Når du kommer ned, skal du imidlertid udøve en tilsvarende kraft for at forhindre dig selv i at accelerere og ramme jorden …

Helt korrekt.

Så er det faktum, at stigende trappe almindeligvis opfattes som væsentligt mere udmattende end at nedstige de samme trapper rent biomekanisk ting, f.eks. at have led i stedet for muskler absorbere / modvirke kinetisk energi?

Højre. Når du går op ad trappen, skal du udøve store kræfter ved dine store muskler. Når dine ben hæver din torso, leverer dine muskler tilstrækkelige kræfter (med en energipris) til at gøre det.

Når du går ned ad trappen, er det ikke det modsatte af at stige op. I stedet for at bruge dine store muskler til at bremse, vil de fleste tage et rettet ben og plante det på det nederste trin. Retardationen opnås ved plastisk deformation i leddene, væskeforskydning i din fod og materialerne i dine sko og gulvet. Der er stadig noget energibehov på musklerne til koordination og bevægelse af benene, men det er betydeligt mindre, end hvis musklerne udførte decelerationsarbejdet.

Kommentarer

• det meste af ” plastisk deformation osv. ” bruger spredt energi fra det gendannede fra potentialet. Det er den dygtige, retningsbestemte brug af musklerne til at stoppe med at rulle, der har brug for nyt kalorieindgang, hvilket ikke er meget.
• ” plastisk deformation i leddene ” Virkelig? Det ser ud til, at det ville være meget hurtigt at beskadige kroppen.
• @JMac, ” Plast ” i modsætning til ” elastisk “. Ideen er, at energi spredes, så enhver sener eller strukturer, der fungerer som fjedre og returnerer energi, hjælper ikke ‘. Men brusk, der deformeres, gør det. Det ‘ er ikke beregnet til at antyde, at der opstår skade.
• Som et måske illustrativt ” tankeeksperiment “, bemærk at selv en død eller ubevidst menneskekropp stadig er i stand til at tumle ned ad en trappe (og komme til at hvile i bunden). Det er således klart, at aktivt muskelarbejde ikke er nødvendigt for at sprede den potentielle energi, der opnås ved at gå ned ad trappen. (For et mere praktisk eksperiment skal du erstatte en sæk kartofler eller hvad som helst; næsten ethvert ikke-elastisk materiale vil have samme kvalitative opførsel.)
• @DavidScarlett: Sørg for, at det ‘ et meget lille skridt eller bare et vandret skridt. Jeg er bekymret for, at folk kan skade sig selv ved at lande med led, der er låst selv på et enkelt trin i en normal trappe, hvis de virkelig falder ned (ikke bruger bagbenet til at bremse dem før stød.)

du er nødt til at udøve en tilsvarende kraft for at forhindre dig selv i at accelerere og ramme jorden

Som dyr bruger vi kalorier på at gå op og få potentiel energi. Træthed er et mål for brugte kalorier. Ideelt set går ned ingen kalorier, og vi har ikke udviklet os til at tage dem tilbage. Bortset fra et par kalorier er der brug for i interaktionen med friktionskræfter og en vis dygtighed til at overføre den overskydende energi til trinene.

Tænk på skiløb. At komme op ad bakken til fods har brug for en masse kalorier, (tro det eller ej tilbage i 1958, jeg blev lært at gå op med ski) for at kontrollere hastigheden, der glider ned nogle få, og nogle færdigheder (det er derfor på det kursus, Jeg gik fint op, men endte i en splat i bunden af bakken uden færdigheder). Energien er returneringen af de anvendte kalorier for at gå op (godt delvist, friktion optager en del af det).

Rediger efter redigering af spørgsmål:

Den eneste grund til, at jeg introducerede hastighed i spørgsmålet var at vise, at du faktisk skal bruge energi på at gå nedenunder

Du er ab initio forudsat at hastigheden tager energi fra dine muskler. Den nedadgående hastighed opretholdes ved at mindske den potentielle energi trinvist ved at gå et trin ned. Det bliver til din krops hastighed, når du rammer det trin, en normal kraft hopper en kugle tilbage, du er nødt til at bruge lidt muskelenergi for ikke at hoppe, men på ingen måde lig med den nødvendige energi til at bære din vægt op et trin.

