究工作納入進來，使內容更加充實，結構更加完整。
　　本書共分8章。第1章為緒論，將該研究領域的內容和現狀做一個簡要介紹，給讀者一個概念性認識。第2章介紹一係列實驗研究，主要研究水平地麵著陸時的下肢運動學、動力學和肌肉活動性，分析跳落高度、性彆、踝關節防護、體側偏利性、地麵硬度等因素對下肢生物力學的影響。在第3章中，對斜坡著陸提齣瞭一種替代實驗模型，並對姿勢穩定性問題進行瞭深入探討。第4章將係統綜述、薈萃分析和數學建模等數據分析方法應用於著陸生物力學。第5章通過模擬計算方法，深入研究著陸衝擊對人體肌肉和關節受力、組織的應力和應變影響，從組織層次上對損傷進行評價和預測。第6章集中討論在體育中的著陸生物力學問題。在第7章中，應用有限元方法研究著陸衝擊時膝關節的生物力學響應。第8章中，對著陸損傷常見的跟骨骨摺進行瞭臨床生物力學研究。
　　本書第1章至第5章由本人撰寫。其中，第2章和第3章的研究內容由我和姚傑老師在北京航空航天大學生物與醫學工程學院完成，我們的導師樊瑜波教授對研究工作進行瞭指導。第5章研究內容由我和黃偉誌（Duo Wai-Chi Wong）博士在香港理工大學完成，我們的導師張明教授對研究工作進行瞭指導。第6章由上海體育學院運動科學學院傅維傑副教授撰寫，研究內容受到瞭劉宇教授的指導。第7章由北京航空航天大學生物醫學工程學院姚傑老師撰寫，研究工作由我們共同完成，並受到導師樊瑜波教授的指導。第8章由倪明醫生撰寫，我本人也參與瞭部分指導工作。
　　同濟大學生命科學與技術學院丁祖泉教授對全書的寫作給予瞭關心。同時，感謝同濟大學齣版社和同濟大學科學技術研究院的支持，使本書獲得同濟大學學術專著（自然科學類）齣版基金的資助。齣版社的編輯老師對書稿的編審給予瞭具體的指導。
　　由於作者水平有限，書中難免有不足或錯誤之處，懇請讀者批評指正。

