人體力學是醫學物理學的主要基礎。力學是物理學中研究物體機械運動規律及其應用的科學分支。力學的分析方法主要是以物理學的理想模型法為代表。本章分別以質點、剛體和彈性體這三個理想模型為線索’討論人體力學中有關的質點力學、剛體力學和彈性力學的基礎知識。
本章主要內容有:牛頓定律、剛體的轉動、轉動定律、角動量守恒定律、物體的彈性、物體的彈性和塑性、應變與應力、彈性模量和骨骼的彈性等。本章從變力的角度出發,利用高等數學的微積分知識重新定義了中學物理學中質點力學的基本規律;然後,重點介紹人體力學的主要內容——剛體力學的基本定律和彈性力學的基本定律。最後為了方便學習者更好地掌握相關內容,對教材的習題進行詳細解答’並提供自測題和參考答案。
第一節重點和難點
—、重點
1.質點力學利用高等數學的微積分知識，從變力作用的角度，概述性重新定義中學物理學中質點力學的基本規律。重點內容有:質點的平麵運動、牛頓定律和質點力學的基本定理等。
2.剛體力學重點內容有:剛體的轉動、轉動慣量、轉動定律、定軸轉動的功和能、角動量守恒定律和進動現象等。
3.彈性力學重點內容有:物體的彈性、物體的彈性和塑性、應變與應力、彈性模量、應變與應力曲線、肌肉和骨骼的彈性等。
二、難點
1.剛體轉動慣量的積分計算。
2.應變與應力的計算。
3.彈性力學的分析方法。
第二節延伸內容
—、物理量單位和量綱
(一）物理量單位
對於任何一個物理量,為了定量地描述它必須選定一個基本量（fundamentalquantity),這個基本量稱為它的物理量單位(unit)。例如,長度用米（m)作單位,質量用千克（kg)作單位,時間用秒（s)作單位。
物理量單位又分為基本單位和導出單位。基本單位是直接規定的,在國際單位製（SI)中,規定長度、質量和時間為力學基本量。其中米（m)、千克（kg)和秒（s)是相應的力學基本單位。由基本單位導出的物理量單位統稱為導出單位。力學中的其他物理量（如速度、加速度和力等)都為導出量，它們的單位（m?s-1，m?s-2，kg?ms-2)就是導出單位。
(二）量綱式
表示物理量是由哪些基本量所組成的表達式稱為該物理量的量綱式。在SI中，用L、M和T分別表示長度、質量和時間這三個力學基本量的量綱。由此，任何導出量都可以用這三個基本量的某種組合表示出來。
[Q]=MpLqTr(1-1)
上式稱為物理量Q的量綱式（dimensionformula)，其中指數p，q，r分別稱為物理量Q對質量、長度和時間的量綱指數。例如，速度、加速度、力和角度的量綱式分別為：
[v]=[s]/[t]=LT-1[a]=[v]/[t]=LT-2[F]=[m][a]=MLT-2
[小]=[s]/[r]=1
以上表明，其中速度對長度的量綱為1，對時間的量綱為-1，對質量的量綱為零。
量綱式還可以用於檢驗等式是否正確。由於在較為複雜的等式中常常包含若幹項物理量，因此確定等式是否正確，檢驗其等式中各項的量綱式是必不可少的步驟。例如，在自由落體運動中，落體的末速度為：v=V2gh。該等式左邊的量綱式為:LT1-1，等式右邊的量綱式為：（L2T-2)1/2=LT-1。由此可見，該式兩端各項的量綱是正確的。
二、功能原理與機械能守恒定律
(一）功能原理
考慮由n個質點組成的質點係，把適用於單個質點的動能定理推廣應用到質點係，作用於各質點的力所做的功分別等於各質點的動能的增量：
W1=Ek1_Ek10W2=Ek2-Ek20Wn=Ekn_Ekn0式中:Ek1，Ek2，…，Ekn分別為各質點的末動能，Ek10，Ek20，…，Ekno分別為各質點的初動能。將以上各式求和得IW;=1Ek；EkM(1-2)係統內各質點所受的力包括外力和內力。無論外力和1內力都可分為保守力與非保守力。因此，作用於質點係各力的總功為IWi=Wex+W：n+WC=IEki-IEkio(1-3)i=1i=1i=1其中，係統內保守力所做的功等於勢能增量的負值，即WCn=-口客Epi-1Epi0□由此可得，Wex+WC=nlEki+lEpi□-nlEki。+lEpio口Ui=1i=1Ui=1i=1式中，動能和勢能統稱為機械能，分別以Eo和E表示初機械能和末機械能，即E。=nIEki。+IEpi。□，E=nIEki+IEp□i=1i=1i=1i=1因此，式（1-3)可表示為第二節延伸內容◎Wex+WZ=E-E。(1-4)上式表明，作用於質點係的外力和非保守內力的總功等於質點係的機械能的增量。這一結論稱為功能原理。
(二）機械能守恒定律
根據功能原理，如果+wnc=0，則由（1-3)可得E=E。，n幾|—Inni—i即nIEki+IEp；=nIEki。+IEp;。(1-5)Ui=1i=1Ui=1i=1上式表明:一個質點係如果外力和非保守內力做功為零，則隻有保守內力做功，質點係的機械能的總和保持不變。這一結論稱為機械能守恒定律。機械能守恒定律是普遍的能量守恒定律在力學中的特殊表達形式。