Laskeutuessasi sinun on kuitenkin kohdistettava vastaava voima, jotta estät itsesi kiihtymästä ja törmäämästä maahan …

Ehdottomasti oikein.

Niin on myös se tosiasia, että nousevat portaat koetaan yleisesti huomattavasti uuvuttavammaksi kuin samojen portaiden lasku puhtaasti biomekaaninen asia, esim. onko sinulla nivelet lihasten sijasta, absorboi / vastustaa kineettistä energiaa?

Oikea. Kun nouset portaita ylös, sinun on kohdistettava suuria voimia suurilla lihaksilla. Kun jalkasi nostavat vartaloasi, lihakset tuottavat riittävästi voimia (energiakustannuksilla) niin.

Kun menet alas portaita, se ei ole nousun käänteinen puoli. Sen sijaan, että käyttäisit suuria lihaksiasi hidastumiseen, useimmat ihmiset ottavat suoristetun jalan ja istuttavat sen alempaan vaiheeseen. Hidastuminen tapahtuu nivelten plastisella muodonmuutoksella, jalkasi nesteensiirrolla sekä kenkiesi ja lattian materiaaleilla. Lihaksilla on vielä jonkin verran energiantarvetta koordinaatioon ja jalkojen liikuttamiseen, mutta se on huomattavasti pienempi kuin jos lihakset tekisivät hidastuvuutta.

Kommentit

• suurin osa ” plastisesta muodonmuutoksesta jne. ” käyttää potentiaalista talteenotettua hajanaista energiaa. Lihasten taitava, suuntaava käyttö vierimisen lopettamiseen vaatii uuden kaloripitoisuuden, joka ei ole kovin paljon.
• ” nivelten plastinen muodonmuutos ” Todella? Vaikuttaa siltä, että olisi todella nopea vahingoittaa kehoa.
• @JMac, ” Muovi ” toisin kuin ” elastinen ”. Ajatuksena on, että energia haihtuu, joten kaikki jänteet tai rakenteet, jotka toimivat jousina ja palauttavat energiaa, eivät auta ’. Mutta rusto, joka epämuodostuu, ei. Sen ’ ei ole tarkoitettu tarkoittavan vahinkojen esiintymistä.
• Ehkä havainnollisena ” ajatuskokeena ”, huomaa, että jopa kuollut tai tajuton ihmiskeho pystyy silti kaatamaan portaikon (ja lepäämään alareunassa). Aktiivista lihastyötä ei siis selvästikään tarvita portaiden laskeutumisesta saatavan potentiaalisen energian hajauttamiseksi. (Käytännöllisempää kokeilua varten korvaa säkki perunaa tai mitä tahansa; melkein kaikilla joustavilla materiaaleilla on sama laadullinen käyttäytyminen.)
• @DavidScarlett: Varmista, että se ’ on hyvin pieni askel tai vain vaakasuora kävelyaskel. Olen huolissani siitä, että ihmiset voivat vahingoittaa itseään laskeutumalla nivelillä, jotka ovat lukkiutuneet jopa yhden askeleen normaaliin portaikkoon, jos he todella putoavat (eivätkä takajalaa hidastamaan niitä ennen törmäystä.)

sinun on kohdistettava vastaava voima, jotta estät itsesi kiihtymästä ja törmäämästä maahan

Eläiminä kulutamme kaloreita noustaaksemme potentiaalista energiaa. Väsymys on käytetty kaloreiden mitta. Ihannetapauksessa laskeminen ei vaadi kaloreita, emmekä ole kehittyneet siihen saakka, että ottaisimme ne takaisin. Lukuun ottamatta muutamia kaloreita tarvitaan vuorovaikutuksessa kitkavoimien kanssa ja jonkin verran taitoa ylimääräisen energian siirtämiseksi vaiheisiin.

Ajattele hiihtoa. Mäen nouseminen jalka vaatii paljon kaloreita (uskokaa tai älkää vuonna 1958, minua opetettiin kävelemään ylös suksilla) hallitsemaan muutaman alaspäin liukuvan nopeuden ja jonkin verran taitoa (siksi kurssilla, Olin hyvin menossa ylös, mutta päädyin roiskeeseen mäen alaosaan, ilman taitoja). Energia on kulutukseen käytettyjen kalorien palautus (hyvin osittain kitka vie osan siitä).

Muokkaa kysymyksen muokkauksen jälkeen:

Ainoa syy, miksi esitin nopeuden kysymykseen, oli osoittaa, että sinun on tosiasiallisesti käytettävä energiaa menemällä alakertaan

Olet ab initio olettaen, että nopeus vie energiaa lihaksistasi. Laskeutumisnopeutta ylläpidetään vähentämällä potentiaalista energiaa asteittain laskemalla askelta alaspäin. Se muuttuu kehosi nopeudeksi lyömällä askelta, jolloin normaali voima palauttaa pallon takaisin, sinun on käytettävä lihasenergiaa, jotta et pomppi, mutta ei millään tavalla yhtä suuri kuin energia, jota tarvitaan painosi kuljettamiseen ylöspäin.

