Cependant, en descente, vous devez exercer une force équivalente pour vous empêcher daccélérer et de heurter le sol …

Absolument correct.

Il en va de même pour le fait que monter des escaliers est généralement perçu comme beaucoup plus épuisant que de descendre les mêmes escaliers purement biomécanique, par exemple avoir des articulations au lieu de muscles absorbent / neutralisent lénergie cinétique?

Daccord. En montant les escaliers, vous devez exercer de grandes forces par vos gros muscles. Lorsque vos jambes soulèvent votre torse, vos muscles fournissent des forces suffisantes (avec un coût énergétique) pour le faire.

Lorsque vous descendez les escaliers, ce nest pas linverse de la montée. Au lieu dutiliser vos gros muscles pour ralentir, la plupart des gens prendront une jambe redressée et la planteront sur la marche inférieure. La décélération est réalisée par une déformation plastique des articulations, un déplacement de fluide dans votre pied et les matériaux de vos chaussures et du sol. Il y a encore une demande dénergie sur les muscles pour la coordination et le mouvement des jambes, mais cest nettement moins que si les muscles faisaient le travail de décélération.

Commentaires

• la plupart des  » déformations plastiques, etc.  » utilisent lénergie diffusée à partir de la récupération du potentiel. Cest lutilisation habile et directionnelle des muscles pour arrêter de rouler qui nécessite un nouvel apport calorique, ce qui nest pas beaucoup.
•  » déformation plastique des articulations  » Vraiment? Cela semble être très rapide pour endommager le corps.
• @JMac,  » Plastique  » par opposition à  » élastique « . L’idée est que l’énergie est dissipée, donc tous les tendons ou structures qui agissent comme des ressorts et renvoient de l’énergie n’aide pas ‘. Mais le cartilage qui se déforme le fait. Cela ‘ nest pas censé impliquer que des dommages sont en cours.
• Comme une  » expérience de réflexion « , notez que même un corps humain mort ou inconscient est toujours capable de dévaler un escalier (et de simmobiliser en bas). Ainsi, il est clair quun travail musculaire actif nest pas nécessaire pour dissiper lénergie potentielle gagnée en descendant les escaliers. (Pour une expérience plus pratique, remplacez-le par un sac de pommes de terre ou autre; presque tous les matériaux non élastiques auront le même comportement qualitatif.)
• @DavidScarlett: Assurez-vous que ‘ est un tout petit pas, ou juste une foulée horizontale. Je crains que les gens ne se blessent en atterrissant avec les articulations verrouillées même sur une seule marche dun escalier normal sils tombent vraiment (sans utiliser la jambe arrière pour les ralentir avant limpact.)

vous devez exercer une force équivalente pour vous empêcher daccélérer et de toucher le sol

En tant quanimaux, nous dépensons des calories pour monter et gagner de lénergie potentielle. La fatigue est une mesure des calories dépensées. Dans lidéal, descendre na pas besoin de calories, et nous navons pas évolué au point de les reprendre. Sauf que quelques calories sont nécessaires dans linteraction avec les forces de frottement et une certaine habileté pour transférer lexcès dénergie vers les marches.

Pensez au ski. Pour gravir la colline à pied, il faut beaucoup de calories (croyez-le ou non en 1958, on ma appris à marcher avec des skis) pour contrôler la vitesse de glisse sur quelques-uns, et quelques compétences (cest pourquoi à ce cours, Jallais bien monter, mais je me suis retrouvé dans un splat au bas de la colline, nayant aucune compétence). Lénergie est le retour des calories dépensées pour monter (enfin partiellement, le frottement en prend une partie).

Modifier après modification de la question:

La seule raison pour laquelle jai introduit la vitesse dans la question était de montrer que vous devez réellement dépenser de lénergie en descendant

Vous êtes ab initio en supposant que la vitesse prend lénergie de vos muscles. La vitesse de descente est soutenue par la diminution de lénergie potentielle de manière incrémentielle en descendant dun cran. Cela se transforme en une vitesse de votre corps, en frappant le pas, une force normale fait rebondir une balle, vous devez dépenser de lénergie musculaire pour ne pas rebondir, mais en aucun cas égale à lénergie nécessaire pour porter votre poids dun cran.

Je suis tout à fait certain que la friction ne joue pas un rôle significatif dans cette expérience de pensée.

