Leereszkedéskor azonban ekvivalens erőt kell kifejtenie, hogy megakadályozza a gyorsulást és a talajba ütközést …

Teljesen helyes.

Így van az a tény is, hogy a felfelé vezető lépcsőket általában sokkal kimerítőbbnek tartják, mint pusztán biomechanikus dologként lemenni ugyanazon a lépcsőn. izom helyett ízületek vannak, amelyek elnyelik / ellensúlyozzák a kinetikus energiát?

Jobb. Amikor felmegy a lépcsőn, nagy erőket kell kifejtenie a nagy izmain keresztül. Amikor a lábad megemeli a törzsét, az izmaid elegendő erőt látnak el (energiaköltséggel) ehhez.

Ha lemegy a lépcsőn, akkor ez nem a fordított iránya. Ahelyett, hogy a nagy izmaidat lassítanád, a legtöbben egy kiegyenesített lábat vesznek, és az alsó lépcsőre ültetik. A lassulást az ízületek képlékeny alakváltozása, a lábfejében lévő folyadék elmozdulása, valamint a cipőben és a padlóban lévő anyagok képezik. Az izmoknál még mindig van némi energiaigény a koordinációhoz és a lábak mozgatásához, de ez lényegesen kisebb, mint ha az izmok lassító munkát végeznének.

Megjegyzések

• A legtöbb ” képlékeny alakváltozás stb. ” a potenciálból visszanyert energiát használja fel. Új kalóriabevitelre van szükség az izmok ügyes, irányított használatával a gördülés leállításához, ami nem túl sok.
• ” az ízületek képlékeny alakváltozása ” Tényleg? Úgy tűnik, hogy valóban gyors lenne a test károsítása.
• @JMac, ” Műanyag ” szemben hogy ” rugalmas “. Az elképzelés az, hogy az energia eloszlik, ezért az inak vagy struktúrák, amelyek rugóként működnek, és energiát adnak vissza, nem segítenek ‘. De a deformálódó porc igen. ‘ nem azt jelenti, hogy kár keletkezik.
• Talán szemléletes ” gondolatkísérletként “, vegye figyelembe, hogy még egy elhalt vagy eszméletlen emberi test is képes lebukni egy lépcsőn (és alul pihenni). Így egyértelműen nincs szükség aktív izommunkára a lépcsőn leereszkedésből nyert potenciális energia eloszlásához. (Egy praktikusabb kísérlet érdekében cseréljen ki egy zsák burgonyát vagy bármit; szinte minden nem rugalmas anyag minőségi viselkedése azonos lesz.)
• @DavidScarlett: Győződjön meg róla, hogy ‘ nagyon kicsi lépés, vagy csak vízszintes járás. Aggódom, hogy az emberek megsérthetik magukat, ha a normál lépcső egyetlen lépcsőjén is reteszelt ízületek vannak, ha valóban leesnek (ha a hátsó lábat nem lassítják ütközés előtt).

ekvivalens erőt kell kifejtenie, hogy megakadályozza a gyorsulást és a talajba ütést

Állatként kalóriákat költünk a felmenéshez és a potenciális energia megszerzéséhez. A fáradtság az elfogyasztott kalóriák mértéke. Ideális esetben a lefelé menéshez nincs szükség kalóriákra, és még nem fejlődtünk olyan mértékben, hogy visszavesszük őket. Kivéve néhány kalória szükséges a súrlódási erőkkel való kölcsönhatásban, és némi készséggel ahhoz, hogy a felesleges energiát átadja a lépcsőknek.

Gondoljon a síelésre. Gyalog feljutni a dombra sok kalóriára van szükség (akár hiszed, akár nem 1958-ban megtanítottak sílécekkel felmenni), hogy szabályozzam a néhány csúszással lefelé csúszó sebességet, és némi képességet (ezért ezen a pályán Jól voltam felfelé haladva, de a domb alján egy fröccssel végződtem, nincsenek képességeim). Az energia a felhasznált kalóriák megtérülése (részben részben a súrlódás veszi igénybe annak egy részét).

Szerkesztés a kérdés szerkesztése után:

Az egyetlen ok, amiért bevezettem a kérdésbe a sebességet, az volt, hogy megmutassam, hogy energiát kell lefektetni a földszintre

Ön ab initio feltételezve, hogy a sebesség energiát vesz fel az izmaidból. A lefelé haladási sebességet a potenciális energia fokozatos csökkenése tartja fenn egy lépés lefelé haladásával. Ez testének sebességévé válik, és egy normális erő ütközésénél visszaveri a labdát, el kell költenie valamilyen izomenergiát ahhoz, hogy ne pattogjon, de semmiképpen sem egyenlő azzal az energiával, amely szükséges ahhoz, hogy a súlyát egy lépéssel feljebb vigye.

