- 趣味物理學
- (俄)別萊利曼著 余杰編譯
- 1241字
- 2021-10-29 17:59:20
2.走路與奔跑
人對一生中每天都要做很多次的動作肯定再熟悉不過了,大部分人都這么認為,但實際上并非如此。走和跑是我們最熟悉的兩種運動,不過我們在走和跑時,到底是如何移動自己的身體的呢?這兩種移動方式之間有什么區別,有多少人能夠清楚地認識到這一點?我們不妨聽一聽生理學家是如何講述走和跑這兩種移動方式的。我覺得,大部分人會覺得這段敘述非常新鮮。
比如,一個人正在用右腳站立。讓我們想象一下,他稍微抬起腳跟并將軀干向前傾斜。顯而易見,在這樣的姿勢下,從重心所作的垂線肯定超過支撐底面的范圍,人就會朝前面傾倒。不過就在即將倒下的瞬間,他將停留在空中的左腳抬起,快速朝前面邁步,踏在沿著重心所作的垂線前方的地面上,因此,垂線再一次進入兩只腳的支撐面外緣連線的范圍以內,人重新找回了平衡,又向前邁進了一步(如圖17)。

圖17 人行走時身體的連續動作
他完全可以一直保持這種累人的姿勢。不過,假如他想接著向前走,他就要繼續向前傾斜身體,從支撐面的范圍內排除從重心所作的垂線,當出現傾斜危險時,再次邁出腳步,不過這次邁出腳步的不是左腳而是右腳,按照這個步驟以此類推。所以,走路就是一步一步向前傾斜,之前在后面的腳維持身體的平衡,可以防止再次摔倒。
我們繼續認真觀察一下這個過程。假如我們已經邁出了第一步,此時此刻我們的右腳還在地面上,而左腳已經踩到地面了。只要步幅比較大,右腳跟就得略微抬起,正是因為略微抬起腳跟的動作,身體才能打破平衡,向前方傾斜。最先踏在地面上的左腳部分是腳跟,當整個腳掌完全踏在地面上時,右腳已經在空中了。與此同時,膝部的左腿略微彎曲,它又因為股三頭肌的收縮,而在頃刻間同地面垂直,致使略微彎曲的右腳能夠在不離開地面的情況下向前方邁進,并且為了接著邁步而借助身體的運動讓腳跟著地。
這時候,左腳僅僅依靠腳趾頭支撐著地面,并且迅速抬向空中。又開始了與之前一樣的動作(如圖18)。

圖18 行走時雙腳動作示意圖:A線表示一只腳的動作,B線表示另一只腳的動作,垂直A、B的線表示腳支撐地面的時刻,弧線表示腳在空中的時刻。從圖上可以看出,在a時段中雙腳支撐地面;在b時段中A腳在空中而B腳支撐地面;c時段中雙腳再次同時支撐地面。走得越快,a、c時段越短(請與圖20比較)
奔跑和走路的區別在于,原本站在地面上的腳因為突然的肌肉收縮而強力地彈直,將身體向前方彈去,讓身體在瞬間脫離地面,然后身體再一次向下落,用另一只腳接觸地面(如圖19)。當身體抬到空中時,另一只腳已經迅速地移動到前方。由此得知,奔跑是一系列從一只腳到另一只腳的跳躍循環(如圖20)。

圖19 人奔跑時身體的連續動作

圖20 奔跑時雙腳動作示意圖(與圖18比較)。從圖中可以看出奔跑時有時候(b, d,f)雙腳騰空
有些人通常所說的在平地上走路消耗的能量等于零,這樣的說法并不正確,因為走路的人每邁出一步,他的身體的重心就要上升幾厘米。由此計算出,步行者在平地上行走時所做的功,差不多是他將身體提升到一定的高度時所做的功的十五分之一,這樣的高度和步行者走過的距離相一致。