Faux. La friction joue un rôle très important dans la marche, la montée ou la descente. Avez-vous essayé de marcher sur la glace?

Non, je ne dis pas que descendre est subjectivement moins épuisant, je me demande pourquoi cest moins épuisant

Cest moins épuisant car moins dénergie est nécessaire des muscles du corps, nécessaire pour diriger le chemin de la descente pour contrôler la libération dénergie provenant de labaissement progressif de lénergie potentielle du corps. La direction absorbe beaucoup moins dénergie que le levage.

Il ny a pas de force normale « libre » ou « automatique » émanant des escaliers qui vous empêche daccélérer.

Vous lavez payé en montant les escaliers. La vitesse incrémentale dabaissement du corps un pas à la fois atteint le pas et une force normale est créée à partir de limpact, et non des muscles. Les muscles doivent se contrôler contre elle pour que vous ne rebondissiez pas comme une balle, mais cest moins dénergie que le pas potentiel, car le frottement en prend la majeure partie.

De plus, comme plusieurs personnes lont souligné, nous, humains, navons aucun moyen dutiliser ou de reconvertir notre énergie potentielle stockée pour nous ralentir.

Non , mais notre corps est assez intelligent lorsquil est dans une situation de vitesse pour dépenser un peu dénergie musculaire pour diriger vers cette vitesse. La vitesse provenant de laccélération de la chute dun pas à lautre se transforme en frottement (aucune glissière naide) et en un rebond du corps dû à la force normale, le tout rongé par le frottement et le rayonnement. Le nouvel apport dénergie est faible par rapport à lénergie dépensée pour atteindre un potentiel élevé. Voir lexemple de ski ci-dessus.

Après la troisième édition, voici un exemple simple:

1) Prenez une balle à moitié gonflée qui rebondirait plusieurs fois et sarrêterait sur un sol plat .

2) Soulevez-le à létage, près du bord. Énergie potentielle acquise.

3) Donnez-lui une petite poussée juste pour tomber sur la prochaine étape: un tout petit peu dénergie dépensée.

Il rebondira dans les marches sans aucune énergie supplémentaire et, selon la façon dont il est dégonflé, peut atteindre le sol, ou sarrêter entre les deux car la force normale est plus grande que le gain de cinétique de lénergie potentielle de la chute dun pas.

Commentaires

• Je pense que lexemple du ski montre exactement pourquoi vous devez freiner – sinon vous convertissez essentiellement tout votre potentiel en énergie cinétique. Mon argument est que le freinage prend mathématiquement exactement la même quantité dénergie.
• @Daniel et mon argument est que vous récupérez lénergie dépensée et que vous lutilisez pour freiner, comme vous le feriez avec des compétences en ski, en dépensant juste un peu dénergie nouvelle en tournant la cheville pour creuser plus profondément et freiner la vitesse. cest lénergie dorigine dépensée pour atteindre le potentiel le plus élevé, donnée au frottement de freinage,
• un exemple plus simple: un seau deau a de lénergie potentielle au sommet de la colline, versez-le et il passe le énergie potentielle descendant la colline. Dans le cas des escaliers, nous ne roulons pas vers le bas, mais nous utilisons progressivement lénergie potentielle progressivement avec le frottement et la rétrodiffusion des pieds sur la marche. Certaines calories sont dépensées dans les muscles qui descendent, mais pas autant qu’à monter.
• @Daniel non ‘ t, le frottement s’occupera de ça pour vous
• Ne ‘ t la plupart des frottements lors de la marche des escaliers de haut en bas (au moins le frottement entre vos pieds et les marches) serait le frottement statique , cest-à-dire quil ne transfère que lénergie potentielle et cinétique entre la terre et la personne, et non en chaleur? Par contre, je nai aucune idée sil y a des frottements internes dans les jambes.

Cest biomécanique.

Eh bien, cest entropique.

Lénergie potentielle gravitationnelle est une énergie de très haute qualité (faible entropie). Le convertir en un travail presque arbitraire est vraiment facile.

Lorsque nous descendons, nous convertissons cette énergie potentielle gravitationnelle en chaleur en limbibant de nos os et ligaments élastiques. Cest une conversion facile, car nous passons dune énergie dentropie faible à une énergie dentropie élevée.

Maintenant, un travail musculaire est effectué au-delà de la simple absorption des chocs; cela nous maintient en équilibre et en contrôle lorsque nous descendons.