理論物理前沿：量子場論與引力統一的探索 本書聚焦於理論物理學領域中最具挑戰性與前沿性的課題——量子場論與廣義相對論的兼容性及其統一路徑的深入探討。 本書旨在為專業物理學傢、高年級研究生以及對基礎物理學前沿有濃厚興趣的讀者，提供一個關於當前理論物理研究熱點的全麵、深入且富有洞察力的綜述與分析。我們不會涉足生物力學、人體運動學或任何工程應用領域，而是將全部篇幅緻力於闡釋抽象的數學結構和物理概念，它們構成瞭我們理解宇宙最基本規律的框架。 第一部分：量子場論的基石與未解難題 本部分將從現代量子場論（QFT）的嚴謹數學框架齣發，迴顧其在粒子物理標準模型中取得的巨大成功，同時毫不留情地剖析其內在的局限性，特彆是當能量尺度趨近普朗剋尺度時所暴露齣的深刻危機。 第一章：現代QFT的結構與重整化群 詳細闡述量子電動力學（QED）和量子色動力學（QCD）的拉格朗日密度形式，重點分析路徑積分錶述在非微擾領域中的應用潛力。我們將深入探討重整化群（Renormalization Group）的理論，解釋其如何處理紫外（UV）發散問題，並說明有效場論（EFT）的概念如何允許我們在特定能量範圍內有效地進行計算。本章將嚴格區分“可重整化”與“不可重整化”理論的物理意義，並指齣傳統QFT在處理自相互作用引力場時的失敗根源——非綫性帶來的無窮多耦閤常數。 第二章：規範理論的數學基礎與對稱性 本章將係統梳理規範對稱性（Gauge Symmetry）在描述基本相互作用中的核心作用。我們不僅會復習規範群 $SU(3) imes SU(2) imes U(1)$ 的結構，還會探討拓撲不變量在規範場中的角色，例如電荷的量化問題。內容將側重於陳-西濛斯（Chern-Simons）理論在低維拓撲相變和規範場動力學中的應用，以及瞬子（Instanton）解在非微擾物理中的物理圖像。 第三章：超越標準模型的挑戰 標準模型（SM）的成功是毋庸置疑的，但其遺留的重大問題，如希格斯玻色子的質量層次問題（Hierarchy Problem）、中微子質量的起源以及暗物質和暗能量的本質，都強烈暗示著新物理學的存在。本章將細緻分析超對稱理論（SUSY）的動機、最小超對稱標準模型（MSSM）的譜結構預測，以及緊湊化（Compactification）可能帶來的低能有效理論。我們還將考察大統一理論（GUTs）的嘗試，特彆是 $E_6$ 或 $SO(10)$ 模型的參數空間限製。 --- 第二部分：廣義相對論的時空幾何與量子化睏境 本部分將轉嚮愛因斯坦的廣義相對論（GR），從其微分幾何基礎齣發，探討其在宏觀尺度上的強大解釋力，並分析將其納入量子框架時所遇到的根本障礙。 第四章：微分幾何與愛因斯坦場方程 本章將構建理解GR所必需的數學工具箱，包括黎曼流形、度規張量、黎曼麯率張量以及裏奇張量。我們將詳細推導愛因斯坦場方程（Einstein Field Equations, EFE），並分析其作為非綫性偏微分方程的解析解，如史瓦西解、剋爾解和弗裏德曼-勒梅特-羅伯遜-沃爾剋（FLRW）度規在宇宙學中的應用。重點將放在黑洞視界（Event Horizon）的物理特性及其奇點結構上。 第五章：量子引力的核心難題 為什麼QFT和GR在普朗剋尺度下無法兼容？本章將深入解釋“度規的量子化”所引發的災難性後果。通過嘗試將引力視為一個無質量的自鏇2玻色子，我們發現計算中齣現無法通過標準重整化技術消除的無窮大。我們將分析費曼圖中的圈圖計算如何迅速引入無限多個新的、不可定義的耦閤常數，從而宣告基於微擾論的量子引力理論的破産。本章會輔以具體的費曼規則和簡單的引力子散射截麵例子來說明這一睏難。 第六章：半經典引力與霍金輻射 盡管全量子引力尚未實現，半經典方法（將物質場視為量子化，而時空背景視為經典）提供瞭重要的物理洞察。本章將重點講解貝肯斯坦-霍金（Bekenstein-Hawking）熵的概念，以及對黑洞熱力學（Black Hole Thermodynamics）的深入分析。我們將推導霍金輻射的機製，解釋真空極化如何在彎麯時空中産生粒子對，以及黑洞的溫度與麵積之間的關係。這一部分的討論將自然地引齣信息悖論（Information Paradox）的哲學與物理睏境。 --- 第三部分：統一嘗試：弦理論與圈量子引力 本部分將詳細考察當前最有希望解決量子引力問題的兩大主流理論框架——超弦理論（String Theory）與圈量子引力（Loop Quantum Gravity, LQG）。 第七章：超弦理論：從膜到全息 超弦理論將基本粒子替換為一維的、振動的弦，從而在數學上自然地排除瞭紫外發散。本章將探討從玻色子弦到超弦的演化，以及$D$-膜（D-branes）和龐加萊張量對（Polyakov Action）的引入。我們將重點分析緊湊化所需的額外維度（如卡拉比-丘流形 Calabi-Yau Manifolds）以及膜世界（Brane World）模型的概念。內容將深入到 M-理論，探討其作為所有五種超弦理論統一框架的地位，並闡述 AdS/CFT 對偶（AdS/CFT Correspondence）作為強耦閤規範場與量子引力之間關係的革命性工具。 第八章：圈量子引力：背景獨立性的迴歸 與弦理論依賴於特定背景（如超對稱背景）不同，LQG試圖在量子化過程中保持廣義相對論的背景獨立性。本章將介紹阿斯泰卡（Ashtekar）變量的革命性轉換，它將GR的動力學轉化為類似於規範場論的形式。隨後，我們將詳細闡述圈積分（Holonomy）和自鏇網絡（Spin Networks）的概念，它們構成瞭離散時空的基本單元。自鏇泡沫（Spin Foams）模型將被用來描述時空的演化，並解釋LQG如何預測普朗剋尺度的離散“量子”時空體積和麵積算符的本徵值。 第九章：理論比較與未來展望 本書最後一部分將對弦理論和LQG進行批判性的比較。我們將分析兩者在處理宇宙學問題（如大爆炸的替換奇點）和黑洞信息悖論上的不同結論。弦理論的優勢在於其內在的紫外完結性，但其對實驗驗證的睏難和對額外維度的依賴是其主要挑戰。LQG的優勢在於其背景獨立性，但其在低能極限下重現完整標準模型的難度，以及缺乏對規範場統一描述的進展，也是其核心瓶頸。 本書將以對量子引力實驗驗證的展望作結，討論引力波天文學、宇宙微波背景（CMB）的早期宇宙信息，以及對微觀尺度量子效應的潛在間接探測可能性。 全書旨在提供一個嚴謹的、專注於純粹理論框架構建的學術論述，不涉及任何實驗數據或應用性工具的細節。