Jeg er ganske sikker på, at friktion ikke spiller en væsentlig rolle i dette tankeeksperiment.

Forkert. Friktion spiller en meget vigtig rolle i at gå, klatre op eller ned. Har du prøvet at gå på is?

Nej, jeg argumenterer ikke for, at faldende er subjektivt mindre udmattende, jeg spørger, hvorfor det er mindre udmattende

Det er mindre udmattende, fordi der er behov for mindre energi fra kroppens muskler, der er nødvendigt for at lede vejen til nedstigning for at kontrollere frigivelsen af energi fra den inkrementelle sænkning af kroppens potentielle energi. Direktion er meget mindre energiabsorberende end løft.

Der kommer ingen “fri” eller “automatisk” normal kraft fra trappen, der forhindrer dig i at accelerere.

Du har betalt for at gå op ad trappen. Den inkrementelle hastighed ved at sænke kroppen et trin ad gangen rammer trinnet, og der oprettes en normal kraft fra stødet, ikke fra musklerne. Musklerne har brug for at kontrollere imod det, så du ikke hopper som en kugle, men det er mindre energi end det potentielle trin på grund af friktion, der optager det meste af det.

Som flere mennesker påpegede, har vi som mennesker ikke nogen måde at bruge eller genkonvertere vores lagrede potentielle energi til at bremse os selv.

Nej , men vores krop er smart nok, når vi er i en hastighedssituation til at bruge lidt muskelenergi på at lede, hvor den hastighed går. Hastigheden, der kommer fra accelerationen af at falde fra trin til trin, omdannes til friktion (ingen glidesko hjælper) og en hoppe af kroppen på grund af den normale kraft, alt spist op i friktion og stråling. Den nye energiindsats er lille med hensyn til den energi, der bruges til at få et højt potentiale. Se skieksemplet ovenfor.

Efter den tredje redigering er her et simpelt eksempel:

1) Tag en halv oppustet kugle, der vil hoppe et par gange og stoppe på et fladt gulv .

2) Løft det ovenpå, ved siden af kanten. Potentiel erhvervet energi.

3) Giv det et lille skub bare for at falde på det næste trin: en lille smule energi brugt.

Det vil hoppe ned ad trappen uden ekstra energi og afhængigt af hvor deflateret det er, kan det nå jorden eller stoppe imellem på grund af at den normale kraft er større end gevinsten af kinetisk ved potentiel energi fra faldet på et trin.

Kommentarer

• Jeg tror, at skieksemplet viser nøjagtigt, hvorfor du har brug for at bremse – ellers konverterer du stort set alt dit potentiale til kinetisk energi. Mit argument er, at bremsning tager matematisk nøjagtigt den samme mængde energi.
• @Daniel og mit argument er, at du genvinder den brugte energi og bruger den til at bremse, som du ville gøre med skiløb, bare bruge en lidt ny energi ved at dreje anklen for at grave dybere ned og bremse hastigheden. det er den oprindelige energi, der bruges til at nå det højere potentiale, givet bremsefriktionen.
• et enklere eksempel: en spand vand har potentiel energi på toppen af bakken, hæld den, og den bruger potentiel energi, der løber ned ad bakken. I tilfældet med trappen ruller vi ikke ned, men bruger den potentielle energi trinvis trin for trin med friktion og rygspredning af fødder på trin. Nogle kalorier bruges i muskler, der træder ned, men ingen måde så meget som at gå op.
• @ Daniel nej det gør det ikke ‘ t, friktion tager sig af det for dig
• Ville ‘ ikke det meste af friktionen, når du går ad trapper både op og ned (i det mindste friktionen mellem dine fødder og trin) være statisk friktion , hvilket betyder, at den kun overfører potentiel og kinetisk energi mellem jorden og personen og ikke til varme? På den anden side ved jeg ikke, om der er friktion internt i benene.

Det er biomekanisk.

Nå, det er entropisk.

Gravitationspotentiel energi er virkelig energi af høj kvalitet (lav entropi). Det er virkelig let at konvertere det til at udføre næsten vilkårligt arbejde.

