그러나 하강 할 때 가속 및지면에 부딪히는 것을 막기 위해 동등한 힘을 발휘해야합니다 …

절대적으로 맞습니다.

상승하는 계단이 동일한 계단을 내려가는 것보다 훨씬 더 지치게 느껴지는 것은 순전히 생체 역학적 인 것입니다. 근육 대신 관절이 운동 에너지를 흡수 / 반작용 하는가?

맞습니다. 계단을 올라갈 때 큰 근육으로 큰 힘을 발휘해야합니다. 다리가 몸통을 들어 올릴 때 근육은이를 위해 충분한 힘 (에너지 비용 포함)을 공급합니다.

계단을 내려갈 때 오르막의 반대가 아닙니다. 감속을 위해 큰 근육을 사용하는 대신, 대부분의 사람들은 다리를 곧게 펴고 아래쪽 계단에 심습니다. 감속은 관절의 소성 변형, 발의 유체 변위, 신발과 바닥의 재료에 의해 수행됩니다. 조정 및 다리 이동을 위해 근육에 여전히 약간의 에너지가 필요하지만 근육이 감속 작업을하는 경우보다 훨씬 적습니다.

댓글

• 대부분의 ” 소성 변형 등 “은 잠재력에서 회수 된 산란 에너지를 사용합니다. 새로운 열량 입력을 필요로하는 구르기를 멈추기 위해 근육을 방향으로 사용하는 숙련 된 방법입니다.
• ” 관절의 소성 변형 ” 정말인가요? 몸이 빨리 손상되는 것 같습니다.
• @JMac, ” 플라스틱 ” ” 탄성 “. 아이디어는 에너지가 소산되므로 용수철처럼 작동하고 에너지를 반환하는 힘줄이나 구조는 도움이되지 않습니다 ‘. 그러나 변형되는 연골은 그렇습니다. ‘ 손상이 발생했음을 의미하지는 않습니다.
• 예시적인 ” 사고 실험 “, 죽었거나 의식이없는 인체조차도 여전히 계단 아래로 넘어져 바닥에서 쉴 수 있습니다. 따라서 계단을 내려 가면서 얻은 잠재적 에너지를 소멸시키기 위해 적극적인 근육 운동이 필요하지 않습니다. (보다 실용적인 실험을 위해 감자 자루 등으로 대체하십시오. 거의 모든 비탄성 재료는 동일한 질적 특성을 갖습니다.)
• @DavidScarlett : 확인하십시오 ‘ 아주 작은 걸음 또는 수평 보행입니다. 사람들이 실제로 떨어질 경우 일반 계단의 한 단계에서도 관절이 고정 된 채로 착지 할 수 있다고 걱정합니다 (충돌 전에 뒤쪽 다리를 사용하여 속도를 늦추지 않음).

가속 및지면에 부딪히는 것을 막으려면 동등한 힘을 발휘해야합니다.

동물로서 우리는 위로 올라가 잠재적 에너지를 얻기 위해 칼로리를 소비합니다. 피로는 소비 된 칼로리의 척도입니다. 이상적으로는 칼로리가 필요하지 않으며 칼로리를 되 찾을 정도로 진화하지 않았습니다. 마찰력과의 상호 작용에 약간의 칼로리가 필요하고 과도한 에너지를 계단으로 전달하는 약간의 기술이 필요합니다.

스키를 생각 해보세요. 도보로 언덕을 오르려면 많은 칼로리가 필요합니다. (믿거 나 말거나 1958 년에 저는 스키를 타고 올라가는 것을 배웠습니다.) 몇 가지 아래로 미끄러지는 속도와 약간의 기술을 제어하기 위해 (그래서 그 코스에서, 나는 올라가는 것은 괜찮 았지만 기술이없는 언덕 아래의 표시로 끝났다). 에너지는 증가하는 데 소비 된 칼로리의 반환입니다 (부분적으로는 마찰이 일부를 차지합니다).

질문 편집 후 편집 :

질문에 속도를 도입 한 유일한 이유는 실제로 아래층으로 내려가는 에너지를 소비해야한다는 것을 보여주기 위해서였습니다.

속도가 근육에서 에너지를 가져 간다고 가정합니다. 하강 속도는 한 단계 내려 가면서 위치 에너지가 점진적으로 감소함으로써 유지됩니다. 그것은 신체의 속도로 바뀌고, 정상적인 힘이 공을 뒤로 튕기는 단계를 치면 튀지 않기 위해 약간의 근육 에너지를 소비해야하지만 체중을 한 단계 올리는 데 필요한 에너지와 같지는 않습니다.

