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自行车并不能省功,为何却比走着省力?走路要花费很多额外的力气

时间:2022-10-10 10:04:48 | 浏览:315

走路省劲,还是骑车省劲?当然是骑车,否则自行车就没有存在的价值了。自行车虽然是一种简单的代步工具,而且结构也并不复杂,但其却涉及到了很多物理学原理。我们都知道杠杆可以分为省力杠杆和费力杠杆,而自行车就是典型的费力杠杆。不过不要被“费力杠杆”

走路省劲,还是骑车省劲?当然是骑车,否则自行车就没有存在的价值了。

自行车虽然是一种简单的代步工具,而且结构也并不复杂,但其却涉及到了很多物理学原理。我们都知道杠杆可以分为省力杠杆和费力杠杆,而自行车就是典型的费力杠杆。不过不要被“费力杠杆”这个称呼所迷惑,费力杠杆并不代表真的费力,所谓费力杠杆,指的就是在杠杆平衡的条件下,动力大于阻力,动力臂大于阻力臂。因为动力乘以动力臂等于阻力乘以阻力臂,所以费力杠杆表面上费了力气,实际上却省下了距离,归根结底还是省了力。具体到自行车的问题上来,就是主动轮大于从动轮,也就是脚踏上的牙盘大于后轮上的飞轮,以此实现增速。


借助于自行车这个费力杠杆,我们可以在时间相同的情况下,行进更远的距离,所以也就省了力,但自行车的省力不仅于此,即便是不考虑距离,只考虑时间,骑车依旧比走着省力,也就是说同样都是一个小时,走路一小时就要比骑车一小时更累,这又是为什么呢?

这其实是一件比较令人费解的事情,因为任何机械都是不可能“省功”的,只可能浪费更多的功,自行车也不例外,既然自行车不能省功,那么在相同时间下,骑车也就不可能比走路省力。很显然,理论结果与现实情况并不相符,这说明有一些问题被我们忽略了。


从宏观角度来看,走路的确比骑车省功,但人体本身也是一个机械,这个机械会在我们看不见的地方做功。

所谓做功,就是能量由一种形式转化为另一种形式的过程,它要求物体在力的方向上发生移动。从做功的定义上来看,提一桶水上2楼就是做功了,而提一桶水走2公里就是没做功,因为提水桶时力是向上的,所以前者在力的方向上移动了距离,而后者没有。这个结论并没有错,但同样是基于宏观视角作出的结论,而实际上提着一桶水向前走,虽然没有做功,但依旧很累,为什么呢?因为表面上我们没有做功,但我们身体内部的肌肉却一直在做功。


为了能够提着水桶,人体手臂内的细肌丝一直在粗肌丝上滑动,而这种滑动是通过细肌丝上的“横桥”来拨动的,所以表面上人没有做功,实际上人体内的“横桥”一直在做功。

人保持任何的姿势都需要依靠身体的肌肉来实现,不同的姿势所调动的肌肉是不同的,走路时我们是站着的,而骑车时则是坐着的,显然,站着比坐着需要调动更多部分的肌肉,所以站着比坐着费力,走着自然也就比骑车费力。除了姿势浪费了额外的力气以外,走路时还一直在花费额外的力气对抗重力。在一条平直的公路上骑行时,我们是不需要对抗重力的,因为自行车始终是在向前方移动,而并没有向着与重力相反的方向,也就是上方移动,但走路就不同了。


当一个人两腿并拢竖直站立的时候,他的垂直身高是最高的,此时重心也是最高的。

当一个人迈开双腿向前行进时,他的垂直身高便会降低,所以重心也会随之降低。走路本质上就是一个人由双腿并拢到迈开双腿,再到双腿并拢的过程,在这个过程中,人体的重心会不断上下移动,当重心由下往上移动时,人就必须要为克服重力而做功,此时就要耗费额外的力气,这也是走路比骑自行车更为费力的原因之一。这就完了吗?当然没有,走路之所以比骑车更费力,还有第三个原因。


骑自行车是可以匀速运动的,但是走路不行。

从宏观角度来看,走路的确也可以是一个匀速运动,但如果我们将走路的过程拆分来看就有所不同了。我们走出的每一步都要经历速度变化,在我们的脚刚刚落地向下蹬踏的时候,此时的速度是最快的,之后速度便会下降,直到另一只脚落地蹬踏,又会再次加速。所以表面上看起来走路是一个匀速运动,但实际上它是一个加速运动,而且是一个反复的加速运动,我们都知道使一个物体加速需要消耗更多的能量,所以走路自然也就更费力气。现在我们就明白了,骑自行车虽然不能省功,但是由于走路要额外花费很多力气在其他的事情上,所以也就显得比较费力了。

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