En montant, rien ne nous empêche de refroidir nos muscles, nos ligaments et nos os et de lutiliser pour faire monter les marches, générant de lénergie potentielle gravitationnelle . Mais cela violerait les lois de la thermodynamique, à savoir la conversion dénergie à haute entropie en énergie à faible entropie.

Au lieu de cela, nous sommes obligés de convertir notre énergie chimique stockée – lATP et autres – en énergie cinétique, que nous transformons ensuite en énergie potentielle gravitationnelle.

Nos réserves dénergie ATP (et dautres produits chimiques stockés) sont épuisées et nous nous sentons fatigués.

La manière biomécanique dont cela est réalisé implique comment nous montons et descendons; vous pourriez probablement créer une créature qui nest pas très efficace pour descendre et qui utilise les muscles tout au long du trajet.

Il y a des gens qui descendent les escaliers en glissant sur une rampe et ne brûlent de lénergie que pour générer des frictions la rampe. Cest probablement le moyen le plus efficace de descendre les escaliers.

Fondamentalement, on ne peut pas monter aussi efficacement que lon peut descendre.

Lénergie nest pas utilisée , il est transféré et converti. Lénergie «disponible» est une énergie de haute qualité à faible entropie. Vous ne «dépensez» jamais dénergie pour quelque chose (autre que pour créer une masse de repos si vous ne parlez pas déquivalence masse-énergie), vous convertissez plutôt une énergie à faible entropie en un mélange dénergie à faible entropie dune forme différente et une entropie plus élevée -energie « perte ».

• Vos muscles exercent plus de force en montant quen descendant:

Lorsquils descendent, ils doivent exercer une force plus petite que la gravité pour contrôler votre vitesse, tandis quen montant les escaliers, la force quils exercent doit être au moins égal à votre poids, pour que vous puissiez monter. Ainsi, vos muscles font plus de travail ascendant que descendant, les mouvements sont généralement pas symétriques .

Cela « est particulièrement vrai parce que la force de freinage (pour la » chute « dun pas à lautre, fournie par la force normale de létape ») nest pas une réaction dune force exercée par votre jambe muscles – vous pouvez frapper le pas les jambes droites, et laissez lénergie de limpact se dissiper passivement à travers votre corps, dépensant très peu dénergie dans le processus, comme expliqué dans BowOfRed answer .

• Les pertes dénergie naturelles vous aident à garder une vitesse confortable en descendant, tandis que  » une perte que vous devez compenser en montant les escaliers.

• Et, oui, il y a certainement aussi des aspects biomécaniques en jeu. euh, par exemple, à quel point il est plus ennuyeux de descendre au ralenti: descendre les escaliers très lentement nest guère plus facile que de monter les escaliers à la même vitesse – cela augmente la symétrie entre les deux mouvements.

Commentaires

• Les commentaires ne sont pas destinés à une discussion approfondie; cette conversation a été déplacée vers le chat .

Il se peut que ce que jai à dire ait déjà été dit implicitement dans dautres réponses, mais je poste cette réponse car je ne vois pas de réponse manifestement similaire à celle que jai en tête .

En montant à létage, le système Terre-Personne gagne de lénergie potentielle. Cette augmentation dénergie potentielle doit provenir de lénergie biochimique de la personne. Ainsi, en montant les escaliers, la personne doit travailler au moins la quantité de laugmentation de lénergie potentielle du système Terre-Personne.

Maintenant, en descendant, le système Terre-Personne perd de lénergie potentielle. Ainsi, cette énergie potentielle perdue devrait aller quelque part. La première place pour cela est dans lénergie cinétique macroscopique de la personne. Jusquà ce point, il est tout à fait clair que la personne ne dépense pas un sou de son énergie biochimique. Mais, nous exigeons que la personne ne gagne aucune énergie macroscopique. Ainsi, nous devons redistribuer lénergie qui est libérée du système Terre-personne sous dautres formes. Cette redistribution se fait par les forces de réaction normales entre les jambes de la personne et les escaliers. Ils redistribuent lénergie dans le mouvement vibratoire des marches et partiellement dans le mouvement vibratoire des molécules des jambes de la personne, etc. Mais cest juste la redisribution de lénergie. La personne na pas du tout besoin de dépenser son énergie biochimique. En fait, si la personne dépensait de lénergie, alors il y aurait une exigence supplémentaire de redistribution de cette énergie supplémentaire dépensée.

