2008م - 1444هـ


Static Forces 1

1.1 Equilibrium and Stability ................................ 2

1.2 Equilibrium Considerations for the Human Body........... 3

1.3 Stability of the Human Body under the Action of an

External Force.......................................... 4

1.4 Skeletal Muscles........................................ 7

1.5 Levers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9

1.6 The Elbow . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11

1.7 The Hip. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15

1.7.1 Limping ........................................ 17

1.8 The Back . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17

1.9 Standing Tip-Toe on One Foot . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19

1.10 Dynamic Aspects of Posture . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19

Exercises . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21

2 Friction 23

2.1 Standing at an Incline . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25

2.2 Friction at the Hip Joint . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26

v

vi Contents

2.3 Spine Fin of a Catfish . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27

Exercises . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29

3 Translational Motion 30

3.1 Vertical Jump. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32

3.2 Effect of Gravity on the Vertical Jump . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35

3.3 Running High Jump. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36

3.4 Range of a Projectile . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37

3.5 Standing Broad Jump . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37

3.6 Running Broad Jump (Long Jump) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39

3.7 Motion through Air . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40

3.8 Energy Consumed in Physical Activity . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42

Exercises . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43

4 Angular Motion 45

4.1 Forces on a Curved Path . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45

4.2 A Runner on a Curved Track . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47

4.3 Pendulum . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48

4.4 Walking . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50

4.5 Physical Pendulum. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51

4.6 Speed of Walking and Running. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52

4.7 Energy Expended in Running . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54

4.8 Alternate Perspectives on Walking And Running . . . . . . . . . . . 56

4.9 Carrying Loads. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 58

Exercises . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 59

5 Elasticity and Strength of Materials 61

5.1 Longitudinal Stretch and Compression . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 61

5.2 A Spring . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 62

5.3 Bone Fracture: Energy Considerations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 64

5.4 Impulsive Forces . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 66

5.5 Fracture Due to a Fall: Impulsive Force Considerations. . . . . 67

5.6 Airbags: Inflating Collision Protection Devices . . . . . . . . . . . . 68

5.7 Whiplash Injury . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 69

5.8 Falling from Great Height . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 70

5.9 Osteoarthritis and Exercise . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 70

Exercises . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 71