Når vi går ned, omdanner vi den tyngdepotentiale energi til varme ved at gennembløde den med vores elastiske knogler og ledbånd. Dette er en let konvertering, da vi går fra lav entropienergi til høj entropienergi.

Nu udføres noget muskelarbejde ud over blot at absorbere stødene; dette holder os afbalanceret og i kontrol, når vi stiger ned.

At gå op, energimæssigt, er der intet, der forhindrer os i at afkøle vores muskler, ledbånd og knogler og bruge det til at springe op ad trinene og generere tyngdekraften . Men det ville være i strid med termodynamikens love, nemlig at konvertere energi med høj entropi til energi med lav entropi.

I stedet er vi tvunget til at konvertere vores lagrede kemiske energi – ATP og andre – til kinetisk energi, som vi derefter omdanner til tyngdepotentialenergi.

Vores ATP (og andre lagrede kemiske) energireserver er opbrugt, og vi føler os trætte.

Den biomekaniske måde, dette realiseres på, indebærer, hvordan vi klatrer og ned; du kunne sandsynligvis gøre noget væsen, der ikke er meget effektiv til at komme ned og bruger muskler hele vejen.

Der er mennesker, der går “ned ad trappen” ved at glide ned ad en gelænder og kun brænde energi for at generere friktion mod bannisten. Dette er sandsynligvis den mest effektive måde for nogen at gå ned ad trappen.

Grundlæggende kan man ikke klatre så effektivt som man kan stige ned.

Energi er ikke t anvendt , det overføres og konverteres. “Tilgængelig” energi er energi af høj kvalitet med lav entropi. Du ”bruger” aldrig energi på noget (andet end at skabe hvilemasse, hvis du ikke taler om ækvivalens mellem masse og energi), i stedet konverterer du laventropienergi til en blanding af laventropienergi af en anden form og højere entropi -energi “tab”.

• Dine muskler udøver mere kraft, når de stiger op end nedad:

Når de går nedenunder, skal de udøve en kraft mindre end tyngdekraften for at kontrollere din hastighed, mens når de går ovenpå, skal den kraft, de udøver, være mindst lig til din vægt, så du kan stige op. Så dine muskler gør mere arbejde stigende end faldende, bevægelserne er typisk ikke symmetriske .

At “gælder især fordi bremsekraften (for” faldet “fra trin til trin, leveret af trin” s normal kraft ) ikke er en reaktion fra en kraft, der udøves af dit ben muskler – du kan ramme træk lige ben og lad slagkraften spredes passivt gennem din krop, og brug meget lidt energi i processen, som det er forklaret i BowOfRed svar .

• Det naturlige energitab hjælper dig med at holde en behagelig hastighed nedad, mens det ” et tab, du skal kompensere for, når du går ovenpå.

• Og ja, der er også helt sikkert også nogle biomekaniske aspekter i spil. hvor for eksempel hvor meget mere trættende det er at komme ned i slowmotion: at gå meget langsomt nedenunder er næppe lettere end at gå ovenpå i samme hastighed – det øger symmetrien mellem begge bevægelser.

Kommentarer

• Kommentarer er ikke til udvidet diskussion; denne samtale er flyttet til chat .

Svaret er simpelt:

-> At gå op sker ved muskelarbejde .

-> At gå ned sker (for det meste) ved at stødabsorberende .

Forklaring:

Når man går op, bøjer man knæene og skal derefter bruge en betydelig mængde kraft (afhængigt af ens vægt) for at få benet lige og løfte sig selv til næste trin.

Gå ned (ideel , forenklet tilfælde), først bruger man tyngdekraften til at rette sit ben op og derefter slapper af musklerne i det andet ben og begynder at falde.Før han får en farlig faldende hastighed (afhængigt af trinens højde) rammer det lige ben det næste trin, og al energi spredes af dine kropsstødabsorberende systemer.

Med andre ord, at gå ned er lavet af små spring. Jeg kalder det ideal case, da denne konfiguration resulterer i mindst mulig brug af muskelkraft til at gå nedenunder. I virkeligheden bruger man dog stadig noget muskelenergi til at rette benet op, holde det stift osv. Stadig, hvilket er betydeligt mindre end den krævede energi til at løfte dig selv op.