Olen varma, että kitkalla ei ole merkittävää roolia tässä ajatuskokeessa.

Väärä. Kitkalla on erittäin merkittävä rooli kävelyssä, kiipeämisessä ylös tai alas. Oletko kokeillut kävellä jäällä?

Ei, en väitä, että laskeutuminen on subjektiivisesti vähemmän uuvuttavaa, kysyn, miksi se on vähemmän uuvuttavaa

Se on vähemmän uuvuttavaa, koska kehon lihaksista tarvitaan vähemmän energiaa, jota tarvitaan laskeutumistavan ohjaamiseen ohjaamaan energian vapautumista kehon potentiaalisen energian asteittaisesta laskemisesta. Ohjaus absorboi paljon vähemmän energiaa kuin nostaminen.

Portaista ei tule ”vapaata” tai ”automaattista” normaalia voimaa, joka estää sinua kiihtymästä.

Maksoit sen nousun portaita ylöspäin. Kehon laskemisen lisäysnopeus kerrallaan osuu vaiheeseen ja normaali voima syntyy iskuista, ei lihaksista. Lihasten on kontrolloitava sitä vastaan, jotta et pomppi kuin pallo, mutta se on vähemmän energiaa kuin mahdollinen askel, koska kitka vie suurimman osan siitä.

Kuten useat ihmiset huomauttivat, meillä ihmisinä ei ole mitään tapaa käyttää tai muuttaa muunnettua potentiaalista energiaa hidastamaan itseämme.

Ei , mutta kehomme on tarpeeksi älykäs nopeustilanteessa viettää vähän lihasenergiaa ohjaamaan minne nopeus menee. Nopeus, joka tulee putoamisen kiihtyvyydestä vaihe vaiheelta, muuttuu kitkaksi (ei liukukenkiä auta) ja normaalin voiman aiheuttamaan kehon pomppumiseen, kaikki syövät kitkassa ja säteilyssä. Uusi energiankulutus on pieni verrattuna suureen potentiaaliin kuluttamiseen käytettyyn energiaan. Katso yllä oleva lasketteluesimerkki.

Kolmannen muokkauksen jälkeen tässä on yksinkertainen esimerkki:

1) Ota puoliksi täytetty pallo, joka hyppää muutaman kerran ja pysähtyy tasaiselle lattialle. .

2) Nosta se yläkertaan reunan viereen. Hankittu potentiaalinen energia.

3) Anna sille pieni painallus vain pudotaksesi seuraavaan vaiheeseen: kului pieni energia.

Se palautuu portaista alas ilman ylimääräistä energiaa ja riippuen siitä, kuinka tyhjä se on, voi saavuttaa maan tai pysähtyä niiden välillä, koska normaali voima on suurempi kuin kineettinen voitto potentiaalienergiasta yhden askeleen pudotuksesta.

Kommentit

• Luulen, että lasketteluesimerkki osoittaa tarkalleen, miksi sinun on jarrutettava – muuten muunnat käytännössä kaiken potentiaalisi kineettiseksi energiaksi. Väitteeni on, että jarruttaminen vie matemaattisesti täsmälleen saman verran energiaa.
• @Daniel ja väitteeni on, että palautat kulutetun energian ja käytät sitä jarrutukseen, kuten tekisit hiihtotaitojen kanssa, vain kuluttamalla vähän uutta energiaa kääntämällä nilkkasi kaivamaan syvemmälle ja jarruttamaan nopeutta. se on alkuperäinen energia, joka on käytetty jarrutuskitkalla annetun suuremman potentiaalin saavuttamiseen.
• yksinkertaisempi esimerkki: vesisäiliössä on potentiaalista energiaa mäen yläosassa, kaada se ja se kuluttaa potentiaalinen energia valuu mäkeä alas. Portaiden tapauksessa emme rullaa alas, vaan käytämme potentiaalista energiaa asteittain askel askeleelta kitkalla ja jalkojen sironnalla taaksepäin portaalle. Joitakin kaloreita käytetään lihasten vetäytymiseen, mutta ei niin paljon kuin nousuun.
• @Daniel no se ei ’ t, kitka huolehtii se sinulle
• Eikö ’ t suurin osa kitkaa kävellessä portaita sekä ylös että alas (ainakin kitka jalkojesi ja askelmien välillä) olisi staattinen kitka , eli se siirtää potentiaalista ja kineettistä energiaa vain maan ja ihmisen välillä, ei lämpöön? Toisaalta minulla ei ole aavistustakaan siitä, onko kitkoja sisäisesti jaloissa.

