安全着陆：生物力学研究 [Biomechanical Insights into Safe Landing] pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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牛文鑫，姚杰，傅维杰，倪明 著

图书标签:

• 生物力学
• 运动生物力学
• 着陆技术
• 运动损伤预防
• 肌肉骨骼系统
• 人体运动学
• 跌倒预防
• 运动表现
• 康复
• 运动医学

出版社： 同济大学出版社

ISBN：9787560867649

版次：1

商品编码：12155282

包装：平装

外文名称：Biomechanical Insights into Safe Landing

开本：16开

出版时间：2017-03-01

用纸：胶版纸

页数：268

字数：449000

正文语种：中文

内容简介

　　《安全着陆：生物力学研究》系统介绍了作者近年来在着陆运动生物力学领域的研究成果，主要运用在体实验、离体实验、数字仿真和循证医学方法研究着陆动作中下肢，尤其是足踝和膝关节损伤的发生机理和防护机制，以及生物力学在常见着陆损伤的临床治疗和康复中的应用等。
　　《安全着陆：生物力学研究》可供生物医学工程、力学、临床医学、康复治疗学和体育科学等学科研究生阅读，也可供以上专业的研究人员和应用技术人员参考。

内页插图

目录

前言
第1章 绪论
1．1 着陆动作概述
1．2 着陆生物力学的研究方法
1．2．1 流行病学调查
1．2．2 模型实验
1．2．3 在体测试
1．2．4 计算机模拟仿真
1．3 着陆生物力学的研究现状
1．3．1 跳伞着陆生物力学
1．3．2 临床医学中的着陆生物力学
1．3．3 体育运动中的着陆生物力学
1．4 本书的内容和结构
参考文献

第2章 水平面着陆的运动生物力学研究
2．1 双腿水平面着陆的动态姿势稳定性
2．1．1 地面反力与肌电图测量
2．1．2 数据处理与统计
2．1．3 不同高度着陆时的稳定时间
2．1．4 不同高度着陆时的肌电图
2．1．5 水平面着陆是稳定的动作
2．2 着陆生物力学的内在影响因素
2．2．1 研究背景
2．2．2 着陆动作实验
2．2．3 双侧下肢差异性
2．2．4 性别差异性
2．2．5 小结
2．3 着陆生物力学的外在影响因素
2．3．1 研究背景
2．3．2 半刚性护踝与弹性绷带
2．3．3 缓冲垫实验
2．3．4 小结
参考文献

第3章 斜坡着陆的替代模型实验
3．1 背景知识
3．1．1 倾斜平面着陆研究现状
3．1．2 斜面着陆与单足站立稳定性的关系
3．1．3 人体的平衡
3．1．4 人体姿势稳定性
3．1．5 小结
3．2 瞬态姿势稳定性的评价
3．2．1 实验设计
3．2．2 参数计算与分析
3．2．3 评价参数的比较
3．2．4 小结
3．3 站立于倾斜平面的瞬态姿势稳定性
3．3．1 研究背景
3．3．2 足底压力测量
3．3．3 踝关节内翻的影响
3．3．4 踝关节外翻的影响
3．3．5 对斜坡着陆的启示
参考文献

第4章 系统综述（评价）在着陆研究中的应用
4．1 基本概念与背景知识
4．1．1 概述
4．1．2 循证医学与流行病学
4．1．3 PRISMA声明
4．1．4 研究案例
4．1．5 小结
4．2 系统综述（评价）与数学模型分析
4．2．1 系统综述（评价）
4．2．2 数学建模
4．2．3 影响因素分析
……
第5章 数值仿真技术在生物力学中的应用
第6章 体育运动中的着陆生物力学研究
第7章 水平面着陆的膝关节生物力学研究
第8章 跟骨骨折手术治疗的生物力学研究
附录 彩图

