第二章 人体的生理特征及运用: 本章学习目的•认识人体尺寸的重要性•了解我国成年人的根本人体尺寸•掌握人体尺寸在系统设计中可采用的方案•掌握人体尺寸在系统设计中应该遵照的程序•了解人体的动态生理特征•运用人体尺寸处置简单的人因工程问题•为后面章节的学习打下根底: 2.1 人体尺寸人体尺寸•我国成年人的根本尺寸•人体尺寸的影响要素•人体尺寸的统计目的•设计中可采取的方案•设计程序: 我国成年人的根本尺寸我国成年人的根本尺寸 •中国成年男子的人体尺寸•中国成年女子的人体尺寸•设计高度与人体高度之比: 中国成年男子的人体尺寸百分位数151050909599身 高1543158316041678175417751814体重（kg）44485059717583眼 高1436147414951568164316641705肘 高9259549681024107910961128坐 高836856870908947958979坐姿眼高729749761798836847868坐姿肘高214228235263291298312坐姿大腿厚103112116130146151160坐姿膝高441456464493523532549坐 深407421429457486494510臀膝距499515524554585595613胸 宽242253259280307315331最大肩宽383398405431460469486坐姿臀宽284295300321347355369坐姿两肘间宽353371381422473489518: 中国成年女子的人体尺寸百分位数151050909599身 高1449148415031570164016591697体重（kg）39424452636674眼 高1337137113881454152215411579肘 高873899913960100910231050坐 高789809819855891901920坐姿眼高678695704739773783803坐姿肘高201215223251277284299坐姿大腿厚107113117130146151160坐姿膝高410424431458485493507坐 深388401408433461469495臀膝距481495502529561570587胸 宽219233239260289299319最大肩宽347363371397428438458坐姿臀宽295310318344374382400坐姿两肘间宽326348360404460478509: 人体尺寸与设备高度编号定义设备与身高之比1 与人同高的设备1/12 设备与眼睛同高11/123 设备与人体竿重心同高5/94 设备与坐高相同6/115 眼睛能够望进设备的高度10/116 能挡住视线的设备高度33/347 站着用手能放进和取出物体的高度7/68 站着手向上伸所能达到的高度4/39 站姿使用方便的台面高度(上限)6/710 站姿使用方便的台面高度(下限) 3/811 站姿最适宜的工作点高度6/1112 站姿用工作台高度10/1913 便于用最大力牵拉的高度3/514 坐姿控制台高度7/1715 台面下的空间高度(下限)1/316 操纵用座椅的高度3/1317 休息用座椅的高度1/618 座椅到操纵台面的高度3/17: 人体尺寸的影响要素人体尺寸的影响要素•性别•年龄•国家•地域•时间: 性别性别 性别对群体尺寸差别的影响也许是最大的。
男女之间的平均身高相差为10厘米以上按95%男性设计的到达高度将有50%以上的女性达不到 : 年龄:身高随年龄的变化 (cm) 年龄(岁)女性男性1-5+36+365-10+28+2710-15+22+3015-20+1+620-350035-40-1040-50-1-150-60-1-160-70-1-170-80-1-180-90-1-1: 国家: 几个国家的男子平均身高(mm) 国别美国原苏联西德英国瑞典法国意大利中国日本身高177217671755175317411711171016801667: 地域:我国六大区域人体身高 (单位: mm) 东北、华北西北东南华中华南西南男子169316841686166916501647女子158615751575156015491546: 时间•随着生活程度的提高，人体的平均高度也在增长我们都感到如今的年轻人比过去的人要高•据统计，过去三十年，日本人的平均身高添加了8厘米之多•我国国家技术监视局的统计结果阐明，我国青少年的身高也有一定的增长 人体尺寸的统计目的人体尺寸的统计目的 •概率分布•平均值•均方差•百分位数: 平均值与均方差的关系方差概率10.68261.650.900020.954430.9987: 百分位数•百分位数是指一个随机变量(某一人体丈量尺寸目的)低于某一给定概率处的值。