Egészen biztos vagyok abban, hogy a súrlódásnak nincs jelentős szerepe ebben a gondolati kísérletben.

Rossz. A súrlódás nagyon jelentős szerepet játszik a gyaloglásban, a fel vagy le mászásban. Megpróbálta már jégen járni?

Nem, nem azt állítom, hogy az ereszkedés szubjektíve kevésbé fárasztó, hanem azt kérdezem, miért kevésbé fárasztó

Kevésbé kimerítő, mert kevesebb energiára van szükség a test izmaitól, amelyre szükség van az ereszkedés irányításához, hogy ellenőrizzék az energia felszabadulását a test potenciális energiájának fokozatos csökkentéséből. Az irányítás sokkal kevésbé veszi fel az energiát, mint az emelés.

A lépcsőből nincs olyan „szabad” vagy „automatikus” normál erő, amely megakadályozná a gyorsulást.

Ön fizetett érte, ha felment a lépcsőn. A test lépésenkénti leengedésének növekményes sebessége eléri a lépést, és normális erő jön létre az ütközésből, nem pedig az izmokból. Az izmoknak kontrollálniuk kell ellene, hogy ne ugráljon, mint egy labda, de ez kevesebb energiát jelent, mint a potenciális lépés, mivel a súrlódás veszi át annak nagy részét.

Továbbá, amint többen rámutattak, emberként nincs módunk felhasználni vagy átalakítani tárolt potenciális energiánkat önmagunk lelassítására.

Nem , de a testünk elég okos, ha sebességi helyzetben van, hogy egy kis izomenergiát fordítson arra, hogy oda irányítsa, ahová a sebesség megy. A lépésről lépésre történő zuhanás gyorsulásának sebessége súrlódássá (nem segít a csúszó cipő) és a normál erő miatti testpattanássá alakul át, mindezt súrlódás és sugárzás éri. Az új energiafelhasználás kicsi a nagy potenciál eléréséhez elköltött energia tekintetében. Lásd a fenti sípéldát.

A harmadik szerkesztés után íme egy egyszerű példa:

1) Vegyünk egy félig felfújt labdát, amely néhányszor felpattan és megáll egy sík padlón. .

2) Emelje fel az emeletre, a szél mellé. Szerzett potenciális energia.

3) Adjon egy kis lökést, csak hogy a következő lépésre jusson: egy kis energia elfogyott.

Ez további energiák nélkül lepattan a lépcsőn. és attól függően, hogy mennyire le van eresztve, elérheti a talajt vagy megállhat közöttük, mivel a normál erő nagyobb, mint az egy lépés eséséből származó potenciális energia kinetikai nyeresége.

Megjegyzések

• Úgy gondolom, hogy a síelési példa pontosan megmutatja, miért kell fékeznie – különben alapvetően teljes potenciálját kinetikus energiává alakítja át. Az az érvem, hogy a fékezés matematikailag pontosan ugyanannyi energiát igényel.
• @Daniel, és az az érvem, hogy visszanyerje az elköltött energiát, és fékezésre használja fel, mint a síelési képességekkel, csak egy kevés új energia a bokád elfordításával, hogy mélyebbre ásson és fékezze a sebességet. ez a fékezési súrlódásnak adott nagyobb potenciál elérésére fordított eredeti energia.
• egyszerűbb példa: egy vödör víz potenciális energiával rendelkezik a domb tetején, öntse le és töltse el a potenciális energia fut le a dombról. A lépcsők esetében nem gördülünk lefelé, hanem lépésről lépésre használjuk fel a potenciális energiát súrlódással és a láb hátsó szórásával a lépcsőn. Bizonyos kalóriákat elköltenek a lelépő izmok, de semmiképpen sem annyit, mint a felfelé haladás.
• @Daniel nem, ez nem ‘ t, a súrlódás gondoskodik neked
• Nem lenne a súrlódás legnagyobb része, ha lépcsőn jársz felfelé és lefelé (legalábbis a súrlódás a lábad és a lépcsők között) statikus súrlódás , vagyis csak potenciális és mozgási energiát ad át a föld és az ember között, és nem a hőbe? Másrészt fogalmam sincs, van-e belső súrlódás a lábakban.

Ez biomechanikus.

Nos, ez tropikus.

A gravitációs potenciális energia valóban jó minőségű (alacsony entrópiás) energia. A szinte önkényes munkává alakítás nagyon egyszerű.

Ha lemegyünk, akkor ezt a gravitációs potenciális energiát hővé alakítjuk, elasztikus csontjainkkal és szalagjainkkal áztatva. Ez könnyű átalakulás, mivel az alacsony entrópiás energiától a magas entrópia energiáig haladunk.