前言/序言

　　力学和生命科学都是非常古老的学科，对认识、改造自然环境和人类自身都具有重要的意义。两者都具有鲜明的自身学科特征，但是，在生物力学中，两者走到一起，应用力学原理和方法对生物体的力学问题进行定量研究，一方面这是力学中最具活力的学科生长点，另一方面也为生命科学规律的定量化和数学化提供了良好的示范。人体着陆动作，是一个包含大量力学问题的生命体活动现象，对其科学的认知有助于发掘人体运动潜力，提升运动员表现，开发防护装备和完善训练计划，降低特殊职业者的损伤概率，以及针对着陆损伤设计理想的骨科内植物，制定科学的手术和康复方案等。
　　本书的初衷是对我们近年来的研究工作做一个小结，总结成果和经验，厘清思路并发现不足。对于着陆动作生物力学研究的涉足，起于2009年我在北京航空航天大学读博士期间，当时因参与一项空降兵防护的项目，从而在跳伞着陆方面开展了一系列实验研究。博士毕业后，我将该方向逐渐拓展到体育和医学领域，并得到国家自然科学基金和全国博士后科学基金等项目的支持。该领域的研究持续近8年，基本涵盖了我在博士研究生、博士后和助理教授阶段的研究历程。2017年1月，我在同济大学晋升为副教授，距离我从同济大学硕士毕业整整10年。从100周年校庆到110周年校庆，个人和团队都有了很大进步。这个时候，进行一次系统总结，对自己的研究历程、基金的资助、导师的支持、朋友的帮助、同行的认可和家庭的付出，都是一个交代。同时，也将部分合作者的相关研究工作纳入进来，使内容更加充实，结构更加完整。
　　本书共分8章。第1章为绪论，将该研究领域的内容和现状做一个简要介绍，给读者一个概念性认识。第2章介绍一系列实验研究，主要研究水平地面着陆时的下肢运动学、动力学和肌肉活动性，分析跳落高度、性别、踝关节防护、体侧偏利性、地面硬度等因素对下肢生物力学的影响。在第3章中，对斜坡着陆提出了一种替代实验模型，并对姿势稳定性问题进行了深入探讨。第4章将系统综述、荟萃分析和数学建模等数据分析方法应用于着陆生物力学。第5章通过模拟计算方法，深入研究着陆冲击对人体肌肉和关节受力、组织的应力和应变影响，从组织层次上对损伤进行评价和预测。第6章集中讨论在体育中的着陆生物力学问题。在第7章中，应用有限元方法研究着陆冲击时膝关节的生物力学响应。第8章中，对着陆损伤常见的跟骨骨折进行了临床生物力学研究。
　　本书第1章至第5章由本人撰写。其中，第2章和第3章的研究内容由我和姚杰老师在北京航空航天大学生物与医学工程学院完成，我们的导师樊瑜波教授对研究工作进行了指导。第5章研究内容由我和黄伟志（Duo Wai-Chi Wong）博士在香港理工大学完成，我们的导师张明教授对研究工作进行了指导。第6章由上海体育学院运动科学学院傅维杰副教授撰写，研究内容受到了刘宇教授的指导。第7章由北京航空航天大学生物医学工程学院姚杰老师撰写，研究工作由我们共同完成，并受到导师樊瑜波教授的指导。第8章由倪明医生撰写，我本人也参与了部分指导工作。
　　同济大学生命科学与技术学院丁祖泉教授对全书的写作给予了关心。同时，感谢同济大学出版社和同济大学科学技术研究院的支持，使本书获得同济大学学术专著（自然科学类）出版基金的资助。出版社的编辑老师对书稿的编审给予了具体的指导。
　　由于作者水平有限，书中难免有不足或错误之处，恳请读者批评指正。