•在人因工程设计中常用到的百分位数是5%、10%、50%、90%和95%按5%设计，表示有5%的人的尺寸低于设计尺寸，按95%设计，表示95%的人的尺寸低于设计尺寸 •留意是单侧百位数还是双侧百位数 : 设计中可采取的方案设计中可采取的方案•按人体尺寸的分布 •按人体平均尺寸设计 •按某一百分比设计 •按某部分人设计，为另一部分人提供调整•为某些特定的人设计 : 设计程序设计程序•确定设计对象和目的•确定运用对象 •确定相关的人体尺寸 •决议极限百分比•根据查表或丈量确定所需求的数据•向有关设计人员提供数据 : 2.2 人体的动态生理特征人体的动态生理特征•人的神经系统 •人体的肌肉系统•人的能量供应系统 •脉搏与膂力劳动 : 2.2.1 人的神经系统人的神经系统•神经系统的构造•神经的功能 •肌肉的神经分布 : 神经系统的构造神经系统的构造 人的神经系统可分为中枢神经系统和末 人的神经系统可分为中枢神经系统和末梢神经系统两大部分中枢神经系统包括梢神经系统两大部分中枢神经系统包括大脑和脊髓末梢神经系统包括传入神经大脑和脊髓末梢神经系统包括传入神经〔觉得神经〕、传出神经〔运动神经〕。
〔觉得神经〕、传出神经〔运动神经〕神经系统经过觉得器官〔眼、耳、鼻神经系统经过觉得器官〔眼、耳、鼻 、皮、皮肤等〕获得外界信息，再由传入神经传送肤等〕获得外界信息，再由传入神经传送给中枢神经系统，中枢神经系统做出决议给中枢神经系统，中枢神经系统做出决议后，由传出神经给肢体肌肉下达指令，使后，由传出神经给肢体肌肉下达指令，使其做出相应的运动其做出相应的运动 神经的功能神经的功能 神经系统本质上是一个控制系统，它控制着外部的和内部的运动，并监视着各种觉得器官一个神经细胞的义务取决于它对刺激物的敏感性和它把一个刺激物沿着神经纤维传送的才干，当一个神经细胞遭到刺激时，产生的脉冲沿着神经纤维送到义务中的器官 肌肉的神经分布肌肉的神经分布 每一块肌肉都是经过运动神经和觉得神经与大 每一块肌肉都是经过运动神经和觉得神经与大脑这一控制中心连在一同的运动神经把神经脉脑这一控制中心连在一同的运动神经把神经脉冲〔在这种情况下是运动命令〕从大脑带到骨胳冲〔在这种情况下是运动命令〕从大脑带到骨胳肌肉，在这里它们带来收缩或其他运动指令在肌肉，在这里它们带来收缩或其他运动指令在一块肌肉内，这个神经被分成几个纤维，每一个一块肌肉内，这个神经被分成几个纤维，每一个纤维与几个肌肉纤维连在一同。
每一个运动神经纤维与几个肌肉纤维连在一同每一个运动神经细胞与它们所在的肌肉纤维一同组成一个运动单细胞与它们所在的肌肉纤维一同组成一个运动单位，在做比较精细的技术性义务时，每个运动单位，在做比较精细的技术性义务时，每个运动单位只需位只需3-6个肌肉纤维，而在做重膂力义务的肌肉个肌肉纤维，而在做重膂力义务的肌肉中，一个神经元也许会分布在中，一个神经元也许会分布在100个肌肉纤维上个肌肉纤维上 2.2.2 人体的肌肉系统人体的肌肉系统•人的肌肉构造 •能源的来源 •肌肉运动中的电景象 : 人的肌肉构造•人可以运动是由于有分布在全身的肌肉，它差不多占人身体总分量的40% •肌肉的一个最重要的特点是它可以缩短到正常尺寸的一半左右，这种景象我们称之为肌肉收缩 •每个肌肉纤维收缩时都有一定的力量，一块肌肉的力量是这些肌肉纤维力量的总和人的肌肉的最大力量介于0.3-0.4N/mm2之间 能源的来源•在肌肉的收缩过程中，机械能的产生是由耗费肌肉中储存的化学能转化来的，肌肉义务虚践上是一个化学能向机械能转化的过程能量的释放是由于肌动朊纤维和肌浆球蛋白中的蛋白质分子发生的化学反响而引起它们位置的变化，产生收缩。
