走路省勁,還是騎車省勁?當然是騎車,否則自行車就沒有存在的價值了。
自行車雖然是一種簡單的代步工具,而且結構也并不複雜,但其卻涉及到了很多物理學原理。我們都知道杠杆可以分為省力杠杆和費力杠杆,而自行車就是典型的費力杠杆。不過不要被“費力杠杆”這個稱呼所迷惑,費力杠杆并不代表真的費力,所謂費力杠杆,指的就是在杠杆平衡的條件下,動力大于阻力,動力臂大于阻力臂。因為動力乘以動力臂等于阻力乘以阻力臂,所以費力杠杆表面上費了力氣,實際上卻省下了距離,歸根結底還是省了力。具體到自行車的問題上來,就是主動輪大于從動輪,也就是腳踏上的牙盤大于後輪上的飛輪,以此實現增速。
借助于自行車這個費力杠杆,我們可以在時間相同的情況下,行進更遠的距離,所以也就省了力,但自行車的省力不僅于此,即便是不考慮距離,隻考慮時間,騎車依舊比走着省力,也就是說同樣都是一個小時,走路一小時就要比騎車一小時更累,這又是為什麼呢?
這其實是一件比較令人費解的事情,因為任何機械都是不可能“省功”的,隻可能浪費更多的功,自行車也不例外,既然自行車不能省功,那麼在相同時間下,騎車也就不可能比走路省力。很顯然,理論結果與現實情況并不相符,這說明有一些問題被我們忽略了。
從宏觀角度來看,走路的确比騎車省功,但人體本身也是一個機械,這個機械會在我們看不見的地方做功。
所謂做功,就是能量由一種形式轉化為另一種形式的過程,它要求物體在力的方向上發生移動。從做功的定義上來看,提一桶水上2樓就是做功了,而提一桶水走2公裡就是沒做功,因為提水桶時力是向上的,所以前者在力的方向上移動了距離,而後者沒有。這個結論并沒有錯,但同樣是基于宏觀視角作出的結論,而實際上提着一桶水向前走,雖然沒有做功,但依舊很累,為什麼呢?因為表面上我們沒有做功,但我們身體内部的肌肉卻一直在做功。
為了能夠提着水桶,人體手臂内的細肌絲一直在粗肌絲上滑動,而這種滑動是通過細肌絲上的“橫橋”來撥動的,所以表面上人沒有做功,實際上人體内的“橫橋”一直在做功。
人保持任何的姿勢都需要依靠身體的肌肉來實現,不同的姿勢所調動的肌肉是不同的,走路時我們是站着的,而騎車時則是坐着的,顯然,站着比坐着需要調動更多部分的肌肉,所以站着比坐着費力,走着自然也就比騎車費力。除了姿勢浪費了額外的力氣以外,走路時還一直在花費額外的力氣對抗重力。在一條平直的公路上騎行時,我們是不需要對抗重力的,因為自行車始終是在向前方移動,而并沒有向着與重力相反的方向,也就是上方移動,但走路就不同了。
當一個人兩腿并攏豎直站立的時候,他的垂直身高是最高的,此時重心也是最高的。
當一個人邁開雙腿向前行進時,他的垂直身高便會降低,所以重心也會随之降低。走路本質上就是一個人由雙腿并攏到邁開雙腿,再到雙腿并攏的過程,在這個過程中,人體的重心會不斷上下移動,當重心由下往上移動時,人就必須要為克服重力而做功,此時就要耗費額外的力氣,這也是走路比騎自行車更為費力的原因之一。這就完了嗎?當然沒有,走路之所以比騎車更費力,還有第三個原因。
騎自行車是可以勻速運動的,但是走路不行。
從宏觀角度來看,走路的确也可以是一個勻速運動,但如果我們将走路的過程拆分來看就有所不同了。我們走出的每一步都要經曆速度變化,在我們的腳剛剛落地向下蹬踏的時候,此時的速度是最快的,之後速度便會下降,直到另一隻腳落地蹬踏,又會再次加速。所以表面上看起來走路是一個勻速運動,但實際上它是一個加速運動,而且是一個反複的加速運動,我們都知道使一個物體加速需要消耗更多的能量,所以走路自然也就更費力氣。現在我們就明白了,騎自行車雖然不能省功,但是由于走路要額外花費很多力氣在其他的事情上,所以也就顯得比較費力了。
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