理论物理前沿：量子场论与引力统一的探索 本书聚焦于理论物理学领域中最具挑战性与前沿性的课题——量子场论与广义相对论的兼容性及其统一路径的深入探讨。 本书旨在为专业物理学家、高年级研究生以及对基础物理学前沿有浓厚兴趣的读者，提供一个关于当前理论物理研究热点的全面、深入且富有洞察力的综述与分析。我们不会涉足生物力学、人体运动学或任何工程应用领域，而是将全部篇幅致力于阐释抽象的数学结构和物理概念，它们构成了我们理解宇宙最基本规律的框架。 第一部分：量子场论的基石与未解难题 本部分将从现代量子场论（QFT）的严谨数学框架出发，回顾其在粒子物理标准模型中取得的巨大成功，同时毫不留情地剖析其内在的局限性，特别是当能量尺度趋近普朗克尺度时所暴露出的深刻危机。 第一章：现代QFT的结构与重整化群 详细阐述量子电动力学（QED）和量子色动力学（QCD）的拉格朗日密度形式，重点分析路径积分表述在非微扰领域中的应用潜力。我们将深入探讨重整化群（Renormalization Group）的理论，解释其如何处理紫外（UV）发散问题，并说明有效场论（EFT）的概念如何允许我们在特定能量范围内有效地进行计算。本章将严格区分“可重整化”与“不可重整化”理论的物理意义，并指出传统QFT在处理自相互作用引力场时的失败根源——非线性带来的无穷多耦合常数。 第二章：规范理论的数学基础与对称性 本章将系统梳理规范对称性（Gauge Symmetry）在描述基本相互作用中的核心作用。我们不仅会复习规范群 $SU(3) imes SU(2) imes U(1)$ 的结构，还会探讨拓扑不变量在规范场中的角色，例如电荷的量化问题。内容将侧重于陈-西蒙斯（Chern-Simons）理论在低维拓扑相变和规范场动力学中的应用，以及瞬子（Instanton）解在非微扰物理中的物理图像。 第三章：超越标准模型的挑战 标准模型（SM）的成功是毋庸置疑的，但其遗留的重大问题，如希格斯玻色子的质量层次问题（Hierarchy Problem）、中微子质量的起源以及暗物质和暗能量的本质，都强烈暗示着新物理学的存在。本章将细致分析超对称理论（SUSY）的动机、最小超对称标准模型（MSSM）的谱结构预测，以及紧凑化（Compactification）可能带来的低能有效理论。我们还将考察大统一理论（GUTs）的尝试，特别是 $E_6$ 或 $SO(10)$ 模型的参数空间限制。 --- 第二部分：广义相对论的时空几何与量子化困境 本部分将转向爱因斯坦的广义相对论（GR），从其微分几何基础出发，探讨其在宏观尺度上的强大解释力，并分析将其纳入量子框架时所遇到的根本障碍。 第四章：微分几何与爱因斯坦场方程 本章将构建理解GR所必需的数学工具箱，包括黎曼流形、度规张量、黎曼曲率张量以及里奇张量。我们将详细推导爱因斯坦场方程（Einstein Field Equations, EFE），并分析其作为非线性偏微分方程的解析解，如史瓦西解、克尔解和弗里德曼-勒梅特-罗伯逊-沃尔克（FLRW）度规在宇宙学中的应用。重点将放在黑洞视界（Event Horizon）的物理特性及其奇点结构上。 第五章：量子引力的核心难题 为什么QFT和GR在普朗克尺度下无法兼容？本章将深入解释“度规的量子化”所引发的灾难性后果。通过尝试将引力视为一个无质量的自旋2玻色子，我们发现计算中出现无法通过标准重整化技术消除的无穷大。我们将分析费曼图中的圈图计算如何迅速引入无限多个新的、不可定义的耦合常数，从而宣告基于微扰论的量子引力理论的破产。本章会辅以具体的费曼规则和简单的引力子散射截面例子来说明这一困难。 第六章：半经典引力与霍金辐射 尽管全量子引力尚未实现，半经典方法（将物质场视为量子化，而时空背景视为经典）提供了重要的物理洞察。本章将重点讲解贝肯斯坦-霍金（Bekenstein-Hawking）熵的概念，以及对黑洞热力学（Black Hole Thermodynamics）的深入分析。我们将推导霍金辐射的机制，解释真空极化如何在弯曲时空中产生粒子对，以及黑洞的温度与面积之间的关系。这一部分的讨论将自然地引出信息悖论（Information Paradox）的哲学与物理困境。 --- 第三部分：统一尝试：弦理论与圈量子引力 本部分将详细考察当前最有希望解决量子引力问题的两大主流理论框架——超弦理论（String Theory）与圈量子引力（Loop Quantum Gravity, LQG）。 第七章：超弦理论：从膜到全息 超弦理论将基本粒子替换为一维的、振动的弦，从而在数学上自然地排除了紫外发散。本章将探讨从玻色子弦到超弦的演化，以及$D$-膜（D-branes）和庞加莱张量对（Polyakov Action）的引入。我们将重点分析紧凑化所需的额外维度（如卡拉比-丘流形 Calabi-Yau Manifolds）以及膜世界（Brane World）模型的概念。内容将深入到 M-理论，探讨其作为所有五种超弦理论统一框架的地位，并阐述 AdS/CFT 对偶（AdS/CFT Correspondence）作为强耦合规范场与量子引力之间关系的革命性工具。 第八章：圈量子引力：背景独立性的回归 与弦理论依赖于特定背景（如超对称背景）不同，LQG试图在量子化过程中保持广义相对论的背景独立性。本章将介绍阿斯泰卡（Ashtekar）变量的革命性转换，它将GR的动力学转化为类似于规范场论的形式。随后，我们将详细阐述圈积分（Holonomy）和自旋网络（Spin Networks）的概念，它们构成了离散时空的基本单元。自旋泡沫（Spin Foams）模型将被用来描述时空的演化，并解释LQG如何预测普朗克尺度的离散“量子”时空体积和面积算符的本征值。 第九章：理论比较与未来展望 本书最后一部分将对弦理论和LQG进行批判性的比较。我们将分析两者在处理宇宙学问题（如大爆炸的替换奇点）和黑洞信息悖论上的不同结论。弦理论的优势在于其内在的紫外完结性，但其对实验验证的困难和对额外维度的依赖是其主要挑战。LQG的优势在于其背景独立性，但其在低能极限下重现完整标准模型的难度，以及缺乏对规范场统一描述的进展，也是其核心瓶颈。 本书将以对量子引力实验验证的展望作结，讨论引力波天文学、宇宙微波背景（CMB）的早期宇宙信息，以及对微观尺度量子效应的潜在间接探测可能性。 全书旨在提供一个严谨的、专注于纯粹理论框架构建的学术论述，不涉及任何实验数据或应用性工具的细节。