Arbejdet udført er lig med kraften udøvet gange afstand flyttet i retning af kraften .

Du har ret i, at (til en første tilnærmelse) er de kræfter, der udøves, når de går op og ned, de samme: i begge tilfælde (igen, til en første tilnærmelse) har du en krop bevæger sig med konstant hastighed – hvad enten det er opad eller nedad – underlagt tyngdekraften, så der skal være en opadgående kraft, der matcher tyngdekraften.

Problemet er, at når de stiger op, udøver musklerne (sener, ledbånd, knogler osv. – hele kroppens “maskine”) en nedadgående kraft, mens de bevæger sig opad, så de mister / bruger energi ; når den falder ned, er kraften stadig nedad, men nu bevægelsen er også nedad, så musklerne (osv.) modtager / vinder energi.

Nu, som du ved, kan musklerne ikke arbejde i omvendt retning: de er gode til at konvertere kemisk energi til mekanisk energi , men du kan ikke indsætte mekanisk energi og få kemisk energi ud igen. Men det betyder ikke, at de ikke kan tage energi: de kan, og de gør dette ved at blive varme.

Det er også rigtigt, at musklerne kræver energi for at fungere, uanset om de gør noget nyttigt arbejde eller ej. Men det er ikke sandt, at den krævede energi til en muskel til at udøve en bestemt kraft er konstant: meget groft vil der være en overhead af “spildt” energi $ W (F) t $ for en given kraft over en given tid, plus alt arbejde udført af musklen gennem bevægelse $ F \ cdot x $. Hvis muskelen ikke bevæger sig (tænk at skubbe mod en mur), bruger du kun $ W (F) t $; hvis du laver faktisk arbejde (så musklen bevæger sig ved at trække sig sammen) er det $ W (F) t + F \ cdot x $. Spildet vil sandsynligvis være ens ved at gå op og ned ad trapper, men det arbejde, der udføres af musklerne ikke.

Kommentarer

• Dette er det rigtige svar. OP er forvirret ved at ignorere tegn på energi. Grundlæggende siger OP ” op eller ned: samme kraft, samme afstand, så samme arbejde “. Men det skal være ” samme kraft, modsat afstand, så modsat arbejde “.
• Meget sandt: Når man går nedenunder skal man kaste overskydende energi ! (Eller man ville i OP ‘ s ord blive en våd plet i bunden.) Det kan f.eks. være en væsentlig udfordring når de løber ned ad en stejl skråning. Nogle overlevende fra Everest-katastrofen i 1996 gled stort set ned ad skråningerne til lejren. De kunne aldrig nogensinde have klatret samme vej op: De var for udtømt.

For eksempel på trappen tænkte jeg med hensyn til drejningsmoment.

Når du vil stige op, skal du placere dit ben bøjet i det øverste trin, og så tager du impuls til at hæve det andet ben til den samme palce eller endda det næste trin. Når du gør det, skal du kompensere for det drejningsmoment, som tyngdekraften producerer på dit tidligere knæ.

Imidlertid hjælper tyngdekraften dette drejningsmoment til at nå det nederste trin, når du afspiller det. Jeg ved ikke, om dette er rigtigt, men det er det, der kom mig op.

Når du kommer ned, overfør energien, du behøver ikke at levere (næsten) noget. Det lille energi, du har brug for, er det, der kræves til at håndtere og kontrollere overførslen (og nedstigningen); resten kommer fra gravitationspotentiel energi og vil blive overført som mekanisk energi og / eller spredt som varme. Mekanisk overførsel i led og muskler kan føre til traumer, der kan opfattes som pårørende til træthed eller træthed.

Du kunne i teorien genvinde energi, når de falder ned, men virkelig behøver du ikke. Det bedste du kan gøre er at genbruge noget elastisk energi fra et trin til at drive det næste trin (der er flere teknikker, der klatrer ned, der lærer, hvordan man bevæger sig for at gøre dette så yndefuldt, sikkert, hurtigt eller billigt som muligt. Bremsning ved at bøje og at strække sig med overbenet – sidstnævnte mod tyngdekraften – er dyrere end at absorbere chokket med foden og underbenet og glide ned fra det ene trin til det næste).

