Fr.: biomécanique; Du.: Biomechanik; Eng.: biomechanics), in engere zin die tak der wetenschap die zich bezighoudt met de mechanica en de mechanische aspecten van biologische problemen of levende organismen. Het is een vakgebied dat in zijn huidige vorm nog vrij jong genoemd mag worden en dat ontstaan is door samenwerking van verschillende vakdisciplines.
De biomechanica wordt naar voorbeeld van de mechanica onderverdeeld in: Biostatica, de evenwichtsleer in biologische systemen, en behandelende de evenwichtsvoorwaarden voor lichamen waarop krachten werken (gebruikte eenheden: lengte en kracht).
Biodynamica, de leer die zich bezighoudt met beschouwingen van in beweging zijnde biologische systemen (gebruikte eenheid: tijd, naast lengte en kracht).
Rondom de uitgestrektheid van het vakgebied der biomechanica bestaan nog vele meningsverschillen; een groot deel daarvan is gelegen in de vraag wat men tot het vakgebied mag rekenen, wat weer zijn oorsprong vindt in de betekenis die wordt toegekend aan het woord mechanica. In de Angelsaksische landen vooral wordt het hele terrein van de werktuigbouwkundige ingenieur (theoretische plus toegepaste mechanica) gevangen onder het woord mechanical engineering, of mechanics (werktuigkunde). Aangezien het Engels de toonaangevende taal is, ook op het gebied van de biomechanica, is een logisch gevolg dat men hier meer onder verstaat dan alleen de theoretische en toegepaste mechanica: zowel de sterkte-eigenschappen qua opbouw van bepaalde biostructuren als de materiaaleigenschappen van die biostructuren. Dit laatste nu zou men met evenveel recht alleen onder de ‘biomaterials’ kunnen laten vallen.
Wat is het wezenlijke verschil tussen de klassieke mechanica en de biomechanica? De ontwikkeling of het ontwerp van een bepaald mechanisme vindt plaats op grond van principes uit de mechanica waarbij er van uitgegaan wordt dat het materiaal homogeen (gelijksoortig) en isotroop (in alle richtingen dezelfde eigenschappen) is. Verder zijn de bewegingen in een constructie altijd lineair, cirkelvormig of harmonisch, terwijl optredende krachten en momenten doorgaans constant zijn. In biologische structuren treft men deze geïdealiseerde vorm nooit aan. Het materiaal is nagenoeg altijd niet-homogeen en anisotroop.
De opbouw van een gewricht is geometrisch gezien meestal niet zo simpel waardoor zowel de beweging van, als het krachtenspel rondom zo’n gewricht doorgaans vrij gecompliceerd is. Ook de kracht van een spier kan zowel bij, als zonder een verplaatsing van zijn aangrijpingspunt in grootte variëren.
Overzicht.
Leonardo da Vinci is een van de eersten geweest die zich naast de descriptieve anatomie ook bezighield met datgene wat tegenwoordig functionele anatomie wordt genoemd, d.w.z. het bestuderen van de anatomische functie van bepaalde systemen en dan toegespitst op de mechanische aspecten daarvan, bijv. het bestuderen van het menselijk en dierlijk bewegingsapparaat.
In de 18de eeuw stelden wiskundigen en fysici als Bernoulli, Euler en Coulomb mathematische formuleringen op en trachtten de capaciteit van de menselijke arbeid te optimaliseren als functies van kracht, snelheid en tijd. De Fransman Marcy bestudeerde in de 2de helft van de 19de eeuw met behulp van een camera met discontinu filmtransport o.a. de fysiologie (de leer van de normale levensverrichtingen) van het bewegen. Rond 1900 verschenen er een aantal studies van o.a. Braun, Fischer, Fick en Strasser, allen meer vanuit de morfologische richting bezien.
De Amerikaanse orthopedist Steindler en de Duitser Pauwels beschrijven de gewrichten zoals ze werkelijk zijn (meestal niet rotatie-symmetrisch); zij voeren wel uitwendige krachten in, maar beschouwen het geheel toch in statische toestand. De Rus Bernstein bestudeerde de biomechanica van het loopproces (gangbeeld); in 1935 stelde hij grondregels op aangaande zelfregelende systemen (‘feedback’ in regelprocessen) waardoor hij meer een van de voorlopers van de biocybernetica is.
De Zwitser Wartenweiler stelt dat biomechanica meer is dan louter de mechanica van het bewegen; het is meer het besturen van de beweging. Toch was er in die beginjaren (rond 1930) waaruit later de huidige biomechanica is voortgekomen, een wezenlijk verschil in uitgangspunt: men bestudeerde en beschreef biologische systemen door middel van technische onderzoekingen met het doel nieuwe en produktievere werkwijzen of systemen voor de techniek te vinden. In 1958 omschreef Harold Beck het doel nog aldus: de aanwending der kennis van de functie en de structuur van levend organisme om te komen tot de ontwikkeling en optimalisering van technische systemen. Dit geldt thans niet meer als hoofddoel.
Rond 1950 ging een grote groep van wetenschapsmensen (morfologen, fysiologen, zowel als technici) in Amerika het menselijk bewegen bestuderen. Men werkte hier ten dienste van terreinen als: traumatologie (ongelukken), beoefening van en begeleiding in de sport, revalidatie en orthopedie.
Naar aanleiding van een indeling in Journal of Biomechanics dienen thans tot de biomechanica gerekend te worden: bij vloeistoffen het transport van bloed en urine; bij materialen zowel de mechanische eigenschappen van biologisch materiaal als geïsoleerde specimen van zachte weefsels en bot; bij prothesen en orthesen de determinatie van krachten werkend op de pro- of orthesen; op het gebied van vaste-stofmechanica spanningsanalysen enz.