评分☆☆☆☆☆

在健身房里，我常常观察到各种各样的训练动作，其中很多都涉及到身体的起伏和落地。我一直对“如何科学地完成动作”抱有极大的热情，尤其是对于那些对关节冲击较大的动作，比如深蹲后的站起、跳箱训练的落地等等。这本书的标题《安全着陆：生物力学研究》听起来就非常有深度，我猜测它会从更宏观的角度来分析身体在受力时的动态变化。我很好奇，这本书是否会详细阐述不同类型的落地动作，例如硬地落地和软地落地，对人体骨骼和软组织造成的力学差异？是否会分析不同体重、不同训练水平的人在落地时，身体需要承受的力学负荷有何不同？我希望这本书能为我提供一种科学的视角，让我能够辨别出那些潜在的、对身体不利的落地方式，并指导我如何去调整，以最大程度地减少运动损伤的风险。

评分☆☆☆☆☆

作为一个对运动损伤和康复非常有兴趣的普通读者，我一直对人体是如何在运动中承受和应对各种力的作用感到好奇。这本书的标题“安全着陆：生物力学研究”立刻勾起了我的兴趣。我尝试想象一下，这本书的作者会如何剖析我们日常生活中，甚至是在进行高强度运动时，身体是如何完成“着陆”这个复杂动作的。是否会从骨骼、肌肉、韧带等各个组成部分的角度，来解释它们在落地瞬间所承受的压力和它们如何做出反应？比如，当我们从一定高度跳下时，踝关节、膝关节和髋关节的协同作用是如何将冲击力传递并吸收的？这本书是否会探讨不同落地方式（例如，前脚掌着地、全脚掌着地）在生物力学上的差异，以及它们对身体各部位可能造成的不同影响？我希望它能帮助我更清晰地认识到，每一次看似简单的落地，背后都蕴含着多么精妙的生物力学原理，从而对自己的运动方式有更科学的认识。

评分☆☆☆☆☆

这本书的封面设计就深深吸引了我。那种沉静又充满力量的蓝色，搭配上几何线条勾勒出的起伏轨迹，仿佛在诉说着从高处到稳固地面的整个过程。我是一名业余的跑酷爱好者，每次训练我都会思考如何让落地更安全、更有效率。虽然我并没有实际接触过这本书，但仅仅从封面和书名，我就能想象出它所涵盖的内容——或许是关于重力、惯性、以及人体在接触地面瞬间的力学变化。我期待书中能够深入浅出地解释那些我平时只能凭感觉去掌握的落地技巧。比如，当我在跳跃时，身体应该如何调整姿态才能最大程度地分散冲击力？膝盖的弯曲角度、手臂的摆动幅度，这些微小的调整在生物力学上究竟有多大的影响？这本书能否用科学的语言为我解答这些困惑，让我不仅能“感觉”到，更能“理解”到安全落地的精髓？我希望它不是一本枯燥的学术论文，而是能够将复杂的科学原理转化为实用技巧的指南。

评分☆☆☆☆☆

我是一名对体育科学和运动表现提升充满热情的高中生。我的体育老师最近在我们讨论运动技巧时，提到了“生物力学”这个词，虽然我不太懂，但我知道它和运动表现息息相关。当我偶然看到这本书的书名《安全着陆：生物力学研究》时，我立刻联想到了我最喜欢的田径项目——跳高和跳远。我总是很困惑，为什么有些运动员落地时看起来那么轻松，而有些却显得很吃力，甚至容易受伤。这本书会不会深入探讨跳跃落地时的力学特征？比如，运动员在空中姿态的调整，是如何影响最终落地时的冲击力的？它是否会介绍一些通过改变身体姿态来优化落地动作的生物力学方法？我期待这本书能用通俗易懂的方式，为我揭示运动中的物理学秘密，让我能够更好地理解并应用到我自己的训练中，也许我还能借此机会在学校的科技展上做一个关于运动生物力学的项目。

评分☆☆☆☆☆

最近，我在学习一门关于运动损伤预防的课程，其中提到了“力学模型”和“冲击吸收”等概念。这本书的书名《安全着陆：生物力学研究》非常符合我目前学习的方向，让我产生了极大的好奇。我猜测这本书会从基础的物理原理出发，解释人体在落地过程中是如何承受和分散各种力的。例如，它是否会探讨人体自身的缓冲机制，例如关节的弹性、肌肉的收缩等，是如何在落地瞬间发挥作用的？这本书是否会涉及到一些损伤的生物力学成因，比如应力性骨折或者韧带撕裂，是否与不当的落地方式有关？我期待这本书能够提供一些科学的数据和案例分析，让我能够更深入地理解生物力学在运动安全中的关键作用，并且能够将这些知识应用到我的学习和未来的工作中。