Se on biomekaaninen.

No, se on trooppista.

Gravitaatiopotentiaalienergia on todella korkealaatuista (matala entropia) energiaa. Muuntaa se melkein mielivaltaiseen työhön on todella helppoa.

Kun menemme alas, muunnamme kyseisen gravitaatiopotentiaalienergian lämpöksi liottamalla sitä joustavilla luillamme ja nivelsiteillämme. Tämä on helppo muunnos, kun siirrymme matalasta entropiaenergiasta suureksi entropian energiaksi.

Nyt lihastyötä tehdään vain iskujen vaimentamisen lisäksi; tämä pitää meidät tasapainossa ja hallinnassa laskeutuessamme.

Ylöspäin nouseminen, energian kannalta, mikään ei estä meitä jäähdyttämästä lihaksiamme, nivelsiteitämme ja luita ja käyttämästä sitä portaiden ylöspäin tuottamiseksi gravitaatiopotentiaalia . Mutta se rikkoisi termodynamiikan lakeja, nimittäin korkean entropian energian muuntaminen matalan entroopian energiaksi.

Sen sijaan meidän on pakko muuttaa varastoitu kemiallinen energia – ATP ja muut – kineettiseksi energiaksi, josta muutamme sitten painovoiman potentiaalienergiaksi.

ATP (ja muut varastoidut kemialliset) energiavaramme ovat ehtyneet ja tunnemme olevamme väsyneitä.

Biomekaaniseen tapaan tämä toteutuu, kun nousemme ja laskeudumme; voisit todennäköisesti tehdä jonkun olennon, joka ei ole kovin tehokas laskeutumiseen ja käyttää lihaksia koko matkan. Tämä on todennäköisesti tehokkain tapa jonkun mennä alas portaita pitkin.

Pohjimmiltaan ei voi kiivetä yhtä tehokkaasti kuin laskeutua.

Energiaa ei käytetä , se siirretään ja muunnetaan. ”Käytettävissä oleva” energia on korkealaatuista matalan entropian energiaa. Et koskaan ”kuluta” energiaa mihinkään (lukuun ottamatta lepomassan luomista, jos et puhu massa-energian vastaavuudesta), sen sijaan muunnat matalan entropian energian sekoitukseksi pienimuotoisen matalan entropian energian muodon ja korkeamman entropian -energian ”menetys”.

• Lihaksesi käyttävät enemmän voimaa nousussa kuin laskussa:

Kun menee alakertaan, heidän on käytettävä voimaa, joka on pienempi kuin painovoima, nopeuden hallitsemiseksi, kun taas yläkertaan menevän voiman on oltava vähintään sama kuin painosi, jotta voit nousta. Joten lihaksesi tekevät enemmän työtä nousevasti kuin laskevasti, liikkeet eivät yleensä ole eivät symmetrisiä .

Se ”s erityisesti siksi, että jarrutusvoima (” putoamisen ”askel askeleelta, jonka antaa vaihe” s normaalivoima ) ei ole reaktio jalkasi voimasta lihakset – voit lyödä astu suoraa jalkaa ja anna iskuenergian haihtua passiivisesti kehosi läpi, kuluttaen prosessissa hyvin vähän energiaa, kuten selitetään myös BowOfRed vastauksessa .

• Luonnolliset energiahäviöt auttavat pitämään mukavan nopeuden alakerrassa, kun taas ” menetys, joka sinun on korvattava, kun menet yläkertaan.

• Ja kyllä, myös biomekaanisia näkökohtia on varmasti pelissä. Eli kuinka paljon väsyttävämpää on laskeutua hidastettuna: alhaalta laskeminen hitaasti on tuskin helpompaa kuin ylösnouseminen samalla nopeudella – se lisää molempien liikkeiden symmetriaa.

Kommentit

• Kommentteja ei ole tarkoitettu laajempaan keskusteluun; tämä keskustelu on siirretty chatiin .

Vastaus on yksinkertainen:

-> Ylös nousun tekee lihastyö .

-> Laskun tekee (enimmäkseen) iskunvaimennin .

Selitys:

Ylöspäin noustessa polvet taipuvat ja sen jälkeen hänen on käytettävä huomattavaa voimaa (painosta riippuen) saadakseen jalkansa suoraksi ja nostaakseen itsensä seuraavaan vaiheeseen.

Mene alas (ihanteellinen , yksinkertaistettu tapaus), ensin käytetään painovoimaa suoraan jalkansa ylöspäin ja sitten rentoutetaan toisen jalan lihaksia ja alkaa pudota.Ennen kuin hän saa vaarallisen putoamisnopeuden (portaiden korkeudesta riippuen), suora jalka osuu seuraavaan vaiheeseen ja kehosi iskuja vaimentavat järjestelmät haihduttavat kaiken energian.