Most néhány izommunka túlmutat a sokkok egyszerűen elnyelésén; ezáltal kiegyensúlyozottak és irányítottak maradunk lefelé ereszkedve.

Felfelé haladva, energia szempontból semmi sem akadályoz bennünket abban, hogy hűtjük izmainkat, szalagjainkat és csontjainkat, és felhasználjuk a lépések felfutásához, gravitációs potenciálenergiát generálva. . De ez sértené a termodinamika törvényeit, nevezetesen a nagy entrópia energiájának átalakítását alacsony entropia energiává.

Ehelyett arra kényszerülünk, hogy tárolt kémiai energiánkat – ATP-t és másokat – kinetikus energiává alakítsuk át, amelyet aztán gravitációs potenciális energiává alakítunk.

Az ATP (és egyéb tárolt kémiai) energia tartalékaink kimerülnek, és fáradtnak érezzük magunkat.

Ennek megvalósításának biomechanikai módja magában foglalja azt, hogy miként mászunk és ereszkedünk le; valószínűleg olyan lényt hozhat létre, aki nem túl hatékony az ereszkedésben és az izmokat végig használja.

Vannak emberek, akik egy lépcsőn lefelé csúszva mennek le a lépcsőn, és csak energiát égetnek, hogy súrlódást hozzanak létre a tartókeret. Valószínűleg ez a leghatékonyabb módja annak, hogy valaki lemegy a lépcsőn.

Alapvetően nem lehet olyan hatékonyan mászni, mint amennyi leereszkedhet.

Az energiát nem “használják ben átkerül és átalakul. A “rendelkezésre álló” energia jó minőségű, alacsony entrópiájú energia. Soha nem “költi el” energiát valamire (a pihenőtömeg létrehozásán kívül, ha nem beszélünk a tömeg-energia egyenértékűségéről), ehelyett az alacsony entrópiás energiát más formájú alacsony entrópiás energia és magasabb entrópia keverékévé alakítja. energia “veszteség”.

• Izmaid nagyobb erőt fejtenek ki emelkedéskor, mint ereszkedéskor:

Amikor lemennek lefelé, a gravitációnál kisebb erőt kell kifejteniük a sebesség szabályozásához, míg az emeletre érve az erőnek legalább egyenlő vel a súlyoddal, hogy fel tudj emelkedni. Tehát az izmaid több munkát végeznek felfelé, mint lefelé, a mozgások általában nem szimmetrikusak .

Ez “különösen igaz, mert a fékerő (az” s normál erő által biztosított “lépésről lépésre történő” eséshez “ nem a lábad által kifejtett erő reakciója izmok – eltalálhatod a lépjen egyenesen, és hagyja, hogy a becsapódási energia passzívan szétoszlasson a testén, és közben nagyon kevés energiát költsön el, amint ezt a BowOfRed válasz .

• A természetes energiaveszteségek segítenek fenntartani a kényelmes sebességet a földszinten, miközben ez ” veszteség, amelyet kompenzálnia kell, amikor felmegy az emeletre.

• És igen, természetesen vannak biomechanikai szempontok is. Például mennyivel fárasztóbb a lassított lefelé ereszkedni: nagyon lassan lemenni a földszintre aligha könnyebb, mint azonos sebességgel felmenni – növeli a szimmetriát mindkét mozgás között.

Megjegyzések

• A hozzászólások nem bővebb viták; ez a beszélgetés csevegésbe került .

Előfordulhat, hogy a mondanivalóm implicit módon már elhangzott más válaszokban, de ezt a választ azért teszem közzé, mert nem látok olyan választ, amely nyilvánvalóan hasonló lenne a gondolatomhoz .

Az emeletre jutás közben a föld-ember rendszer potenciális energiát nyer. A potenciális energia emelésének az ember biokémiai energiájából kell származnia. Így míg az emeletre megy, a személynek legalább az alábbiakat kell dolgoznia: a föld-ember rendszer potenciális energiájának növekedése.

Most, miközben a földszintre megy, a föld-ember rendszer elveszíti a potenciális energiát. Így ennek az elveszett potenciális energiának el kell mennie valahova. az első hely a személy makroszkopikus mozgási energiájában van. Egészen idáig teljesen világos, hogy a személy biokémiai energiájából egy fillért sem költ. De megköveteljük, hogy az illető ne nyerjen semmilyen makroszkopikus energiát. Tehát újra kell osztanunk a föld-személy rendszerből felszabaduló energiát más formákra. Ezt az újraelosztást a lábak közötti normális reakcióerők végzik. A személyt és a lépcsőket az energiát újra elosztják a lépések rezgőmozgásába, részben pedig az ember lábának molekuláinak rezgési mozgásába stb. De ez csak az energia újraelosztása. A személynek egyáltalán nem kell biokémiai energiáját költenie. Valójában, ha az illető energiát költené, akkor további követelmény lenne ennek a ráfordított energiának újraelosztása.