En masse energi spredes i skoens såler (prøv at gå ned ad en lang trappe med trælister i stedet for løbesko, hvor dine benmuskler skal løfte slakken), uanset hvad der dækker træder sig selv, i trinene selv, hvis de er elastiske nok osv.

Så selvom du kan komme ned effektivt eller ikke så effektivt, og blive træt og / eller ømme ved at gå ned, er den energi du bruger nedad er kun en brøkdel af det, du har brug for at gå op, når du skal levere det gravitationel potentiel energi fra dine egne kemiske butikker.

Hvis du var en perfekt stiv krop på perfekt stive trapper med et stempelspjæld i begge knæ, ville du bruge meget lidt energi på at glide fremad og falde på næste trin, og så falder du på det, dæmperne absorberer chokket og spreder det som varme.

Kommentarer

• Der oprettes ikke energi eller ødelagt. Alt energiforbrug er overførsel.

Jeg tror, spørgsmålet kan forenkles ved at stille spørgsmålet overvejer forskellen mellem opad og nedad del når laver squats .

Lad os først overveje en meget enkel model: En lodret fjeder hængende fra loftet og en masse hængende fra fjederen, der trækker fjederen nedad. Når massen går nedad, øges den potentielle energi på fjederen. Når massen går opad, falder den potentielle energi på fjederen. Det er, selvom fjederen i begge tilfælde udøver de samme kræfter. Kraft fungerer ikke. Prikproduktet af kraft og forskydning er arbejde.

Med andre ord: Når en fjeder (eller en muskel) udøver en kraft, betyder det ikke nødvendigvis, at den udfører noget arbejde. Den virker kun på en udvendig genstand, hvis kraften bevæger noget .

Gå nu tilbage til en rigtig muskel. Ligesom foråret i vores eksempel, fungerer en menneskelig muskel, når den forkortes, og arbejdet er positivt, fordi kraften, der udøves af musklen, er i retning af forskydningen.

Dine ben er tilsluttet på en sådan måde, at når du gør squats opad, kan du forkorte visse muskler og dine ben ret. Så som jeg forklarede, Når man går opad, udfører musklerne mekanisk arbejde .

Når man går ned, kraften er i samme retning, men forskydningen er modsat. Derfor når man går nedad, mekaniker ical arbejde udføres på musklerne. Dette kan være svært at forstå, men nu kommer den biomedicinske del: I modsætning til foråret kan den menneskelige muskel ikke lagre den energi, den får dette måde, og energien bliver bare til varme. Derudover er spændte muskler nødt til at generere varme, selvom de er statiske eller forlænger . Derfor har det brug for energi at gå nedad.

Du kan prøve det derhjemme. (Det kan være lettere at observere, hvis du bruger en enorm ekstra vægt, som du ikke er vant til, men jeg kan ikke anbefale det af medicinske grunde.) Hvis du squats meget langsomt, er den nødvendige energi til at generere varme, fordi biomekaniske årsager dominerer, og at gå ned føles næsten lige så hårdt som at gå op. Hvis du squats meget hurtigt, dominerer den energi, der er nødvendig for at generere mekanisk arbejde , og det føles meget lettere at gå ned.

Kommentarer

• Kan downvoter forklare årsagen?
• Som en person, der squat , Jeg synes, det er det bedste svar på spørgsmålet, men på grund af problemets biologiske natur har Physics Stack Exchange muligvis ikke været det bedste sted for spørgsmålet.

Der er betydelige ændringer i dit indlæg, så jeg er nødt til at foretage betydelige ændringer for at adressere dem, fordi spørgsmålet er interessant.

Lad os skære i hjertet af dit spørgsmål.

For at gå fra punkt A, bunden af trappen til punkt B, toppen af trappen, skal vi udøve $ mg \ Delta h = mg (BB) $ energi for at gøre det. Under klatring vil vi konvertere den kemiske energi i kroppen / musklerne til at gøre dette. Som du har bemærket, er der ingen måde at komme ned ad trappen uden spreder $ mg (BA) $ energi. Det er fysisk umuligt at oversætte en vis højde uden at aflade mindst $ mg \ Delta h $ Spørgsmålet er, hvor meget af $ mg (BA) $ har min krop brug for at levere i form af kemisk energi?