Toisin sanoen laskeminen tapahtuu pienistä hyppyistä. Kutsun sitä ihanteelliseksi tapaukseksi, koska tämä kokoonpano johtaa vähiten lihasvoimaa käyttämään alakertaan. Todellisuudessa kuitenkin käytetään vielä jonkin verran lihasenergiaa jalkansa suoristamiseen pitämällä se jäykkänä jne., Mikä on huomattavasti vähemmän kuin itsesi nostamiseen tarvittava energia.

Tehty työ on yhtä suuri kuin kohdistettu voima kertaa siirretty etäisyys voiman suuntaan .

Olet oikeassa siinä, että (ensimmäiseen likiarvoon) ylös ja alas menossa kohdistuvat voimat ovat samat: molemmissa tapauksissa (taas ensimmäiseen likiarvoon) sinulla on keho, joka liikkuu vakionopeudella – joko ylös tai alas – painovoiman alaisena, joten painovoimaa vastaavan ylöspäin suuntautuvan voiman on oltava.

Ongelmana on, että noustessaan lihakset (jänteet, nivelsiteet, luut jne. – koko kehon ”kone”) kohdistavat alaspäin suuntautuvaa voimaa samalla kun liikkuvat ylöspäin, joten ne menettävät / kuluttavat energiaa ; laskeutuessa voima on edelleen alaspäin, mutta nyt liike on myös alaspäin, joten lihakset (jne.) saavat / saavat energiaa.

Nyt, kuten tiedät, lihakset eivät voi toimia päinvastoin: ne pystyvät muuntamaan kemiallisen energian mekaaniseksi energiaksi , mutta et voi laittaa mekaanista energiaa ja saada kemiallista energiaa takaisin ulos. Mutta se ei tarkoita, etteivät he voi ottaa energiaa: he voivat, ja he tekevät tämän lämmeten.

On totta myös, että lihakset tarvitsevat energiaa toimiakseen, tekivätkö he mitään hyödyllinen työ vai ei. Mutta ei ole totta, että lihaksen tarvitsema energia tietyn voiman käyttämiseksi on vakio: hyvin karkeasti on ”hukkaan menevän” energian yläraja $ W (F) t $ tietylle voimalle tiettynä aikana, plus kaikki lihaksen tekemät liikkeen $ F \ cdot x $ työt. Jos lihas ei liiku (ajattele työntämistä tiiliseinää vasten), käytät vain $ W (F) t $; jos teet varsinaista työtä (joten lihas liikkuu supistamalla), se on s $ W (F) t + F \ cdot x $. Hukka on todennäköisesti samanlainen portaita ylös- ja alaspäin, mutta lihasten tekemä työ ei.

Kommentit

• Tämä on oikea vastaus. OP sekoitetaan jättämällä huomiotta energian merkki. Pohjimmiltaan OP sanoo ” ylös tai alas: sama voima, sama etäisyys, sama työ ”. Mutta sen pitäisi olla ” sama voima, vastakkainen etäisyys, joten vastakkainen työ ”.
• Erittäin totta: Kun kävelet alakerrassa, on irrotettava ylimääräinen energia ! (Tai voisi OP ’ -sanoilla päätyä märkäpisteeksi alareunassa.) Se voi olla merkittävä haaste esimerkiksi Jotkut vuoden 1996 Mt Everestin katastrofista selviytyneet liukastuivat rinteiltä alas leirille. He eivät olisi koskaan voineet kiivetä samalla tavalla ylöspäin: He olivat liian e uupunut.

Esimerkki portaista ajattelin vääntömomentin suhteen.

Kun haluat nousta ylös, aseta jalkasi taivutettuna ylempään vaiheeseen ja otat sitten impulssin noustaaksesi toisen jalan juuri siihen palleen tai jopa seuraavaan vaiheeseen. Kun teet niin, sinun on kompensoitava vääntömomentti, jonka painovoima tuottaa entiselle polvellesi.

Kuitenkin purkamisen aikana painovoima auttaa kyseistä momenttia saavuttamaan alemman asteen.

En tiedä onko tämä oikein, mutta se tuli mieleeni.

Kun laskeudut, sinä siirrä energiaa, sinun ei tarvitse toimittaa (melkein) mitään. Mitä vähän energiaa sinun tarvitsee kuluttaa, on se, jota tarvitaan siirron (ja laskeutumisen) käsittelemiseen ja hallintaan; loput tulee gravitaatiopotentiaalienergia, ja se siirtyy mekaanisena energiana ja / tai haihtuu lämpönä. Mekaaninen siirtyminen nivelissä ja lihaksissa voi johtaa traumaan, joka voidaan nähdä sukulaisena väsymykseen tai väsymykseen.

