کتاب مبانی بیومکانیک جلد اول نوشته سوزان جی هال با ترجمه سیامک نجاریان, مهناز ایرانی, بهرخ عاصی،توسط انتشارات دانشگاه صنعتی امیرکبیر با موضوع تربیت بدنی و علوم ورزشی, فیزیولوژی ورزشی به چاپ رسیده است.

بیومکانیک محدوده ای از علم است که در آن دانش و روش های مکانیک برای توصیف ساختار و درک عملکرد سیستم های زنده، به کار گرفته می شود. کتاب حاضر سعی در آشنا نمودن دانشجویان بیومکانیک با مفاهیم، اصول اولیه و کاربرد های این رشته در زندگی و صنعت پیش روی مهندسی پزشکی دارد.

معرفی مباحث کتاب مبانی بیومکانیک

1. بیومکانیک چیست؟ (What is Biomechanics?)

بیومکانیک علمی است که:

قوانین مکانیک کلاسیک (نیوتنی، دینامیک، استاتیک) را

برای تحلیل ساختار و عملکرد سیستم اسکلتی–عضلانی انسان
به کار می‌برد.

کاربردهای بیومکانیک:

تحلیل حرکت انسان (راه‌رفتن، دویدن، پرتاب، پریدن)

طراحی پروتز و ارتز

تشخیص و درمان آسیب‌های ورزشی

ارگونومی و بهینه‌سازی حرکات کاری

رباتیک و طراحی اندام مصنوعی

مدل‌سازی استخوان، عضله و مفاصل

2. مفاهیم سینماتیک در تحلیل حرکت انسان (Kinematics)

سینماتیک بدون درنظر گرفتن نیروها حرکت را بررسی می‌کند.

متغیرهای سینماتیکی:

جابجایی (Displacement)

سرعت (Velocity)

شتاب (Acceleration)

زاویه، سرعت زاویه‌ای، شتاب زاویه‌ای

ابزارهای اندازه‌گیری:

سیستم‌های موشن‌کپچر

ویدئوانالیز

گونیامتر (Goniometer)

سنسورهای IMU

کاربرد:

مطالعه الگوی راه‌رفتن (Gait analysis)

ارزیابی حرکت مفاصل

تحلیل حرکات ورزشی

تشخیص اختلالات حرکتی

3. مفاهیم سینتیک در تحلیل حرکت انسان (Kinetics)

سینتیک نیروها و گشتاورها را در حرکت انسان بررسی می‌کند.

عناصر اصلی سینتیک:

نیروهای داخلی:

نیروهای عضلانی

نیروهای رباطی

نیروهای خارجی:

وزن

نیروی عکس‌العمل زمین

مقاومت هوا

نیروهای برخوردی

معادلات اصلی:

قوانین نیوتن

گشتاور (Moment)

تعادل دوران

کار و انرژی

توان عضلانی (Muscle Power)

ابزار سینتیک:

صفحات نیرو (Force plates)

دینامومتر

EMG (اندازه‌گیری فعالیت عضلانی)

4. بیومکانیک رشد و نمو استخوان (Bone Growth & Remodeling)

استخوان یک بافت زنده و دینامیک است.

انواع استخوان:

استخوان ترابکولار (اسفنجی)

استخوان کورتیکال (تراکم بالا)

فرآیندهای اصلی:

استخوان‌سازی (Ossification)

رشد طولی و عرضی

بازسازی (Remodeling) بر اساس قانون ولف (Wolff’s Law)

قانون ولف:

استخوان خود را براساس نیروهای اعمال‌شده بازسازی می‌کند.

عوامل مؤثر:

بارگذاری مکانیکی

هورمون‌ها (GH، تستوسترون، استروژن)

تغذیه

سن

فعالیت بدنی

بیماری‌ها (پوکی استخوان)

5. بیومکانیک مفاصل استخوانی بدن انسان (Joint Biomechanics)
انواع مفاصل:

فیبری (کم‌حرکت)

غضروفی

سینویال (پرجنب‌وجوش‌ترین و مهم‌ترین)

ویژگی‌های مفاصل سینویال:

غضروف مفصلی

کپسول مفصلی

مایع سینویال

رباط‌ها و عضلات پایدارکننده

رفتار مکانیکی مفاصل:

حرکت‌های لغزشی، چرخشی، لولایی

اصطکاک کم (بسیار کمتر از یخ روی یخ!)

جذب نیرو و توزیع فشار

نقش رباط‌ها در پایداری غیرفعال

نقش عضلات در پایداری فعال

6. بیومکانیک ماهیچه‌های اسکلتی (Skeletal Muscle Biomechanics)
نقش ماهیچه:

تولید نیرو

ایجاد حرکت

حفظ تعادل

کنترل وضعیت بدن

ساختار عضله:

تار عضلانی → فیبریل → سارکومر

پروتئین‌های اکتین و میوزین

رفتار مکانیکی:

رابطه نیرو–طول

رابطه نیرو–سرعت

کشسانی عضله

خستگی عضلانی

تولید توان (Power)

انقباض‌ها:

کانسنتریک

اکسنتریک

ایزومتریک

7. بیومکانیک اندام فوقانی بدن (Upper Limb Biomechanics)
شامل:

شانه (Shoulder)

آرنج (Elbow)

مچ (Wrist)

دست و انگشتان

ویژگی‌ها:

دامنه حرکتی بسیار بالا

کنترل عصبی دقیق

قابلیت تولید گشتاورهای زیاد در شانه

در حرکات ورزشی (پرتاب، شنا، تنیس) اهمیت زیاد

موارد مورد مطالعه:

الگوهای حرکتی پرتاب

نیروهای وارده به کپسول شانه

بیومکانیک آرنج در پرتاب و فشار

نقش تاندون‌ها و عضلات ساعد

تحلیل حرکات ظریف دست در فعالیت‌های دقیق