評分☆☆☆☆☆

我是一名對體育科學和運動錶現提升充滿熱情的高中生。我的體育老師最近在我們討論運動技巧時，提到瞭“生物力學”這個詞，雖然我不太懂，但我知道它和運動錶現息息相關。當我偶然看到這本書的書名《安全著陸：生物力學研究》時，我立刻聯想到瞭我最喜歡的田徑項目——跳高和跳遠。我總是很睏惑，為什麼有些運動員落地時看起來那麼輕鬆，而有些卻顯得很吃力，甚至容易受傷。這本書會不會深入探討跳躍落地時的力學特徵？比如，運動員在空中姿態的調整，是如何影響最終落地時的衝擊力的？它是否會介紹一些通過改變身體姿態來優化落地動作的生物力學方法？我期待這本書能用通俗易懂的方式，為我揭示運動中的物理學秘密，讓我能夠更好地理解並應用到我自己的訓練中，也許我還能藉此機會在學校的科技展上做一個關於運動生物力學的項目。

評分☆☆☆☆☆

在健身房裏，我常常觀察到各種各樣的訓練動作，其中很多都涉及到身體的起伏和落地。我一直對“如何科學地完成動作”抱有極大的熱情，尤其是對於那些對關節衝擊較大的動作，比如深蹲後的站起、跳箱訓練的落地等等。這本書的標題《安全著陸：生物力學研究》聽起來就非常有深度，我猜測它會從更宏觀的角度來分析身體在受力時的動態變化。我很好奇，這本書是否會詳細闡述不同類型的落地動作，例如硬地落地和軟地落地，對人體骨骼和軟組織造成的力學差異？是否會分析不同體重、不同訓練水平的人在落地時，身體需要承受的力學負荷有何不同？我希望這本書能為我提供一種科學的視角，讓我能夠辨彆齣那些潛在的、對身體不利的落地方式，並指導我如何去調整，以最大程度地減少運動損傷的風險。

評分☆☆☆☆☆

這本書的封麵設計就深深吸引瞭我。那種沉靜又充滿力量的藍色，搭配上幾何綫條勾勒齣的起伏軌跡，仿佛在訴說著從高處到穩固地麵的整個過程。我是一名業餘的跑酷愛好者，每次訓練我都會思考如何讓落地更安全、更有效率。雖然我並沒有實際接觸過這本書，但僅僅從封麵和書名，我就能想象齣它所涵蓋的內容——或許是關於重力、慣性、以及人體在接觸地麵瞬間的力學變化。我期待書中能夠深入淺齣地解釋那些我平時隻能憑感覺去掌握的落地技巧。比如，當我在跳躍時，身體應該如何調整姿態纔能最大程度地分散衝擊力？膝蓋的彎麯角度、手臂的擺動幅度，這些微小的調整在生物力學上究竟有多大的影響？這本書能否用科學的語言為我解答這些睏惑，讓我不僅能“感覺”到，更能“理解”到安全落地的精髓？我希望它不是一本枯燥的學術論文，而是能夠將復雜的科學原理轉化為實用技巧的指南。

評分☆☆☆☆☆

最近，我在學習一門關於運動損傷預防的課程，其中提到瞭“力學模型”和“衝擊吸收”等概念。這本書的書名《安全著陸：生物力學研究》非常符閤我目前學習的方嚮，讓我産生瞭極大的好奇。我猜測這本書會從基礎的物理原理齣發，解釋人體在落地過程中是如何承受和分散各種力的。例如，它是否會探討人體自身的緩衝機製，例如關節的彈性、肌肉的收縮等，是如何在落地瞬間發揮作用的？這本書是否會涉及到一些損傷的生物力學成因，比如應力性骨摺或者韌帶撕裂，是否與不當的落地方式有關？我期待這本書能夠提供一些科學的數據和案例分析，讓我能夠更深入地理解生物力學在運動安全中的關鍵作用，並且能夠將這些知識應用到我的學習和未來的工作中。

評分☆☆☆☆☆

作為一個對運動損傷和康復非常有興趣的普通讀者，我一直對人體是如何在運動中承受和應對各種力的作用感到好奇。這本書的標題“安全著陸：生物力學研究”立刻勾起瞭我的興趣。我嘗試想象一下，這本書的作者會如何剖析我們日常生活中，甚至是在進行高強度運動時，身體是如何完成“著陸”這個復雜動作的。是否會從骨骼、肌肉、韌帶等各個組成部分的角度，來解釋它們在落地瞬間所承受的壓力和它們如何做齣反應？比如，當我們從一定高度跳下時，踝關節、膝關節和髖關節的協同作用是如何將衝擊力傳遞並吸收的？這本書是否會探討不同落地方式（例如，前腳掌著地、全腳掌著地）在生物力學上的差異，以及它們對身體各部位可能造成的不同影響？我希望它能幫助我更清晰地認識到，每一次看似簡單的落地，背後都蘊含著多麼精妙的生物力學原理，從而對自己的運動方式有更科學的認識。