Sig, at jeg tager et reb og en remskive med en bremse for at begrænse min hastighed Friktionen mellem bremsen vil sprede mindst $ mg \ Delta h = mg (BA) $ værdi af energi.At omdanne mekanisk friktion til varme.

Sig, at du hopper (fra en klippe med lige højde). Så vil din krop absorbere $ mgh $, og du vil sandsynligvis bryde ting eller dø.

I ovenstående to eksempler var din energiproduktion ubetydelig. Nøglen her er noget andet, der spredte energien, og det var nødvendigt for mindst $ mgh $ at blive spredt selv ved nedstigning, hvor “tyngdekraften virker til din fordel.” Det, jeg prøver at illustrere, er at du kan stige ned uden at udøve meget af din egen energi. Så hvordan sker dette uden en remskive eller spring?

Den energi, du vil sprede, spredes i hvert trin ved hjælp af mekanikken i din krop væv. En del af den normale kraft, der udøves af trappen på dine led, knogler, muskler, sener osv … vil alle komprimere og komme tilbage og sprede energien som varme. Hvilken din krop stråler derefter væk. Hvis du mener, at dette ikke er vigtigt, skal du smide en mursten eller et stykke træ og se, hvor længe det hopper. Hvis det ikke fortsætter med at hoppe for evigt, betyder det, at energien spredes af selve materialet via kompression og rebound. Denne energi spredes af intermolekylære og atomkræfter.

Oprindelig analyse (præ-redigeringer)

Energi (ikke-streng analyse)

Klatring

For at klatre op ad trappen skal der gives 100% af den energi, der leveres til lodret stigning af din krop.

$ E _ {\ text {climb}} = E _ {\ text {pe}} = mgh $

Faldende

For at komme ned trapper, du behøver kun at give en lille lodret stigning (for at bryde din fod fri for friktion) og derefter en lille mængde energi til at dreje dit ben fremad. Tyngdekraften overtager derfra. Lad “s antag du “trin” 1/100 trappens højde for at starte et faldende trin, derefter:

$ E _ {\ text {descend}} \ approx \ frac {1} {100 } mgh $

Det er klart fra den forenklede mekanik, der er beskrevet ovenfor $ E _ {\ text {climb}} > > E _ {\ text {descend}} $.

Naturligvis er andre kræfter involveret. Du vil bruge dine benmuskler til at modstå at falde ned ad trappen, men du kan se, at du udnytter den lagrede potentielle energi i din lodrette højde til at bruge til at sænke ned. Analyse)

Baseret på ovenstående afsnit kan vi se, at vi har lavet antagelser og ikke rigtig lavet en streng model til at tage højde for alle faktorer. Det var et simpelt mentalt eksperiment for hurtigt at vise, at vi sandsynligvis er på rigtige tankegang. Derfor vil en bedre analyse se på hele systemet, således at bevarelseslove holder.

$ E _ {\ text {net}} = 0 $

Nettoenergi til stigning

Følgende netenergi ligning af systemet viser bedre, hvordan menneskelig energi er relateret til klatring energi. Lad os opdele modellen i fire dele: nettoenergi ($ 0 $), potentiel energi ($ mgh $) , menneskets energiproduktion og enhver tyngdekraftenergi ($ E _ {\ te xt {ekstra}} $), som vi kan bruge til at hjælpe os.

$ E _ {\ text {net, climbing}} = E _ {\ text {human}} – E _ {\ text {pe}} + E _ {\ text {ekstra}} $

I en stigning er vores $ E_ { \ text {ekstra}} = 0 $, da vi ikke kan bruge tyngdekraftenergi til at hjælpe os (dvs. intet “skubber” os op).

( 1) $ E _ {\ text {human, climb}} = E _ {\ text {pe}} $

Netenergi til afstamning

Det er klart, at vi i nedstigning kan konvertere en del af den potentielle energi til at udføre arbejde for os. Vi kan bruge tyngdekraften til at hjælpe os, da det trækker os, hvor vi vil hen.