Nem vettem figyelembe az eredménytelenség veszteségei stb., amelyek ésszerűen feltételezhetők, hogy azonosak lesznek az emeleten vagy a földszint alatt.

A válasz egyszerű:

-> A felfelé haladást izommunka végzi.

-> A lefelé haladást (főleg) lengéscsillapító végzi.

Magyarázat:

Felfelé menet az ember térdre hajlik, majd jelentős erővel (súlyától függően) meg kell igazítania a lábát, és fel kell emelnie magát a következő lépésre.

Lefelé haladni (ideális) , egyszerűsített eset), először is, az egyik a gravitáció segítségével egyenesíti fel a lábát, majd ellazítja a másik láb izmait és elkezd zuhanni.Mielőtt veszélyes zuhanási sebességet szerezne (a lépcső magasságától függően), az egyenes láb eléri a következő lépést, és az összes energiát eloszlatja a test lengéscsillapító rendszere.

Más szavakkal, a lefelé haladás kis ugrásokból áll. Ideális esetnek nevezem, mivel ez a konfiguráció a legkevesebb izomerőt használja le a lépcsőn. A valóságban azonban az ember még mindig használ valamilyen izomenergiát a lábának felegyenesítésére, mereven tartásával stb., Ami lényegesen kevesebb, mint amennyi ahhoz szükséges, hogy felemelje magát.

Az elvégzett munka megegyezik a kifejtett erővel, szorozva a távolságot a .

Abban igazad van, hogy (első közelítésre) a felfelé és lefelé haladva kifejtett erők megegyeznek: mindkét esetben (ismét az első közelítéshez) van egy állandó sebességgel mozgó test – akár felfelé, akár lefelé – a gravitációnak van kitéve, ezért a gravitációs erőnek megfelelő felfelé irányuló erőnek kell lennie.

A probléma az, hogy felemelkedéskor az izmok (inak, szalagok, csontok stb. – a test teljes “gépe”) lefelé irányuló erőt fejtenek ki, miközben felfelé haladnak, így energiát vesztenek / vesztegetnek ; ereszkedéskor az erő még mindig lefelé, de most a mozgás is lefelé irányul, ezért az izmok (stb.) energiát kapnak / nyernek.

Most, mint tudják, az izmok nem tudnak fordítva működni: jól képesek átalakítani a kémiai energiát mechanikai energiává , de nem adhat be mechanikai energiát, és kémiai energiát nem hozhat vissza. De ez nem azt jelenti, hogy nem tudnak energiát felvenni: megtehetik, és ezt melegítéssel teszik.

Az is igaz, hogy az izmok működéséhez energiára van szükség, függetlenül attól, hogy csinálnak-e valamit hasznos munka vagy sem. De nem igaz, hogy az izomnak egy adott erő kifejtéséhez szükséges energia állandó: nagyon durván, egy “elpazarolt” energia rezsije lesz $ W (F) t $ egy adott erő számára egy adott idő alatt, plusz minden olyan munka, amelyet az izom végzett a $ F \ cdot x $ mozgással. Ha az izom nem mozog (gondoljuk, hogy egy téglafalnak nyomja), akkor csak $ W (F) t $ -t használ; ha tényleges munkát végez (tehát az izom összehúzódással mozog), akkor ez s $ W (F) t + F \ cdot x $. A pazarlás valószínűleg hasonló lesz felfelé és lefelé a lépcsőn, de az izmok által végzett munka nem fog.

Megjegyzések

• Ez a helyes válasz. Az OP-t összekeveri az energia előjelének figyelmen kívül hagyása. Alapvetően az OP azt mondja, hogy ” felfelé vagy lefelé: ugyanaz az erő, azonos távolság, ugyanolyan munka “. De ” ugyanaz az erő, ellentétes távolság, tehát ellentétes munka “.
• Nagyon igaz: a földszinten járva felesleges energiát kell leadnia ! (Vagy az OP ‘ szavakkal alul nedves foltként kerülne.) Ez például jelentős kihívást jelenthet. meredek lejtőn lefutva. Az 1996-os Mt Everest katasztrófa néhány túlélője alapvetően lecsúszott a lejtőkön a táborba. Soha nem tudtak volna mászni felfelé: x kimerült.

A lépcső példájához a nyomaték szempontjából gondoltam.

Amikor fel akarsz emelkedni, tedd behajlított lábadat a felső lépcsőbe, majd lendületet veszel, hogy a másik lábadat éppen arra a sápadtra, vagy akár a következő lépcsőre emeld. Amikor ezt megteszi, kompenzálnia kell azt a nyomatékot, amelyet a gravitáció a korábbi térdén produkál.

