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1.1 引言1

1.运动学1

1.2 一维运动：速度和加速度2

1.3 在二维和三维运动中的速度与加速度8

A.匀速圆周运动9

B.抛体运动11

1.4 单位及换算因子14

附录 矢量15

参考及补充读物22

习题23

2.2 牛顿第一定律：惯性定律28

2.3 牛顿第二运动定律28

2.1 引言28

2.动力学28

2.4 牛顿第三运动定律：作用和反作用定律30

2.5 物理学中的基本力30

A.万有引力31

B.卫星或月球围绕地球的运动32

2.6 非基本力或派生力35

A.接触力35

B.流体(液体和气体)中的阻曳力38

2.7 牛顿定律在动力学问题中的应用38

A.引言38

ⅰ)运输列车39

B.例题39

ⅱ)斜面上的木块42

ⅲ)谐振动44

ⅳ)弹簧枪48

ⅴ)粘滞阻尼力 指数函数51

ⅵ)空气阻曳力和收尾速度55

ⅶ)摆的阻尼振动57

C.作用在腰椎上的诸力。腰。椎间盘疾病60

ⅷ)离心摆62

参考及补充读物67

习题68

3.2 静力平衡条件74

3.1 引言74

3.静力平衡和作用在人体肌肉及骨骼上的力74

3.3 静力学的应用78

A.靠在墙上的木板78

B.作用在髋关节上的力80

ⅰ)股骨和髋骨的基本解剖81

ⅱ)计算作用在股骨头上和髋外展肌内的力83

ⅲ)临床上和解剖学上的联系86

ⅳ)手仗对作用于髋关节诸力的影响87

ⅰ)脊柱，脊椎和背肌的基本解剖90

ⅱ)弯腰和伸腰时作用在第五腰椎上的力95

ⅲ)“脊柱弯曲症”患者腰骶椎间盘中的剪切胁强98

A.引言100

D.进一步的应用：关于静力平衡转矩条件的一些注释100

3.4 可变形物体的静力平衡：胁强、胁变与断裂100

B.伸张和压缩时的胁强和胁变。虎克定律。杨氏模量。损坏和断裂103

C.梁的挠矩和曲率104

D.求荷重梁挠曲的微分方程109

E.梁或骨的弯曲和断裂：在胫骨骨折上的应用113

F.切变中的胁强和胁变，应用于滑雪事故中的骨扭折116

3.5 流体的静力平衡：流体静力学121

A.引言和流体静压强的定义121

B.重力场中的流体：压强随深度的变化123

ⅰ)不可压缩流体：帕斯卡定律；压强单位125

ⅱ)可压缩的流体：理想气体，压强随高度的变化126

ⅲ)浸没在流体里的物体所受的浮力128

C.高压流体的生理效应131

ⅰ)潜水131

ⅱ)对血压的体位效应133

ⅲ)高加速度的效应134

D.低气压生理效应135

ⅰ)高山病135

ⅱ)气球升高和低气压的生理效应138

ⅲ)血液中氧的储存和输送，28高山病和高空缺氧症，血红蛋白的氧离解曲线141

ⅳ)高空气层中的旅行：加压舱145

E.浮力和大分子分子量的测定146

参考及补充读物149

习题151

4.动量161

4.1 引言161

4.2 多质点系统的动量及动力学161

4.3 扩展物体质心的运动163

A.两物体的质心164

B.直角三角形的质心165

C.质心的实验测定--应用于测定人体各部分的重量167

4.4 动量守恒169

A.由男孩、球及船组成的系统169

B.箱子内的振子170

4.5 心冲击图描记术173

A.引言174

B.心脏的基本解剖及生理175

C.心冲击图175

4.6 冲量及动量的变化180

A.引言及冲量定义180

B.碰撞期间的作用力：说明性的实例181

ⅰ)受击高尔夫球181

ⅱ)电梯下坠及骨折182

ⅲ)从高处跳落或掉落地面和骨折183

ⅳ)全身碰撞容限级，从很高处掉下的幸存者185

ⅴ)减速脉冲及伤势指数：脑振荡及脑损伤标准188

A.流密度190

4.7 质量流和动量流，流体的输运190

ⅵ)汽车事故中的安全措施190

B.液流产生的压强192

C.弯曲皮带管壁上的压强：救火水龙和主动脉193

参考及补充读物197

习题198

5.功和能203

5.1 引言203