Jai ignoré les pertes dinefficacité, etc. qui peuvent être raisonnablement supposées être les mêmes en montant ou en bas.

La réponse est simple:

-> La montée se fait par travail musculaire .

-> La descente se fait (principalement) par amortisseur .

Expliquer:

En montant, on plie les genoux puis on doit utiliser une force considérable (en fonction de son poids) pour se redresser la jambe et se hisser à létape suivante.

Descendre (idéal , cas simplifié), dabord, on utilise la gravité pour redresser sa jambe, puis détend les muscles de lautre jambe et commence à tomber.Avant quil natteigne une vitesse de chute dangereuse (en fonction de la hauteur des marches), la jambe droite atteint létape suivante et toute lénergie est dissipée par les systèmes damortissement de votre corps.

En dautres termes, la descente est faite de petits sauts. Jappelle cela le cas idéal, car cette configuration entraîne la moindre utilisation de la puissance musculaire pour descendre les escaliers. En réalité, cependant, on utilise encore de lénergie musculaire pour redresser sa jambe, la garder raide, etc. immobile, ce qui est considérablement moins que lénergie nécessaire pour se lever.

Le travail effectué est égal à la force exercée multipliée par la distance déplacée dans le sens de la force .

Vous avez raison de dire que (à une première approximation) les forces exercées en montant et en descendant sont les mêmes: dans les deux cas (encore une fois, à une première approximation) vous avez un corps se déplaçant à vitesse constante – que ce soit vers le haut ou vers le bas – soumis à la gravité, il doit donc y avoir une force ascendante correspondant à la force de gravité.

Le problème est que, lors de la montée, les muscles (tendons, ligaments, os, etc. – toute la «machine» du corps) exercent une force vers le bas en se déplaçant vers le haut, donc ils perdent / dépensent de lénergie ; en descendant, la force est toujours vers le bas, mais maintenant le mouvement est vers le bas aussi, donc les muscles (etc.) reçoivent / gagnent de lénergie.

Maintenant, comme vous le savez, les muscles ne peuvent pas fonctionner à lenvers: ils sont bons pour convertir lénergie chimique en énergie mécanique , mais vous ne pouvez pas mettre d énergie mécanique et récupérer de l énergie chimique. Mais cela ne veut pas dire qu’ils ne peuvent pas absorber d’énergie: ils le peuvent, et ils le font en se réchauffant.

Il est également vrai que les muscles ont besoin d’énergie pour fonctionner, qu’ils en fassent une travail utile ou pas. Mais ce nest pas vrai que lénergie nécessaire à un muscle pour exercer une force spécifique soit constante: très grosso modo, il y aura un surcoût dénergie «gaspillée» $ W (F) t $ pour une force donnée pendant un temps donné, plus tout travail effectué par le muscle à travers le mouvement $ F \ cdot x $. Si le muscle ne bouge pas (pensez à pousser contre un mur de briques), vous utilisez juste $ W (F) t $; si vous faites du travail réel (donc le muscle bouge en se contractant) cest $ W (F) t + F \ cdot x $. Le gaspillage sera probablement similaire en montant et en descendant les escaliers, mais le travail effectué par les muscles ne sera pas.

Commentaires

• Cest la bonne réponse. OP est confus en ignorant le signe de lénergie. Fondamentalement OP dit  » haut ou bas: même force, même distance, donc même travail « . Mais cela devrait être  » même force, distance opposée, travail donc opposé « .
• Très vrai: lorsque vous marchez en bas, vous devez perdre lexcès dénergie ! (Ou on pourrait, dans les mots de OP ‘, finir comme un point humide en bas.) Cela peut être un défi de taille, par exemple lors de la course sur une pente raide. Certains survivants de la catastrophe du mont Everest de 1996 ont essentiellement glissé sur les pentes du camp. Ils nauraient jamais pu monter de la même manière: x épuisé.

Pour lexemple des escaliers, je pensais en termes de couple.

Lorsque vous voulez monter, placez votre jambe pliée dans la marche supérieure, puis vous prenez limpulsion de lever lautre jambe jusquà cet endroit ou même à létape suivante. Lorsque vous faites cela, vous devez compenser le couple que la gravité produit sur votre ancien genou.

Cependant, lors de la descente, la gravité aide ce couple à atteindre la marche inférieure.