Azonban amikor leszáll, a gravitáció segít abban a nyomatékban, hogy elérje az alsó lépcsőt.

Nem tudom, hogy ez helyes-e, de ez jutott eszembe.

Amikor leereszkedsz, te szállítsd át az energiát, nem kell (szinte) semmit szolgáltatnod. Az a kevés energia, amelyet el kell költened, az szükséges az átvitel (és az ereszkedés) kezeléséhez és irányításához; a többi a gravitációs potenciális energia, és mechanikus energiaként kerül átadásra és / vagy hőmennyiségben oszlik el. Az ízületekben és az izmokban történő mechanikus átvitel traumához vezethet, amely felfogható fáradtság vagy fáradtság rokonságaként.

Ön elméletileg elméletileg visszanyerheti az energiát, amikor ereszkedik, de valójában nem. A legjobb, amit tehet, hogy újrahasznosít egy kis rugalmas energiát az egyik lépésből a következő lépés meghajtására (számos mászási technika létezik, amelyek megtanítják, hogyan kell ezt a lehető legkecsesebben, biztonságosan, gyorsan vagy olcsóbban megtenni. Fékezés hajlítással és a felső lábbal való nyújtás – ez utóbbi a gravitációval szemben – drágább, mint elnyelni a sokkot a lábbal és az alsó lábbal, és egyik lépcsőről a másikra lesiklani).

Sok energia eloszlik a cipő talpában (próbáljon futócipő helyett egy hosszú lépcsőn lemenni fa lécekkel, és a lábizmainak fel kell vennie a lazaságot), bármi is takarja a cipőt magukat, magukban a lépésekben, ha eléggé rugalmasak, stb.

Tehát bár hatékonyan vagy kevésbé hatékonyan ereszkedhet le, és fáradhat és / vagy fájhat lefelé is, az energiája költés lefelé haladás csak töredéke annak, amire fel kell menned, amikor ezt kell ellátni gravitációs potenciális energia a saját vegyi áruházaiból.

Ha tökéletesen merev test voltál tökéletesen merev lépcsőn, mindkét térdén dugattyús lengéscsillapítóval, akkor nagyon kevés energiát költenél arra, hogy előrecsúszj és a következő lépés, és akkor ráesne, a lengéscsillapítók elnyelik a sokkot és hőként eloszlatják.

Megjegyzések

• Nem jön létre energia vagy megsemmisült átadás.

Úgy gondolom, hogy a kérdést leegyszerűsíthetjük azzal, ha figyelembe vesszük a felfelé és lefelé mutató különbségeket. része, amikor guggolás közben .

Vizsgáljuk meg először egy nagyon egyszerű modellt: A mennyezetről függő függőleges rugót és a a rugót, amely a rugót lefelé húzza. Amikor a tömeg lefelé megy, a rugó potenciális energiája megnő. Amikor a tömeg felfelé megy, a rugó potenciális energiája csökken. Annak ellenére, hogy mindkét esetben a rugó ugyanazokat az erőket fejti ki. Az erő nem működik. Az erő és az elmozdulás pont szorzata munka.

Más szavakkal: Amikor egy rugó (vagy egy izom) erőt fejt ki, ez nem feltétlenül jelenti azt, hogy bármilyen munkát végez. Csak akkor működik külső objektumon, ha az erő mozgat valamit .

Most térjen vissza egy igazi izomhoz. Mint a példánkban szereplő rugó, egy emberi izom rövidüléssel működik, és a munka pozitív, mert az izom által kifejtett erő az elmozdulás irányába.

A lábait úgy kötjük össze, hogy a guggolásokat felfelé végezve rövidítheti bizonyos izmait, és a lábai kiegyenesedhetnek. Tehát, amint elmagyaráztam, felfelé haladva az izmok mechanikai munkát végeznek .

Amikor lemennek, az erő ugyanabban az irányban van, de az elmozdulás ellentétes. Ezért amikor lefelé halad, gépeljen A fizikai munkát az izmokon végzik. Ezt nehéz lehet megfogni, de most következik a biomedicinikus rész: A tavasszal ellentétben az emberi izom nem képes elraktározni azt az energiát, amelyet megszerez és az energia csak hővé válik. Ezen túlmenően az izom sejtjeinek tényleges működése miatt a feszült izmoknak akkor is hőt kell termelniük, ha statikusak vagy hosszabbak . Ezért van szüksége energiára a lefelé haladáshoz.

Ezt kipróbálhatja otthon. (Könnyebb lehet megfigyelni, ha olyan hatalmas extra súlyt használ, amelyet nem szokott meg, de nem ajánlom hogy orvosi okokból.) Ha nagyon lassan guggol, akkor a hő előállításához szükséges energia, mivel a biomechanikai okok dominálnak, és a lemenés majdnem olyan nehéz, mint a felfelé haladás. Ha nagyon gyorsan guggol, akkor a mechanikai munka előállításához szükséges energia dominál. , és a lefelé haladás sokkal könnyebbnek érzi magát.