Sinä voisi teoriassa palauttaa energian laskeutuessaan, mutta todellakaan et. Parasta mitä voit tehdä, on kierrättää joustavaa energiaa yhdestä askeleesta eteenpäin seuraavaan vaiheeseen (on olemassa useita kiipeilyä tekniikoita, jotka opettavat liikkumaan tekemään niin sulavasti, turvallisesti, nopeasti tai halvalla. ylemmän jalan pidentäminen – jälkimmäinen painovoimaa vastaan – on kalliimpaa kuin iskun vaimentaminen jalalla ja säärellä ja luiskahtaminen vaiheesta toiseen.

Paljon energiaa haihtuu kenkien pohjassa (yritä mennä pitkiä portaita pitkin puulistoilla juoksukenkien sijasta, jolloin jalkojen lihasten on nostettava löysyys), missä tahansa askelet itse, vaiheissa itsessään, jos ne ovat riittävän joustavia jne.

Joten vaikka voit laskeutua tehokkaasti tai ei niin tehokkaasti ja väsyä ja / tai kipeä myös laskiessasi, sinun energia id = ”bf0f659796”>

Mielestäni kysymystä voidaan yksinkertaistaa kyselemällä ylös- ja alaspäin suuntautuvaa eroa osa, kun tekee kyykkyä .

Tarkastellaan ensin hyvin yksinkertaista mallia: katosta riippuva pystysuora jousi ja ripustettu massa jousi, joka vetää jousta alaspäin. Kun massa menee alaspäin, jousen potentiaalinen energia kasvaa. Kun massa menee ylöspäin, jousen potentiaalinen energia vähenee. Se on vaikka molemmissa tapauksissa jousella on samat voimat. Voima ei toimi. Voiman ja siirtymän pistetulo on työ.

Toisin sanoen: Kun jousi (tai lihas) käyttää voimaa, se ei välttämättä tarkoita sitä, että se tekee mitään työtä. Se toimii ulkopuolisen kohteen kanssa vain, jos voima siirtää jotain .

Palaa nyt takaisin todelliseen lihakseen. Kuten esimerkissämme jousi, ihmisen lihas toimii, kun se lyhenee, ja työ on positiivinen, koska lihaksen kohdistama voima on

Jalkasi on kytketty siten, että kun kyykky ylöspäin, voit lyhentää tiettyjä lihaksia ja jalkasi suoristua. Joten, kuten selitin, noustessaan ylöspäin lihakset tekevät mekaanista työtä .

Kun menet alas, voima on samassa suunnassa, mutta siirtymä on päinvastainen. Siksi kun menee alaspäin, mekaaninen lihaksia käsitellään. Tätä voi olla vaikea ymmärtää, mutta nyt tulee biolääketieteellinen osa: Toisin kuin kevät, ihmisen lihas ei voi varastoida energiaa, jonka se saa aikaan tavalla ja energia muuttuu vain lämmöksi. Lisäksi lihaksen solujen tosiasiallisen toiminnan vuoksi jännittyneiden lihasten on tuotettava lämpöä, vaikka ne olisivat staattisia tai pitkiä . Siksi alaspäin kulkeminen tarvitsee energiaa.

Voit kokeilla tätä kotona. (Voi olla helpompaa havaita, jos käytät valtavaa ylimääräistä painoa, jota et ole tottunut, mutta en suosittele että lääketieteellisistä syistä.) Jos kyykistyt hyvin hitaasti, lämmön tuottamiseen tarvittava energia, koska biomekaaniset syyt hallitsevat, ja lasku tuntuu melkein yhtä vaikealta kuin ylös nouseminen. Jos kyykky on erittäin nopea, mekaanisen työn tuottamiseen tarvittava energia ja lasku tuntuu paljon helpommalta.

Kommentit

• Voisiko alas äänestäjä selittää syyn?
• Kuten kyykky Luulen, että tämä on paras vastaus kysymykseen, mutta ongelman biologisen luonteen vuoksi Physics Stack Exchange ei ehkä ole ollut paras paikan kysymykselle.

Viestissäsi on huomattavia muokkauksia, joten minun on tehtävä merkittäviä muokkauksia, jotta voin vastata niihin, koska kysymys on mielenkiintoinen.

Leikataan kysymyksesi ytimeen.

Jos haluat siirtyä pisteestä A, portaiden alareunasta pisteeseen B, portaiden yläosasta, meidän on käytettävä $ mg \ Delta h = mg (B-A) $ energiaa tehdäksesi niin. Kiipeessä muunnamme kehon / lihasten kemiallisen energian tähän. Laskeaksesi, kuten totesit, ei ole mitään tapaa laskeutua portaita ilman $ mg (BA) $ -energian hajauttaminen. Fyysisesti on mahdotonta kääntää jonkin verran pituutta purkamatta vähintään $ mg \ Delta h $ Kysymys kuuluu, kuinka paljon $ mg (BA) $: ta kehoni tarvitsee antaa kemiallisen energian muodossa?