Je ne sais pas si cest vrai mais cest ce qui mest venu à lesprit.

Lorsque vous descendez, vous transférez lénergie, vous navez pas besoin de fournir (presque) rien. Le peu dénergie que vous devez dépenser est celui nécessaire pour gérer et contrôler le transfert (et la descente); le reste vient du énergie potentielle gravitationnelle, et sera transférée sous forme dénergie mécanique et / ou dissipée sous forme de chaleur. Le transfert mécanique dans les articulations et les muscles peut entraîner des traumatismes qui peuvent être perçus comme apparentés à la fatigue ou à la fatigue.

Vous pourrait en théorie récupérer de lénergie en descente, mais vraiment vous ne le faites pas. Le mieux que vous puissiez faire est de recycler une partie de lénergie élastique dune étape pour propulser létape suivante (il existe plusieurs techniques de descente qui apprennent à bouger pour le faire aussi gracieusement, en toute sécurité, rapidement ou à moindre coût que possible. sétendre avec le haut de la jambe – ce dernier contre la gravité – coûte plus cher que dabsorber le choc avec le pied et le bas de la jambe et de glisser dun pas à lautre).

Beaucoup dénergie est dissipée dans la semelle des chaussures (essayez de descendre un long escalier avec des lattes de bois au lieu de chaussures de course, les muscles de vos jambes devant prendre le mou), dans tout ce qui recouvre le marches eux-mêmes, dans les marches elles-mêmes si elles « sont assez élastiques, etc.

Donc, même si vous pouvez descendre efficacement ou pas aussi efficacement, et être fatigué et / ou endolori en descendant aussi, lénergie que vous dépenser en baisse nest quune fraction de ce dont vous avez besoin pour augmenter, lorsque vous devez fournir que énergie potentielle gravitationnelle de vos propres réserves de produits chimiques.

Si vous étiez un corps parfaitement rigide sur des escaliers parfaitement rigides, avec un amortisseur à piston dans les deux genoux, vous dépenseriez très peu dénergie pour glisser vers lavant et tomber sur le étape suivante, et ensuite vous tomberiez dessus, les amortisseurs absorbant le choc et le dissipant sous forme de chaleur.

Commentaires

• L’énergie n’est pas créée ou détruit. Toute consommation dénergie est transfert.

Je pense que la question peut être simplifiée en demandant compte tenu de la différence entre le haut et le bas partie quand faire des squats .

Considérons dabord un modèle très simple: un ressort vertical suspendu au plafond et une masse suspendue à le ressort qui tire le ressort vers le bas. Lorsque la masse descend, lénergie potentielle sur le ressort augmente. Lorsque la masse monte, lénergie potentielle sur le ressort diminue. Cest même si dans les deux cas, le ressort exerce les mêmes forces. La force ne fonctionne pas. Le produit scalaire de la force et du déplacement est le travail.

En dautres termes: Quand un ressort (ou un muscle) exerce une force, cela ne signifie pas nécessairement quil fait un travail. Il ne fonctionne sur un objet extérieur que si la force déplace quelque chose .

Revenons maintenant à un muscle réel. Comme le ressort dans notre exemple, un muscle humain fonctionne quand il se raccourcit, et le travail est positif car la force exercée par le muscle est dans le sens du déplacement.

Vos jambes sont câblées de telle sorte que lorsque vous faites des squats vers le haut, vous pouvez raccourcir certains muscles et vos jambes se redresser. Ainsi, comme je lai expliqué, en montant, les muscles font un travail mécanique .

En descendant, la force est dans le même sens mais le déplacement est opposé. Par conséquent, en descendant, mécan un travail médical se fait sur les muscles. Cela peut être difficile à saisir, mais vient maintenant la partie biomédicale: contrairement au ressort, le muscle humain ne peut « pas stocker lénergie quil gagne. chemin et lénergie se transforme en chaleur. De plus, en raison du fonctionnement réel des cellules musculaires, les muscles doivent générer de la chaleur même lorsquils sont statiques ou allongés . Cest pourquoi la baisse a besoin dénergie.

Vous pouvez essayer cela à la maison. (Cela peut être plus facile à observer si vous utilisez un poids supplémentaire énorme auquel vous nêtes pas habitué, mais je ne le recommande pas. Si vous faites des squats très lentement, lénergie nécessaire pour générer de la chaleur pour des raisons biomécaniques domine, et descendre est presque aussi difficile que monter. Si vous faites des squats très vite, lénergie nécessaire pour générer du travail mécanique domine , et descendre se sent beaucoup plus facile.