$ E _ {\ text {net, descending}} = E_ {\ text {human}} – E _ {\ text {pe}} + E _ {\ text {ekstra}} $

Her vores $ E_ {\ text {ekstra}} \ gt0 $ som noget tyngdekraft kan konverteres / udnyttes for at hjælpe os med at komme ned.

$ (2) E _ {\ text {human, descend}} = E _ {\ text {pe}} – E _ {\ text {extra}} $

Det er klart, at $ (2) \ lt (1) $ fordi $ E _ {\ text {ekstra}} \ gt0 $.

Power vs Energy

At tale om hastighed gør bestemt skift model. Først og fremmest betyder det at vi introducerer den hastighed som du går ned ad eller op ad trappen, at vi nu taler om magt som er:

$ P _ {\ text {stairs}} = \ frac {E} {t} = \ frac {mgh} {t} $

Hvis vi reducerer vores stigningstid i halve, fordobler vi den krævede effekt.

$ P_ {2} = \ frac {mgh} { 0.5t_ {1}} \ rightarrow P_ {2} = 2P_ {1} = 2 \ left (\ frac {mgh} {t_ {1}} \ right) $

Dette er grunden til at løbe op ad trappen vil være mere udmattende end en afslappet gåtur.

(Og interessant nok er magt grunden til, at du vil gå splat, hvis du prøver at tage en genvej ned på rigtig høje trapper. Mens $ \ Delta E $ er konstant, når $ \ Delta t $ nærmer sig nul, vil du opdage, at du har alvorlige problemer.)

Tænk på energien, stigende trapper kræver energi fra dig for at skubbe dig selv op. denne energi lagres i potentiel energiform. I tilfælde af faldende handler hvert trin, du tog, om at overføre din potentielle energi til trappen (ikke tilbage til din krop).

Sammenfattende taber du energi (kalorier fra mad), når du stiger op . Og du mister (næsten) intet, når du stiger ned.

Kommentarer

• Nej, energien går stort set tilbage til din krop, når du stiger ned – bare ikke i en nyttig form (du bliver ikke ‘ t mere energisk, bare varmere!).
• @psmears: i hvilken form? det går ikke tilbage og opbevares som kropslig energi (kalorier). forsømmelse af muskelfriktion og andre tab, overføres energien stort set til jorden (gennem den kraft, der udøves på trapper).
• I form af varme bliver du (marginalt) varmere. Der ‘ er ikke rigtig nogen energi, der overføres til Jorden via den kraft, der udøves på trappen, fordi energioverførsel = (kraft x afstand bevæget i retning af kraften), og trappen ikke ‘ bevæger sig ikke rigtig.
• Trappe bevæger sig, kun den er ubetydelig på grund af den gigantiske størrelse på jorden sammenlignet med vores krop. hvis vores størrelse og masse var sammenlignelige, vil det kunne observeres
• energitransformation fra PE kan være i form af arbejde udført på bevægende jord, vibrationsbølgeenergi, når de kommer i kontakt, varme på grund af friktion, når vi bevæger os ned trappen, men ikke tilbage til kroppen.

At udøve en kraft og at anstrenge dine muskler er ikke det samme. Selvom du slapper helt af, er der brug for arbejde for at flytte dine lemmer rundt. Dette arbejde er præcis det, der skaber den kraft, der bremser dig ned, når du går ned ad trappen.

Selvfølgelig skal du stadig anstrenge dine muskler, når du går ned for at kontrollere din bane og hastighed. Men når du går op, fungerer det skal udføres ud over det arbejde, der kræves for at løfte din vægt.

Jeg vil give et andet svar , fordi ingen af de eksisterende svar ser ud til kortfattet at behandle energieffektivitet.

Lad os sige, at dine muskler er 25% effektive. Dette ser ud til at være på generøs side , da cykling og roning sandsynligvis er mere effektive anvendelser af dine muskler i forhold til at gå, hvor du skal gøre en større indsats for at bevare din balance og absorbere chok.

Så når du går op ad en bakke, skal du faktisk bruge 4 gange den energi, der klatrer med dine ben, som den faktiske mængde potentiel energi, du får. Tre dele heraf er 75% ineffektivitet, der genererer varme i din krop, og den sidste del er de 25%, der går ind i faktisk potentiel energi.