收缩的直接能源是在化学反响中含有丰富的磷酸脂由高能外形变为低能外形肌肉内的大部分能源来自于三磷酸腺苷(ATP)，当它转化成二磷酸腺苷时释放出大量的能量肌肉纤维中的另一个化学能源是磷肌酸，它分解成磷酸和肌酸时能释放同样重要的能量 : 肌肉运动中的电景象•静止时肌肉纤维有一个90微伏的电位，被称为静止膜电位 •肌肉开场收缩时，静止电位迅速消逝肌肉纤维的内部开场带正电，这个电位被称为行动电位 •行动电位的产生包括肌肉纤维膜的去极和重新极化两个过程在这期间，肌肉不可以被新的神经命令所刺激起来，所以这段时间又被称作绝对不应期，这段时间继续大约1-3微秒 •肌肉的电景象可以经过放大器，以皮电图的方式记录下来 : 2.2.3 人的能量供应系统•人体的新陈代谢•能量耗费的分类 •各种情况下的能量耗费•能量耗费与安康 : 人体的新陈代谢•人体的一个根本生物过程是新陈代谢，在这个过程中人体从食物中吸收营养，把化学能转换成机械能和热 •原来人体的能量耗费是用千卡(kcal)来丈量的，如今更常用千焦(KJ)来计量两者之间的换算为：1 kcal = 4.187 KJ•人体能量的耗费可以间接地经过人体氧的耗费来进展，由于两者是直接相关的。
当一升的氧在人体内被耗费时，平均有20千焦的能量产生，这被称为氧的热当量 能量耗费的分类 根底代谢：通常将环境温度为18-25℃，人处于清醒、静卧、空腹和排除肌肉活动与精神紧张时的外形称为根底外形根底外形下人的的能耗被称为根底代谢量对于一个体重为70公斤的男性，根底代谢在24小时内大约是7000千焦对于一个体重为60公斤的女性，一天的新陈代谢大约是5900千焦 能量耗费的分类〔续〕 生活能耗：人的日常生活，如起床、吃饭、走动等也要耗费一定的能量，我们把这些日常活动耗费的能量称为生活能耗一个普通男性一天的生活能耗大约是2400千焦，而女性那么为2000-2200千焦 能量耗费的分类〔续〕 义务能耗：膂力劳动一开场，人体内的能量耗费就迅速地添加义务使人能耗的添加量称为义务能耗义务能耗反映了涉及到重膂力劳动时身体的压力程度，它可以用来评价义务的负荷程度、确定需求的休憩时间、比较各种不同工具的效率或不同义务安排的效率 不同职业的能量耗费不同职业的能量耗费工作种类职业例每天的能量消耗 (千焦)男人女人坐着的轻度工作记账员96008400重手工劳动拖拉机驾驶员125009800中等身体运动屠夫1500012000重体力劳动扳道员1650013500极重的体力劳动煤矿工19000－: 不同活动的能量耗费不同活动的能量耗费活动种类活动条件能量消耗(千焦/分钟)走路平地表面光滑，4公里/小时8.8负荷走路30公斤负荷，4公里/小时22.3上楼梯坡度为30度，17.2米/分钟57.5骑自行车16公里/小时22.0锯木60来回/分钟38.0家务劳动打扫清洁8-20: 能量耗费与安康 能量耗费的上限：今天大多数生理学家都把每天的平均总能量耗费20000千焦作作为膂力劳动的合理上限，这对应于平均每个义务日10500千焦的义务能耗。
假设把它平均地分到8小时，对应于每小时1300千焦的义务能耗. : 能量耗费与安康研讨结果阐明，一个安康的男性职员每天应有12000-15000千焦的能量耗费， 对女性职员这个值为10000-12000千焦邮递员、机床的操作人员、制鞋和修鞋者一天的能量耗费属于这个范围，成天坐着义务的人可以经过在业余时间进展锻炼来到达这个值 : 几种体育活动对应的能量耗费几种体育活动对应的能量耗费活动能耗(焦耳/分钟)快走 (5公里/小时)17跑步 (10公里/小时)40-48骑自行车 (20公里/小时)40登山32-40游泳20-40跳舞16-32: 2.2.4 脉搏与膂力劳动 研讨阐明，随着义务强度的添加，心跳的添加将更快假设：环境中的温度更高静负荷的比例更大 包括的肌肉的数目更少: 心跳的规范 Muller思索用总恢复脉搏作为丈量疲劳和恢复的方法，他提出了这样的义务负荷规范：当义务停顿后，应能在15分钟恢复到休憩时程度这个极限可以保证在义务时能量的运用的速度与能量提供的速度是一样的，可以坚持一个稳定外形在这些条件下最大的能量输出就是在一个八小时义务日延续义务的极限 当义务脉搏比休憩时高30次时就到达了一个男性延续义务的极限。
Rohmert等人用自行车测功计发现人的义务脉搏到达稳定外形时为40次/分钟， 即极限为义务脉搏等于40次/分钟，但他们的休憩脉搏是在工人躺下时测的他们还发现4千焦的义务对应于10个义务脉搏 热环境与心跳 在热环境中义务时，心脏和血液循环系统有两项功能: 第一，把能量保送给肌肉；第二，把热从人的体内保送到皮肤心脏和循环系统的这种双重负担在工农业中是很常见的当在25度以上做重膂力劳动时，排除多余的热给心脏添加了一个额外负担 本章作业和思索题•列出至少五项在自行车设计中应该思索到人体尺寸的内容，并对其中的一项内容〔如车凭据的直径〕按本章给出的设计原那么进展设计人体尺寸可采用书中的数据，或上网查阅相关的数据，或经过丈量同窗的相关尺寸获得• 丈量本人的正常脉搏，然后在２分钟之内走完学校田径场〔４００米〕一圈，丈量走完后的脉搏，计算这项运动带来的脉搏增量。