Sanoin, että otan köyden ja hihnapyörän jarrulla rajoittaaksesi nopeutta Jarrun välinen kitka haihtaa vähintään $ mg \ Delta h = mg (BA) $ arvoisen energian.Mekaanisen kitkan muuttaminen lämmöksi.

Oletetaan, että hyppäät (yhtä korkealta kalliosta). Sitten kehosi absorboi $ mgh $ ja todennäköisesti rikkoisit asioita tai kuolet.

Edellä mainituissa kahdessa esimerkissä energiantuotantosi oli vähäistä. Tärkeintä tässä on, että jokin muu haihti energiaa ja se oli välttämätöntä ainakin $ mgh $ häviää jopa laskeutuessa, missä ”painovoima toimii sinun eduksesi”. Yritän havainnollistaa sitä, että voit laskeutua käyttämättä paljon omaa energiaasi. Joten miten tämä tapahtuu ilman hihnapyörää tai hyppäämistä?

Hävitettävä energia häviää jokaisessa vaiheessa käyttämällä kehosi mekaniikkaa. kudoksiin. Osa portaiden normaalista voimasta niveliin, luihin, lihaksiin, jänteisiisi jne. Puristuu ja palautuu haihduttamalla energiaa lämpönä. Mikä kehosi on säteilee sitten pois. Jos luulet, että tämä ei ole merkittävää, pudota tiili tai puupala ja katso kuinka kauan se pomppii. Jos se ei pomppii ikuisesti, se tarkoittaa, että materiaali itse haihtaa energian puristuksen ja palautumisen kautta. Tämä energia häviää molekyylien ja atomien välisten voimien avulla.

Alkuperäinen analyysi (editoinnit)

Energia (ei-tiukka analyysi)

Kiipeily

Portaiden kiipeilyyn on annettava 100% pystysuoraan kiipeilyyn tarvittavasta energiasta kehosi kautta.

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

Laskeva

Laskeutuaksesi portaita pitkin, tarvitset vain pienen pystysuoran nousun (murtamaan jalkasi vapaana kitkasta) ja sitten pienen määrän energiaa jalkasi kääntämiseksi eteenpäin. Painovoima vallitsee sieltä. Anna ”s olettaa sinä ”askel” 1/100 portaiden korkeus aloittaaksesi laskeutumisvaiheen, sitten:

$ E _ {\ text {laske}} \ noin \ frac {1} {100 } mgh $

Selvästi yllä kuvatusta yksinkertaistetusta mekaniikasta $ E _ {\ text {climb}} > > E _ {\ text {descend}} $.

Luonnollisesti mukana on muita voimia. Voit käyttää jalkasi lihaksia vastustamaan putoamista alas portaista, mutta voit nähdä, että hyödynnät pystysuoran korkeuden varastoitua potentiaalienergiaa laskeutumiseen.

Nettoenergia (tiukempi Analyysi)

Yllä olevan kappaleen perusteella voimme nähdä, että olemme tehneet oletuksia emmekä oikeastaan tehneet tarkkaa mallia kaikkien tekijöiden huomioon ottamiseksi. Se oli yksinkertainen henkinen kokeilu osoittaa nopeasti, että olemme oikea ajattelutapa. Siksi parempi analyysi tarkastelee koko järjestelmää siten, että säilyttämislait pitävät sitä.

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

Nousuenergia

Seuraava järjestelmän nettoenergiayhtälö osoittaa paremmin, miten ihmisen energia liittyy kiipeilyenergiaan. Jaottakaamme malli neljään osaan: nettoenergia ($ 0 $), potentiaalinen energia ($ mgh $) , ihmisen energiantuotto ja mahdollinen gravitaatioenergia ($ E _ {\ te xt {extra}} $), joiden avulla voimme auttaa meitä.

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

Kiipeilyssä meidän $ E_ { \ text {extra}} = 0 $, koska emme voi käyttää gravitaatioenergiaa auttamaan meitä (toisin sanoen mikään ei ”työnnä” meitä ylöspäin).

( 1) $ E _ {\ text {ihminen, kiipeä}} = E _ {\ teksti {pe}} $

Laskeutumisen nettoenergia

Laskeutuessamme voimme selvästi muuntaa osan potentiaalisesta energiasta tekemään työtä puolestamme. Voimme käyttää gravitaatioenergiaa auttamaan meitä, kun se vie meidät haluamaamme suuntaan.