Lad os nu overveje at gå ned. Hvis du går bagud ned ad bakken bruger du alle de samme muskler, og du vil foretage nogenlunde samme bevægelse. Jeg gik op og ned og den nærliggende stejle bakke sådan for at bekræfte dette. Når vi går ned ad bakken, ved vi, at du mindst skal generere mængden af potentiel energi øverst for at vinde op i bunden uden hastighedsforøgelse. Men det er al den energi, du har brug for til at generere for en simpel baglæns gang ned ad bakken! Al din muskelenergi er specifikt med det formål at dumpe potentiel energi og konvertere den til varme.

Så at gå op er vil tage mindst 4 gange så meget energi fra din krops butikker som at gå ned. Det kan være mere, fordi der er måder, du kan sprede den potentielle energi mere effektivt – det kaldes at være mindre effektiv til at bruge dine muskler! Hvis dine muskler kun er 16% effektive (den lave ende citerer i den sammenkædede side), der går op ad bakke tager 6,25 gange så meget energi. Hvis du glider en del af vejen ned ad bakken, vil det tage endnu mindre energi, da du spreder energien som varme fra friktion og ikke i dine muskler.

Kommentarer

• Du savnede et meget stort punkt om biologisk ineffektivitet: muskler forbrænder energi, selv når der ikke er gjort noget fysikarbejde. De forbrænder energi, selv når der er udført negativt arbejde. Nogle gange meget (prøver gør negativer i gymnastiksalen!). Du ‘ ser ikke på en proportionalitet. Påstanden her ” Så at gå op er vil tage mindst 4 gange så meget energi fra din krop ‘ s butikker som at gå ned.” er bygget på en misforståelse. At ‘ er det grundlæggende problem med dette spørgsmål: Du kan ‘ ikke forstå situationen uden at forstå mere biologi end de fleste fysikere nogensinde har lært.
• @dmckee Jeg er uenig. De anførte effektivitetsnumre blev målt via det faktiske iltforbrug. Dette ville kun ske under selve øvelsen. Ja, noget af denne ineffektivitet skyldes basismetabolisme, men det ‘ er i forbindelse med anstrengelse, ikke i ro. Vi er ‘ t bekymrede over energistrømme uden for det tidsvindue, hvor det egentlige arbejde udføres.

Enkelt. Der er en konstant kraft på 1 g, der trækker dig ned.

(ja, det afhænger af afstanden fra jorden osv. Osv … men et forenklet eksempel er nok til en forklaring)

Så hvis du vil stige op, lad os sige halv ag, skal du producere 1,5 g kraft, hvoraf 1 g bare går til at annullere tyngdekraften.

Hvis du har brug for at komme ned med samme acceleration (halv ag) du skal producere kun halv ag kraft – for at annullere halv ag tyngdekraft.

Så 0,5 g for at stige ned, 1,5 gå for at stige op.

For andre ønskede accelerationer (f.eks. 0,1 g, 0,05 g osv.) kan du udføre matematikken.

Kommentarer

• Jeg don ‘ Tænk ikke at ‘ er det, se punkt A) i min redigering … hvis jeg fortsatte med at overkompensere g (uanset hvilken lille mængde) hvert trin, ville jeg accelerere på ubestemt tid .
• ” 1,5 g kraft ” burde sandsynligvis ikke ‘ t skrives på physics.stackexchange.
• -1 Det er lettere at gå ned ad trapper end at stige op selv over en lang afstand med konstant hastighed (dvs. ingen acceleration).
• g er en accelerationsenhed, ikke kraft og bestemt ikke hastighed. Hvis du ‘ kører med konstant hastighed, har du en acceleration på nul g. Der vil være en lille acceleration (men ikke i nærheden af .5) i starten og en lille acceleration i den anden retning i slutningen. Hvis du starter i hvile og slutter i hvile, skal din gennemsnitlige acceleration være nul.
• Hvis jeg går op eller ned ad en trappetrin, så ‘ Jeg accelererer faktisk ikke eller decelererer – i det mindste ikke meget. Hvis det var accelerationen, der forårsagede udmattelse, ville det ikke være mere trættende at gå op ad 50 trin end blot at gå en op.