113年:物治基礎(2)

有關滑雪者穿著滑雪靴向前摔倒時,在滑雪靴頂部發生脛骨骨折的敘述,下列何者錯誤?

A脛骨主要承受彎矩(bending moment)作用
B脛骨的前側產生壓應力及應變
C骨折會先發生於脛骨後方
D脛前肌的收縮可以抵消張應力而避免骨折

詳細解析

本題觀念:

本題考查的是滑雪運動中常見的靴頂骨折(Boot-top fracture)的生物力學機制。這是一種典型的三點彎曲(3-point bending)或懸臂樑(cantilever bending)骨折模式。當滑雪者穿著硬式滑雪靴向前摔倒時,滑雪靴頂部的前緣會成為支點,脛骨則如同槓桿般受力。

選項分析

  • A: 脛骨主要承受彎矩(bending moment)作用

    • 正確。當滑雪者向前摔倒時,腳部被滑雪靴固定,身體重心帶動近端脛骨繼續向前移動。此時,滑雪靴頂部(boot top)作為支點,對脛骨前側施加向後的反作用力,而身體的慣性力則將脛骨近端向前拉,這在脛骨幹上產生了巨大的彎矩(bending moment)。這種彎曲負荷是導致此類骨折的主要原因。
  • B: 脛骨的前側產生壓應力及應變

    • 正確。根據樑的彎曲理論,當物體發生彎曲時,凹面(內側)承受壓應力(compression),凸面(外側)承受張應力(tension)
    • 在向前摔倒的機制中,脛骨如同被折彎的樹枝,滑雪靴頂部抵住脛骨前側(作為支點),脛骨圍繞著這個支點向前彎曲。因此,與靴舌接觸的脛骨前側是受壓側(凹面),承受壓應力
  • **C: 骨

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