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

Tässä $ E_ {\ text {extra}} \ gt0 $, koska jokin gravitaatioenergia voidaan muuntaa / hyödyntää laskeutumisen helpottamiseksi.

$ (2) E _ {\ text {ihminen, laskeudu}} = E _ {\ text {pe}} – E _ {\ text {extra}} $

Selvästi $ (2) \ lt (1) $, koska $ E _ {\ text {extra}} \ gt0 $.

Teho vs. energia

Nopeudesta puhuminen varmasti vaihda malli. Ensinnäkin nopeuden käyttöönotto, jolla laskeudut tai nouset portaita, tarkoittaa, että puhumme nyt voimasta , joka on:

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

Jos leikkaamme nousuaikamme puoleen, tuplaamme vaaditun tehon.

$ P_ {2} = \ frac {mgh} { 0.5t_ {1}} \ oikeanpuoleinen nuoli P_ {2} = 2P_ {1} = 2 \ vasen (\ frac {mgh} {t_ {1}} \ oikea) $

Tästä syystä portaiden juokseminen on uuvuttavampaa kuin rento kävely.

(Ja mielenkiintoista on, että voima on syy miksi mennä roiskumaan, jos yrität ottaa pikakuvake todella korkeita portaita pitkin. Vaikka $ \ Delta E $ on vakio, kun $ \ Delta t $ lähestyy nollaa, huomaat, että sinulla on vakavia ongelmia.)

Ajattele energiaa, nousevat portaat vaativat sinulta energiaa työntääksesi itsesi ylös. tämä energia varastoidaan potentiaalisessa energiamuodossa. Laskun sattuessa jokainen tekemäsi askel tarkoittaa kuitenkin potentiaalisen energian siirtämistä portaaseen (ei takaisin kehoosi).

Yhteenvetona voidaan todeta, että menetät energiaa (ruoasta peräisin olevat kalorit) noustessasi . Ja et menetä (melkein) mitään laskeutuessasi.

Kommentit

• Ei, energia palaa suurimmaksi osaksi takaisin kehoosi laskeutuessasi – vain ei hyödyllisessä muodossa (et ’ tule energisemmäksi, vain kuumemmaksi!).
• @psmears: missä muodossa? se ei palaa takaisin ja varastoituu ruumiillisena energiana (kaloreina). unohtamatta lihaskitkaa ja muita menetyksiä, energia siirtyy suurelta osin maahan (portaille kohdistuvan voiman kautta).
• Lämmön muodossa – lämmität (marginaalisesti). Siellä ’ ei oikeastaan ole mitään energiaa, joka siirtyy maapallolle portaiden voiman kautta, koska energiansiirto = (voima x etäisyys liikkui voiman suuntaan) ja portaat älä ’ ei todellakaan liiku.
• Portaat liikkuvat, vain se on merkityksetön maan jättimäisen koon vuoksi verrattuna kehoomme. jos koko ja massa olisivat vertailukelpoisia, se on havaittavissa.
• PE: n energianmuutos voi tapahtua liikkuvalle maalle tehdyn työn muodossa, värähtelyaaltojen energiana kosketuksessa, kitkasta johtuvana lämpönä liikkuessamme alaspäin portaita, mutta ei takaisin vartaloon.

Voiman käyttäminen ja lihasten rasittaminen on ei sama asia. Vaikka rentoudutkin täysin, tarvitaan työtä liikuttaaksesi raajasi ympäri. Tämä työ on juuri se, mikä luo voiman, joka hidastaa sinua alaspäin, kun olet menossa alas portaita pitkin.

Sinun on tietysti vielä rasitettava lihaksia laskiessasi, jotta voit hallita liikerataa ja nopeutta. Mutta kun nouset ylös, tuo työ on tehtävä painon nostamiseksi tarvittavan työn lisäksi.

Annan toisen vastauksen , koska mikään nykyisistä vastauksista ei näytä käsittelevän ytimekkäästi energiatehokkuutta.

Sanotaan, että lihaksesi ovat 25% tehokkaita. Tämä näyttää olevan antelias puoli , koska pyöräily ja soutu ovat luultavasti tehokkaampia lihastesi käyttötapoja kuin kävely, jossa sinun on ponnisteltava enemmän säilyttääksesi tasapainota ja absorboi isku.

Joten noustessasi mäkeä ylöspäin, kulutat tosiasiallisesti 4 kertaa energian, joka kiipeää jalkojesi kanssa todellisena potentiaalisen energian määränä. Kolme osaa siitä on 75%: n tehottomuudessa, mikä tuottaa lämpöä kehossasi, ja viimeinen osa on 25%, joka menee todelliseen potentiaaliseen energiaan.