Hozzászólások

• Lehet, hogy a leszavazó megmagyarázza az okát?
• Mint aki guggol , Azt hiszem, ez a legjobb válasz a kérdésre, de a probléma biológiai jellege miatt a Physics Stack Exchange nem biztos, hogy a legjobb helyszín volt a kérdésre.

Jelentős módosítások vannak a bejegyzésén, ezért jelentős módosításokat kell végeznem, hogy foglalkozzak velük, mert a kérdés érdekes.

Vágjuk a kérdés középpontjába.

Ahhoz, hogy az A ponttól, a lépcsők aljától a B pontig, a lépcsők tetejéig haladjunk, $ mg \ Delta h = mg (B-A) $ energiát kell kifejteni ehhez. A hegymászás során ennek érdekében a test / izmok kémiai energiáját átalakítjuk. Ahhoz, hogy leereszkedjen, amint megjegyezte, nincs mód arra, hogy $ mg (BA) $ energia eloszlatása. Fizikailag lehetetlen valamilyen magasságot lefordítani anélkül, hogy legalább $ mg \ Delta h $ Az a kérdés, hogy a testemnek mekkora USD mg (BA) $ mennyiséget kell biztosítania kémiai energia formájában?

Tegyük fel, hogy a sebességem korlátozásához fékkel ellátott kötelet és szíjtárcsát veszek A fék közötti súrlódás legalább $ mg \ Delta h = mg (BA) $ értékű energiát eloszlat.A mechanikai súrlódás hővé alakítása.

Tegyük fel, hogy leugrik (le egy azonos magasságú szikláról). Ezután a tested felszívja a $ mgh $ -ot, és valószínűleg összetörsz vagy meghal.

A fenti két példában az energiád elenyésző volt. A legfontosabb itt az, hogy valami más eloszlatta az energiát, és szükséges volt hogy legalább $ mgh $ eloszlassék még az ereszkedéskor is, ahol “a gravitáció az ön javára működik”. Azt próbálom szemléltetni, hogy leereszkedhet anélkül, hogy a saját energiáját nagy mértékben megterhelné. Tehát hogyan történhet ez egy szíjtárcsa vagy ugrás nélkül?

Az eloszlatni kívánt energiát minden lépésben eloszlatja testének mechanikája. szövetek. A lépcső által az ízületekre, a csontokra, az izmokra, az inakra stb. Gyakorolt normál erő egy része összenyomódik és visszapattan, és hőként eloszlatja az energiát. majd el fog sugározni. Ha úgy gondolja, hogy ez nem jelentős, dobjon le egy téglát vagy egy fadarabot, és nézze meg, meddig pattan. Ha nem ugrál örökké, ez azt jelenti, hogy az energiát maga az anyag bomlasztja és visszapattanja. Ezt az energiát molekuláris és atomi erők oszlatják el.

Eredeti elemzés (előzetes szerkesztések)

Energia (nem szigorú elemzés)

Mászás

A lépcsőn való felmászáshoz a függőleges felmászáshoz biztosított energia 100% -át biztosítani kell a tested által.

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

Csökkenő

A lépcsőn, csak egy kis függőleges emelkedőt kell megadnia (hogy eltörje a lábát a súrlódástól), majd egy kis mennyiségű energiát a lábának előre fordításához. A gravitáció átveszi onnan. Legyen “s tegyük fel, hogy 1/100-at “lép” a lépcső magassága csökkenő lépés megkezdéséhez, majd:

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

Nyilvánvaló, hogy a fent leírt egyszerűsített mechanikából a $ E _ {\ text {climb}} > > E _ {\ text {descend}} $.

Természetesen más erők is érintettek. A lábizmaiddal ellenállsz a zuhanásnak a lépcsőn, azonban láthatod, hogy a függőleges magasságodban felhalmozott potenciális energiát használod a leszálláshoz.

Nettó energia (szigorúbb) Elemzés)

A fenti bekezdés alapján láthatjuk, hogy feltételezéseket tettünk, és nem igazán készítettünk szigorú modellt, hogy minden tényezőt figyelembe vegyünk. Egyszerű mentális kísérlet volt annak megmutatása, hogy valószínűleg a helyes gondolkodásmód. Ezért egy jobb elemzés az egész rendszert úgy vizsgálja meg, hogy a természetvédelmi törvények érvényesek legyenek.

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

Nettó energia a mászáshoz

A rendszer következő nettó energiaegyenlete jobban megmutatja, hogyan viszonyul az emberi energia a mászó energiához. Bontjuk a modellt négy részre: nettó energia ($ 0 $), potenciális energia ($ mgh $) , az emberi energiakimenet és a gravitációs energia ( xt {extra}} $), amellyel segíthetünk.