Commentaires

• Est-ce que le downvoter explique la raison?
• Comme quelquun qui squatte , Je pense que cest la meilleure réponse à la question, mais en raison de la nature biologique du problème, Physics Stack Exchange na peut-être pas été le meilleur endroit pour répondre à la question.

Il y a des modifications importantes à votre message, je dois donc apporter des modifications importantes pour y répondre car la question est intéressant.

Allons au coeur de votre question.

Pour aller du point A, en bas de lescalier au point B, en haut de lescalier, il faut exercer $ mg \ Delta h = mg (B-A) $ énergie pour ce faire. En escalade, nous convertirons lénergie chimique du corps / des muscles pour ce faire. Pour descendre, comme vous « avez noté, il ny a aucun moyen de descendre les escaliers sans dissipant $ mg (BA) $ dénergie. Il est physiquement impossible de traduire une certaine hauteur sans décharger au moins $ mg \ Delta h $ en énergie. La question est, combien de $ mg (BA) $ mon corps doit-il fournir sous forme dénergie chimique?

Disons que je prends une corde et une poulie avec un frein pour limiter mon taux Le frottement entre les freins dissipera au moins $ mg \ Delta h = mg (BA) $ d’énergie.Transformer la friction mécanique en chaleur.

Disons que vous sautez (dune falaise dégale hauteur). Ensuite, votre corps absorbera $ mgh $ et vous allez probablement casser des choses ou mourir.

Dans les deux exemples ci-dessus, votre production dénergie était négligeable. La clé ici est que quelque chose dautre a dissipé lénergie et cétait nécessaire pour au moins $ mgh $ à être dissipé même en descente où «la gravité joue en votre faveur». La chose que jessaie dillustrer est que vous pouvez descendre sans exercer une grande partie de votre propre énergie. Alors, comment cela se passe-t-il sans poulie, ni saut?

Lénergie que vous souhaitez dissiper sera dissipée à chaque étape en utilisant la mécanique de votre corps tissus. Une proportion de la force normale exercée par lescalier sur vos articulations, os, muscles, tendons, etc … se comprime et rebondit en dissipant lénergie sous forme de chaleur. Que votre corps irradiera alors. Si vous pensez que ce nest pas significatif, laissez tomber une brique ou un morceau de bois et voyez combien de temps il rebondit. Sil ne rebondit pas indéfiniment, cela signifie que lénergie est dissipée par le matériau lui-même, par compression et rebond. Cette énergie est dissipée par les forces intermoléculaires et atomiques.

Analyse originale (pré-éditions)

Énergie (analyse non rigoureuse)

Escalade

Pour monter les escaliers, il faut fournir 100% de lénergie fournie pour monter verticalement par votre corps.

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

Descendant

Pour descendre le escaliers, il vous suffit de fournir une petite montée verticale (pour libérer votre pied des frottements), puis une petite quantité dénergie pour faire pivoter votre jambe vers lavant. La gravité prend le relais à partir de là. Soyons « s suppose que vous « faites un pas » 1 / 100e la hauteur de lescalier pour amorcer une marche descendante, puis:

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

Clairement, à partir de la mécanique simplifiée décrite ci-dessus $ E _ {\ text {montée}} > > E _ {\ text {descendent}} $.

Naturellement, dautres forces sont impliquées. Vous utiliserez les muscles de vos jambes pour résister à la chute dans les escaliers, cependant, vous pouvez voir que vous tirez parti de lénergie potentielle emmagasinée de votre hauteur verticale pour lutiliser pour descendre.

Énergie nette (plus rigoureuse) Analyse)

Sur la base du paragraphe ci-dessus, nous pouvons voir que nous avons fait des hypothèses et pas vraiment fait un modèle rigoureux pour tenir compte de tous les facteurs. Cétait une simple expérience mentale pour montrer rapidement que nous sommes probablement sur le ligne de pensée correcte. Par conséquent, une meilleure analyse examinera lensemble du système de telle sorte que les lois de conservation tiennent.

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

Énergie nette pour la montée

Léquation dénergie nette suivante du système montrera mieux comment lénergie humaine est liée à lénergie grimpante. Décomposons le modèle en quatre parties: énergie nette ($ 0 $), énergie potentielle ($ mgh $) , la production dénergie de lhomme et toute énergie gravitationnelle ($ E _ {\ te xt {extra}} $) que nous pouvons utiliser pour nous aider.