Harkitaan nyt laskua. Jos kävelet taaksepäin alas mäkeä käytät kaikkia samoja lihaksia ja aiot tehdä suunnilleen saman liikkeen. Kävelin ylös ja alas ja lähellä olevan jyrkän mäen näin vahvistaakseni tämän. Nyt kävellessä mäkeä pitkin tiedämme, että sinun on tuotettava vähintään potentiaalisen energian määrä ylhäältä, jotta pääset alas alareunaan nopeutta lisäämättä. Mutta se on kaikki energia, jonka tarvitset yksinkertaiseen taaksepäin kulkemiseen mäkeä alaspäin! Kaikki lihasenergiasi on tarkoitettu erityisesti potentiaalienergian polttamiseen ja lämmön muuntamiseen.

Joten ylöspäin kävely on ottaa ainakin neljä kertaa enemmän energiaa kehosi varastoista kuin kävelemällä alaspäin. Se voi olla enemmän, koska on tapoja, joilla voit hajottaa potentiaalisen energian tehokkaammin – sitä kutsutaan vähemmän tehokkaaksi käyttämään lihaksiasi! Jos lihaksesi ovat vain 16% tehokkaita (alhainen pää mainitsee linkitetyllä sivulla), että menee ylämäkeen vie 6,25 kertaa niin paljon energiaa. Jos liuutat osan matkaa alas mäkeä, se vie vielä vähemmän energiaa, kun haihdutat energiaa kitkan lämmönä eikä lihaksissasi.

Kommentit

• Sinulta puuttui erittäin iso kohta biologisesta tehottomuudesta: lihakset polttavat energiaa, vaikka fyysistä työtä ei olisikaan. Ne polttavat energiaa myös silloin, kun tehdään negatiivista työtä. Joskus paljon (yritetään negatiivien tekeminen kuntosalilla!). Et ’ et tarkastele oikeasuhteisuutta. Väite tässä ” Joten ylöspäin käveleminen on otat vähintään neljä kertaa enemmän energiaa kehostasi ’ varastoistasi kuin kävellessäsi alaspäin.” perustuu väärinkäsitykseen. Se ’ on tämän kysymyksen perusongelma: et voi ’ ymmärtää tilannetta ymmärtämättä enemmän biologiaa kuin useimmat fyysikot koskaan oppivat.
• @dmckee olen eri mieltä. Ilmoitetut tehokkuusluvut mitattiin todellisen hapenkulutuksen avulla. Tämä tehdään vain varsinaisen harjoituksen aikana. Kyllä, osa tästä tehottomuudesta johtuu perusmetaboliasta, mutta se ’ s rasituksen yhteydessä, ei levossa. Emme ole ’ huolestuneita energianvirroista todellisen työn aikarajan ulkopuolella.

Yksinkertainen. 1g: n jatkuva voima vetää sinut alas.

(joo, se riippuu etäisyydestä maasta jne. Jne. … mutta yksinkertaistettu esimerkki riittää selitykseen)

Joten jos haluat nousta ylös, sanotaan ”puoli ag”, sinun on tuotettava 1,5 g voimaa, josta 1 g menee vain painovoiman vetämiseksi.

Jos sinun on laskeuduttava samalla kiihtyvyydellä (puoli ag) sinun on tuotettava vain puoli ag voimaa – peruuttaaksesi puolet ag painovoimasta.

Joten 0,5 g laskeutua, 1,5 mennä nousemaan.

Muut kiihtyvyydet (esimerkiksi 0,1 g, 0,05 g jne.) voit suorittaa matematiikan.

Kommentit

• En halua ’ ajattele, että ’ s se, katso muokkauksen kohta A) … jos jatkaisin g: n (liian pienellä määrällä) ylikompensointia jokaisessa vaiheessa, kiihdyttäisin loputtomiin .
• ” 1,5 g voimaa ” todennäköisesti ei pidä ’ t kirjoitetaan fysiikkaan. pinonvaihto.
• -1 Laskeutuminen portaita pitkin on helpompaa kuin nouseminen jopa pitkin matkaa tasaisella nopeudella (ts. Ei kiihtyvyyttä).
• g on kiihtyvyysyksikkö, ei voima eikä todellakaan nopeus. Jos ’ matkustat vakionopeudella, kiihtyvyytesi on nolla g. Alussa tulee olemaan pieni kiihtyvyys (mutta läheskään .5) ja lopussa pieni kiihtyvyys toiseen suuntaan. Jos aloitat levossa ja lopetat levossa, keskimääräisen kiihtyvyytesi on oltava nolla.
• Jos kävelen ylös tai alas portaiden verran, niin suurimmaksi osaksi minä ’ en todellakaan kiihdy tai hidasta – ainakaan ei paljon. Jos kiihtyvyys aiheuttaisi uupumuksen, ei olisi väsyttävämpää kävellä 50 askelta kuin kävelemällä vain yksi ylöspäin.