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

Egy emelkedésben a $ E_ { \ text {extra}} = 0 $, mivel nem használhatunk gravitációs energiát a segítségünkre (vagyis semmi “nem nyomja fel”).

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

Nettó energia az ereszkedéshez

Nyilvánvaló, hogy süllyedésben átalakíthatjuk a potenciális energia egy részét, hogy munkát végezzünk értünk. Használhatunk gravitációs energiát a segítségünkre, mivel az oda vezet, ahová szeretnénk menni.

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

Itt van a $ E_ {\ text {extra}} \ gt0 $, mivel bizonyos gravitációs energia átalakítható / kiaknázható, hogy segítsen leszállni.

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

Nyilvánvaló, hogy $ (2) \ lt (1) $, mert $ E _ {\ text {extra}} \ gt0 $.

Teljesítmény vs energia

A sebességről való beszéd mindenképpen változtassa meg a modellt. Elsősorban a sebesség bevezetése, amellyel leereszkedik vagy felmászik a lépcsőn, azt jelenti, hogy most a hatalomról beszélünk, amely a következő:

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

Ha felezzük az emelkedési időnket, akkor megduplázzuk a szükséges teljesítményt.

$ P_ {2} = \ frac {mgh} { 0.5t_ {1}} \ jobbra nyíl P_ {2} = 2P_ {1} = 2 \ balra (\ frac {mgh} {t_ {1}} \ jobbra) $

Éppen ezért a lépcsőn felfelé futás kimerítőbb lesz, mint egy laza járás.

(És érdekes módon a hatalom az oka annak, hogy fröccsenni fog, ha megpróbál egy parancsikon egy nagyon magas lépcsőn. Bár a $ \ Delta E $ állandó, a $ \ Delta t $ közeledik a nullához, de komoly problémákat tapasztal.)

Gondolj az energiára, a felmenő lépcsők energiát igényelnek tőled, hogy fel tudd lökni magad. ezt az energiát potenciális energia formájában tárolják. Leereszkedés esetén azonban minden egyes lépés arról szól, hogy potenciális energiáját át kell vinni a lépcsőre (nem pedig vissza a testébe).

Összefoglalva: energiát (ételtől származó kalória) veszít, amikor felmegy. . És leszállva szinte semmit sem veszítesz.

Megjegyzések

• Nem, az energia nagyrészt visszakerül a testedbe, amikor leereszkedsz – csak nem hasznos formában (nem ‘ nem leszel energikusabb, csak forróbb!).
• @psmears: milyen formában? nem megy vissza és testenergiának (kalóriának) tárolódik. az izmos súrlódást és egyéb veszteségeket figyelmen kívül hagyva, az energia nagyrészt a földre száll (a lépcsőn kifejtett erő révén).
• Hő formájában – (marginálisan) melegebbé válik. ‘ valójában nincs olyan energia, amelyet a lépcsőn kifejtett erő közvetít a Földre, mert az energiaátadás = (erő x távolság az erő irányába mozdult el), és a lépcsők ne ‘ ne mozogjon igazán.
• A lépcső valóban mozog, csak ez elhanyagolható a föld óriási mérete miatt, összehasonlítva a testünkkel. ha méretünk és tömegünk összehasonlítható lenne, akkor megfigyelhető lesz
• a PE-ből származó energia-átalakulás a mozgó földön végzett munka, a vibrációs hullám energiája érintkezéskor, a súrlódás miatti hő, ahogy lefelé haladunk. a lépcső, de nem vissza a testbe.

Erőt kifejteni és izmokat megerőltetni nem ugyanaz. Még akkor is, ha teljesen ellazul, munkára van szükség a sántikálásához. Ez a munka pontosan az, ami megteremti az erőt, amely lassítja Önt lefelé, amikor lefelé megy a lépcsőn.

Természetesen még mindig meg kell erőltetnie az izmait, amikor lefelé megy, hogy ellenőrizhesse a pályáját és a sebességét. De amikor felfelé megy, az a munka a súlyának felemeléséhez szükséges munka mellett el kell végezni.

Újabb választ adok , mert úgy tűnik, hogy a meglévő válaszok egyike sem foglalkozik tömören az energiahatékonysággal.

Tegyük fel, hogy az izmai 25% -kal hatékonyabbak. Úgy tűnik, hogy ez a nagylelkű oldalon áll, mivel a kerékpározás és az evezés valószínűleg hatékonyabban használja az izmokat a gyalogláshoz képest, ahol nagyobb erőfeszítéseket kell tennie, hogy megtartsa a testét. egyensúly és elnyeli a sokkot.