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

Dans une montée, notre $ E_ { \ text {extra}} = 0 $ car nous ne pouvons pas utiliser lénergie gravitationnelle pour nous aider (cest-à-dire que rien ne nous « pousse » vers le haut).

( 1) $ E _ {\ text {humain, montée}} = E _ {\ text {pe}} $

Énergie nette pour la descente

Clairement, en descente, nous pouvons convertir une partie de lénergie potentielle pour travailler pour nous. Nous pouvons utiliser lénergie gravitationnelle pour nous aider car elle nous entraîne là où nous voulons aller.

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

Ici, notre $ E_ {\ text {extra}} \ gt0 $ car une certaine énergie gravitationnelle peut être convertie / exploitée pour nous aider à descendre.

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

Clairement, $ (2) \ lt (1) $ parce que $ E _ {\ text {extra}} \ gt0 $.

Puissance vs énergie

Parler de vitesse changer le modèle. Principalement, introduire la vitesse à laquelle vous descendez ou montez les escaliers signifie que nous parlons maintenant de puissance qui est:

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

Si nous réduisons notre temps de montée de moitié, nous doublons la puissance requise.

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

Cest pourquoi monter les escaliers sera plus épuisant quune promenade tranquille.

(Et, fait intéressant, la puissance est la raison pour laquelle vous irez splat si vous essayez de prendre un raccourci vers des escaliers très hauts. Tant que $ \ Delta E $ est constant, lorsque $ \ Delta t $ approche de zéro, vous constaterez que vous avez de sérieux problèmes.)

Pensez à lénergie, monter des escaliers nécessite de lénergie de votre part pour vous pousser. cette énergie est stockée sous forme dénergie potentielle. Cependant, en cas de descente, chaque pas que vous avez fait consiste à transférer votre énergie potentielle vers lescalier (pas vers votre corps).

En résumé, vous perdez de lénergie (calories provenant des aliments) lorsque vous montez . Et vous ne perdez (presque) rien quand vous descendez.

Commentaires

• Non, lénergie retourne en grande partie à votre corps lorsque vous descendez – juste pas sous une forme utile (vous ne ‘ pas devenir plus énergique, juste plus chaud!).
• @psmears: sous quelle forme? il ne retourne pas et nest pas stocké sous forme dénergie corporelle (calories). en négligeant les frottements musculaires et autres pertes, lénergie est largement transférée à la terre (par la force exercée sur les escaliers).
• Sous forme de chaleur, vous vous réchauffez (légèrement). Il ny a ‘ pas vraiment dénergie transférée à la Terre via la force exercée sur les escaliers, car transfert dénergie = (force x distance déplacée dans le sens de la force), et les escaliers don ‘ t vraiment bouger.
• Lescalier bouge, seulement il est négligeable en raison de la taille gigantesque de la terre par rapport à notre corps. si notre taille et notre masse étaient comparables, il sera observable
• la transformation dénergie du PE peut être sous forme de travail effectué sur la terre en mouvement, lénergie des ondes de vibration au contact, la chaleur due au frottement lorsque nous descendons lescalier, mais pas de retour au corps.

Exercer une force et forcer vos muscles est pas la même chose. Même si vous vous détendez complètement, du travail sera nécessaire pour déplacer votre boite. Ce travail est exactement ce qui crée la force qui vous ralentit vers le bas lorsque vous descendez les escaliers.

Bien sûr, vous devez encore vous fatiguer les muscles en descendant, afin de contrôler votre trajectoire et votre vitesse. Mais lorsque vous montez, cela fonctionne doit être fait en plus du travail nécessaire pour soulever votre poids.

Je vais fournir une autre réponse , car aucune des réponses existantes ne semble aborder succinctement lefficacité énergétique.

Disons que vos muscles sont efficaces à 25%. Cela semble être du côté généreux car le cyclisme et laviron sont probablement des utilisations plus efficaces de vos muscles que la marche, où vous devez faire plus defforts pour conserver votre équilibrer et absorber les chocs.

Donc, en montant une colline, vous allez dépenser 4 fois plus dénergie en grimpant avec vos jambes que la quantité réelle dénergie potentielle que vous gagnez. Trois parties de cela sont dans linefficacité de 75%, générant de la chaleur dans votre corps, et la dernière partie est les 25% qui sont consacrés à lénergie potentielle réelle.