5.2 一维运动的功、动能及功率203

A.牛顿第二定律的一次积分，功-动能公式203

B.功率及动能的变化率204

C.用功能考虑确定x(t)205

ⅰ)在恒定重力场中的运动206

D.保守力和非保守力206

E.简单保守力场中一维运动的实例206

ⅱ)线性恢复力作用下的运动，谐振子208

ⅲ)在不均匀重力场(万有引力场)中的运动216

F.保守力与机械能守恒216

G.非保守力。功率。机械能与热的守恒定律218

ⅰ)物体在粘滞性液体中的下落运动。热和机械能守恒220

H.单位及换算因子224

5.3 三维运动的功、能和功率225

A.功-动能公式225

B.保守力、约束力和机械能守恒227

ⅰ)反冲砧块229

C.力学实例229

a)最高高度和能量守恒231

ⅱ)跳板跳水231

b)垂直上跳的力学--功和功率234

c)起跳时机：硬跳板和软跳板236

d)关于跳高236

D.三维空间中力和势能的关系--数学注释237

E.能量图和力学稳定性--叉-木塞摇摆器、稳定、不稳定和亚稳定239

5.4 热力学第一定律244

A.机械能守恒、外功及热244

B.电(热)水热器中的热、功及能量变化245

C.能量守恒定律的发展史略247

ⅰ)分解代谢率，热和功率的产生253

D.动物代谢，功和热力学第一定律253

ⅱ)氧的“卡价”254

ⅲ)各种活动的耗氧量和分解代谢率--基础分解代谢255

ⅳ)人体的机械功率输出和机械效率256

E.基础代谢258

ⅰ)哺乳动物的基础代谢率：从小鼠到大象，哺乳动物生理学中的“定标”258

ⅱ)人体不同器官所需要的能量，心脏功，呼吸功，肾脏功260

ⅲ)基础代谢率和甲状腺异常265

5.5 转动266

ⅰ)转动刚体的动能267

ⅱ)对转动刚体所做的功，转矩，角动量267

ⅲ)复摆269

参考及补充读物272

习题274

6.物理及生物系统中的反馈、控制和稳定性280

6.1 引言280

A.热机、动力生产和自动控制280

B.自动控制科学简史281

C.力学和反馈及控制理论284

6.2 一个自动控制下的机械系统：蒸汽机和它的离心调速器285

A.蒸汽机运转的全过程描述285

B.无自动控制蒸汽机运转的数学模型286

ⅰ)汽机输出轴的运动方程286

ⅱ)汽机的稳态运行转速。汽压和负载发生变化时的影响287

ⅲ)汽机对气压和负载力矩变化的时间响应289

C.离心摆反馈控制蒸汽机运转的定量分析292

ⅰ)蒸汽机(包括离心调速器在内)的微分方程292

ⅱ)汽压或负载矩变化引起的汽机转速的稳态变化。“开环增益”295

ⅲ)蒸汽机在比例反馈控制下对汽压变化的时间响应296

D.蒸汽机反馈控制系统的不稳定性299

ⅰ)离心摆响应时间tg和汽机转速变化的特性时间299

ⅱ)不稳定性来源的定性讨论300

ⅲ)反馈控制系统不稳定性的定量分析300

a)包括调速器延迟的运动方程301

b)用分段积分法求解302

c)用试解法求解304

ⅰ)作为时间函数的系统温度方程310

6.3 用反馈的温度控制310

A.无反馈受热(或冷却)系统的温度，开环运转310

ⅱ)稳态工作温度312

ⅲ)周围温度或输入功率变化所引起的瞬态响应313

B.有反馈的受热(或冷却)系统的温度313

ⅰ)通-断控制系统313

a)通-断控制系统的温度变化方程314

b)“通-时间”与“断-时间”315

c)占空比316

ⅱ)比例控制系统316

a)比例控制系统的温度作为时间函数的方程317

b)在整定温度(输入)或周围温度(负载)变化的情况下，受控热浴的稳态工作温度319

c)比例控制热浴的暂态响应：延迟和不稳定性320

ⅲ)积分控制系统321

6.4 体温的控制323

A.疾病和健康状态下的体温323

B.人体的热性质323

C.体温调节的控制基元326

6.5 血糖浓度的控制328

A.引言。糖耐量试验328

B.血糖浓度的控制方程329

C.理论与实测糖耐量曲线的比较332

参考及补充读物334

习题335