Tehát felmegy egy dombra, valójában a lábaddal való mászáshoz szükséges energia négyszeresét fogja elkölteni, mint a megszerzett potenciális energia tényleges mennyiségét. Ennek három része a 75% -os hatástalanságban rejlik, mellyel hő keletkezik a testében, az utolsó rész pedig a 25%, amely a tényleges potenciális energiába kerül.

Most fontoljuk meg, hogy lemegyünk. Ha sétálsz visszafelé a hegyről ugyanazokat az izmokat használja, és nagyjából ugyanazt a mozgást fogja végezni. Ennek megerősítésére fel-le és a közeli meredek dombon sétáltam. Most a hegyről lefelé haladva tudjuk, hogy a tetején legalább annyi potenciális energiát kell előállítanod, hogy alul fel tudj tekerni a sebesség növekedése nélkül. De ez az összes energia, amire szükséged van egy egyszerű hátrafelé történő sétához a dombról! Minden izomenergiád kifejezetten a potenciális energia kidobására és hővé alakítására szolgál.

Tehát a felfelé járás legalább négyszer annyi energiát fog elvenni a test raktáraiból, mint lefelé sétálni. Lehet, hogy több is, mert vannak módok, amelyek segítségével hatékonyabban oszthatja el a potenciális energiát – ezt úgy hívják, hogy kevésbé hatékonyan használja az izmait! Ha az izmok csak 16% -kal hatékonyabbak (az alsók a hivatkozott oldalon idézik), akkor az emelkedő 6,25-szer annyi energiát fog igénybe venni. Ha az út egy részét lecsúszik a dombról, az még kevesebb energiát fog igénybe venni, mivel az energiát a súrlódás hőjeként és nem az izmaiban szórja el.

Hozzászólások

• Nagyon nagy pont hiányzott a biológiai hatékonyságról: az izmok akkor is elégetik az energiát, ha nem végeznek fizikai munkát. Akkor is égetnek energiát, ha negatív munkát végeznek. Néha nagyon sok negatívumokat csinálsz az edzőteremben!). Ön ‘ nem nézi az arányosságot. Az itt szereplő állítás ” Tehát a legalább négyszer annyi energiát fog elvinni a testéből ‘, mint lefelé sétálni.A ” félreértésre épül. Ez ‘ okozza a kérdés alapproblémáját: ‘ nem értheti meg a helyzetet anélkül, hogy több biológiát értene meg, mint amennyit a legtöbb fizikus valaha megtanul. / li>
• @dmckee nem értek egyet. Az idézett hatékonysági számokat a tényleges oxigénfogyasztáson keresztül mértük. Ez csak a tényleges gyakorlat során történne. Igen, ennek az eredménytelenségnek egy része az alapanyagcserének köszönhető, de ‘ az erőfeszítéssel összefüggésben, nem pedig nyugalmi állapotban van. ‘ nem aggódunk amiatt, hogy az energia a tényleges munka ablakán kívül áramlik.

Egyszerű. 1g állandó erő húzza le.

(igen, ez a Földtől való távolságtól stb. Függ stb. …, de a magyarázathoz elég egy egyszerűsített példa)

Tehát ha fel akarsz emelkedni, mondjuk félig ag, 1,5 g erőt kell előállítanod, amelyből 1 g csak a gravitációs húzás megszüntetésére szolgál.

Ha ugyanazzal a gyorsítással kell leszállnod. (félig) csak fél ag erőt kell előállítania – a fél ag gravitáció törléséhez.

Tehát 0,5 g leereszkedéshez, 1,5 megy felfelé emelkedéshez.

Egyéb kívánt gyorsulások (mondjuk 0,1 g, 0,05 g stb.) elvégezhetik a matematikát.

Megjegyzések

• Nem ‘ nem gondolom, hogy ‘ ez, lásd a szerkesztésem A) pontját … .
• ” 1,5 g erő ” valószínűleg nem kellene ‘ t kell írni a fizikára.halmazcsere.
• -1 A lépcsőn ereszkedni könnyebb, mint állandó távolságú (azaz gyorsulás nélküli) nagy távolság esetén is.
• g a gyorsulás mértéke, nem erő és határozottan nem a sebesség. Ha ‘ állandó sebességgel halad, akkor nulla g gyorsulása van. Az elején lesz egy kis gyorsulás (de közel sem .5), a végén pedig egy másik gyorsulás. Ha nyugalomban indul, és nyugalomban ér véget, az átlagos gyorsulásának nulla kell lennie.
• Ha felfelé vagy lefelé haladok egy lépcsősoron, akkor legtöbbször I ‘ nem igazán gyorsul vagy lassul – legalábbis nem sokkal. Ha a gyorsulás okozza a kimerültséget, nem lenne fárasztóbb 50 lépésnyi lépést felfelé járni, mint csak egyet.