Maintenant, envisageons de descendre. Si vous marchez vers larrière en bas de la colline, vous utilisez tous les mêmes muscles et vous allez faire à peu près le même mouvement. Jai marché de haut en bas et de la colline escarpée à proximité comme celle-ci pour le confirmer. Maintenant, en descendant la colline, nous savons que vous devez générer au moins la quantité dénergie potentielle au sommet afin de remonter en bas sans augmentation de vitesse. Mais cest toute lénergie dont vous avez besoin pour générer une simple marche arrière en bas de la colline! Toute votre énergie musculaire est spécifiquement destinée à déverser de lénergie potentielle et à la convertir en chaleur.

Donc, monter est va prendre au moins 4 fois plus dénergie des magasins de votre corps que de descendre. Cest peut-être plus, car il existe des moyens de dissiper lénergie potentielle plus efficacement – cela sappelle être moins efficace pour utiliser vos muscles! Si vos muscles ne sont efficaces quà 16% (le bas de gamme cite dans la page liée) cela va une montée prendra 6,25 fois plus dénergie. Si vous glissez une partie du chemin vers le bas de la colline, cela prendra encore moins dénergie car vous dissipez lénergie sous forme de chaleur provenant de la friction et non dans vos muscles.

Commentaires

• Vous avez manqué un très gros point concernant linefficacité biologique: les muscles brûlent de lénergie même lorsquaucun travail de physique nest effectué. Ils brûlent de lénergie même lorsquun travail négatif est effectué. Parfois beaucoup (essayer faire des négatifs au gymnase!). Vous ‘ ne regardez pas une proportionnalité. La réclamation ici  » va prendre au moins 4 fois plus d’énergie des réserves de votre corps ‘ que de descendre. » est fondé sur un malentendu. ‘ est le problème de base avec cette question: vous ne pouvez ‘ t comprendre la situation sans comprendre plus de biologie que la plupart des physiciens n’en apprennent jamais.
• @dmckee Je ne suis pas daccord. Les chiffres defficacité indiqués ont été mesurés par la consommation réelle doxygène. Cela ne serait fait que pendant lexercice proprement dit. Oui, une partie de cette inefficacité est due au métabolisme de base, mais elle ‘ est dans le contexte de leffort, pas au repos. Nous ne sommes ‘ t préoccupés par les flux d’énergie en dehors de la fenêtre de temps pendant laquelle le travail réel est effectué.

Simple. Il ya une force constante de 1g qui vous tire vers le bas.

(ouais, cela dépend de la distance de la Terre etc etc … mais un exemple simplifié suffit pour une explication)

Donc si vous voulez monter à, disons un demi-ag, vous devez produire 1,5 g de force, dont 1 g sert uniquement à annuler la force de gravité.

Si vous devez descendre à la même accélération (demi-ag) vous devez produire juste la moitié dag de force – pour annuler un demi-ag de gravité.

Donc, 0,5 g pour descendre, 1,5 pour monter.

Pour dautres souhaités accélérations (par exemple, 0,1 g, 0,05 g, etc.), vous pouvez faire le calcul.

Commentaires

• Je ne ‘ Je pense que ‘ cest ça, voir le point A) de ma modification … si je continuais à surcompenser g (de quelque montant minime que ce soit) à chaque étape, jaccélérerais indéfiniment .
•  » 1,5 g de force  » ne devrait probablement pas ‘ t être écrit sur physics.stackexchange.
• -1 Il est plus facile de descendre des escaliers que de monter même sur une longue distance à vitesse constante (cest-à-dire sans accélération).
• g est une unité daccélération, pas de force et certainement pas de vitesse. Si vous ‘ roulez à une vitesse constante, alors vous avez une accélération de zéro g. Il y aura une petite accélération (mais nulle part près de 0,5) au début et une petite accélération dans lautre sens à la fin. Si vous commencez au repos et que vous finissez au repos, votre accélération moyenne doit être nulle.
• Si je monte ou descends une volée de marches, la plupart du temps, je ‘ Je naccélère ni ne décélère réellement – du moins pas de beaucoup. Si cétait laccélération qui causait lépuisement, il ne serait pas plus fatiguant de monter 50 étages que den monter un seul.