The Way We Walk
http://dx.doi.org/10.1051/epn:2008504
几百年的进化使人类有充足的时间学会走路.行走是四处逛逛的一个相当好的方式,尽管比不了骑自行车.几个明显的特点使我们走得很有效率:我们的胳膊与腿逆相位摆动,这样使总的角动量大致为零.我们腿的摆动的固有频率,对于成人,大约为1Hz.军队正常行军每分钟120步,正好1Hz.如果迈一步是83厘米,相应的行军速度几乎正好是每分钟100米.漂亮!这一事实不能说明公制(米-千克-秒单位制)的优越性,但是,知道这一点对徒步旅行很有用.
从能量上讲,在水平面上行走是个有点特殊的事情, 爬楼梯要克服重力,划船或骑自行车要克服水或空气的阻力.行走特殊之处在于: 我们不需要克服外力.行走时,甚至气动阻力(正比于速度的平方)都可以忽略.我们产生的能量正是我们的身体耗散的能量.
有人可能纳闷,行走为什么还消耗能量.事实上,实验表明,行走过程中新陈代谢功率是每千克身体质量2.5W,这可从吸收的氧气量和产生的二氧化碳量推知.对于成人,这个功率大约为200W.为什么有那么多?这是因为人的行走在力学上是很复杂的,需要许许多多肌肉参与进来,科学家正发展各种理论来解释人的行走的能量消耗.
我们物理学家可以提供一条明显的线索:行走时,人的等效位移是水平的,但是每一步我们的质心被提高了大约4厘米.这可以用来说明代谢消耗功率为什么很高吗?这一简单的解释,感觉上很合理,然而,实验并不支持.密西根大学的rthur D. Kuo做的实验表明,有一种行走方式可以减小质心的位移,但不能减少代谢消耗,甚至使代谢消耗增大.当步长大于或小于我们通常的步长时,代谢消耗功率便上升,换句话,我们通常的走路方式是最有效的方式.
结论看来是很显然了,如果我们想走得最有效率,就不应想着我们学过的物理来优化我们的步伐.我们甚至要什么都不要想,只是走好了.如果对此还不满意,还有一个方法,回家骑车吧.
http://dx.doi.org/10.1051/epn:2008504
几百年的进化使人类有充足的时间学会走路.行走是四处逛逛的一个相当好的方式,尽管比不了骑自行车.几个明显的特点使我们走得很有效率:我们的胳膊与腿逆相位摆动,这样使总的角动量大致为零.我们腿的摆动的固有频率,对于成人,大约为1Hz.军队正常行军每分钟120步,正好1Hz.如果迈一步是83厘米,相应的行军速度几乎正好是每分钟100米.漂亮!这一事实不能说明公制(米-千克-秒单位制)的优越性,但是,知道这一点对徒步旅行很有用.
从能量上讲,在水平面上行走是个有点特殊的事情, 爬楼梯要克服重力,划船或骑自行车要克服水或空气的阻力.行走特殊之处在于: 我们不需要克服外力.行走时,甚至气动阻力(正比于速度的平方)都可以忽略.我们产生的能量正是我们的身体耗散的能量.
有人可能纳闷,行走为什么还消耗能量.事实上,实验表明,行走过程中新陈代谢功率是每千克身体质量2.5W,这可从吸收的氧气量和产生的二氧化碳量推知.对于成人,这个功率大约为200W.为什么有那么多?这是因为人的行走在力学上是很复杂的,需要许许多多肌肉参与进来,科学家正发展各种理论来解释人的行走的能量消耗.
我们物理学家可以提供一条明显的线索:行走时,人的等效位移是水平的,但是每一步我们的质心被提高了大约4厘米.这可以用来说明代谢消耗功率为什么很高吗?这一简单的解释,感觉上很合理,然而,实验并不支持.密西根大学的rthur D. Kuo做的实验表明,有一种行走方式可以减小质心的位移,但不能减少代谢消耗,甚至使代谢消耗增大.当步长大于或小于我们通常的步长时,代谢消耗功率便上升,换句话,我们通常的走路方式是最有效的方式.
结论看来是很显然了,如果我们想走得最有效率,就不应想着我们学过的物理来优化我们的步伐.我们甚至要什么都不要想,只是走好了.如果对此还不满意,还有一个方法,回家骑车吧.