저는 마찰이이 사고 실험에서 중요한 역할을하지 않는다는 점을 확신합니다.

잘못되었습니다. 마찰은 걷기, 오르기 또는 내리기에서 매우 중요한 역할을합니다. 얼음 위를 걸어 보셨나요?

아니요, 내림차순이 주관적으로 덜 피곤하다고 주장하는 것이 아닙니다. 왜 덜 피곤 하냐고 묻습니다.

신체의 위치 에너지를 점진적으로 낮추어 에너지 방출을 제어하기 위해 하강 방법을 지시하는 데 필요한 신체 근육에서 더 적은 에너지가 필요하기 때문에 덜 피곤합니다. 지시는 들어 올리는 것보다 에너지를 훨씬 덜 흡수합니다.

계단에서 발산되는 “자유”또는 “자동”수직 힘이 가속을 방해하는 것은 없습니다.

계단을 오르는 비용을 지불했습니다. 한 걸음 씩 몸을 내리는 점진적인 속도가 스텝에 부딪 히고 근육이 아닌 충격으로부터 수직력이 생성됩니다. 근육이 공처럼 튀지 않도록 제어해야하지만 마찰이 대부분을 차지하기 때문에 잠재적 인 걸음보다 에너지가 적습니다.

또한 여러 사람이 지적했듯이 우리는 인간으로서 저장된 잠재 에너지를 사용하거나 재 변환하여 자신을 감속 할 방법이 없습니다.

아니요 ,하지만 우리 몸은 속도 상황에서 속도가가는 방향을 지시하기 위해 약간의 근육 에너지를 소비 할만큼 충분히 똑똑합니다. 계단에서 계단으로 떨어지는 가속에서 오는 속도는 마찰 (슬라이드 신발이 도움이되지 않음)과 수직 힘으로 인한 신체의 튕김으로 변환되며, 모두 마찰과 복사에 흡수됩니다. 새로운 에너지 투입량은 높은 잠재력을 얻기 위해 소비되는 에너지에 비해 적습니다. 위의 스키 예를 참조하십시오.

세 번째 편집 후 다음은 간단한 예입니다.

1) 몇 번 튀어 나와 평평한 바닥에 멈출 수있는 반 팽창 된 공을 가져옵니다. .

2) 위층 가장자리 옆으로 들어 올립니다. 잠재적 인 에너지를 획득했습니다.

3) 다음 단계로 넘어 가기 위해 약간의 힘을가하세요. 약간의 에너지가 소비됩니다.

추가 에너지없이 계단 아래로 튕겨 나옵니다. 그리고 얼마나 수축되었는지에 따라지면에 도달하거나 한 걸음 떨어질 때의 위치 에너지로 인한 운동의 이득보다 수직 힘이 더 크기 때문에 그 사이에 멈출 수 있습니다.

댓글 h3>

• 스키 예제는 브레이크가 필요한 이유를 정확히 보여줍니다. 그렇지 않으면 기본적으로 모든 잠재력을 운동 에너지로 전환합니다. 제 주장은 제동이 수학적으로 정확히 같은 양의 에너지를 필요로한다는 것입니다.
• @Daniel과 제 주장은 스키 기술과 마찬가지로 소비 한 에너지를 회수하고이를 브레이크에 사용한다는 것입니다. 발목을 돌려서 더 깊이 파고 속도를 제동함으로써 새로운 에너지를 거의 얻지 못합니다. 제동 마찰이 주어지면 더 높은 잠재력에 도달하기 위해 소비 된 원래 에너지입니다.
• 간단한 예 : 물통은 언덕 꼭대기에 위치 에너지를 가지고 있으며,이를 따르고 언덕을 내려가는 위치 에너지. 계단의 경우 우리는 아래로 굴러 가지 않고 계단에서 발의 마찰과 후방 산란과 함께 단계적으로 위치 에너지를 점진적으로 사용합니다. 일부 칼로리는 근육이 내려가는 데 소비되지만 올라가는 것만 큼 많이 소모되지 않습니다.
• @Daniel 아니요. ‘ t, 마찰이 해결됩니다. 당신을위한 것입니다.
• 계단을 위아래로 걸을 때의 마찰 (적어도 발과 계단 사이의 마찰)이 ‘ > 정적 마찰 , 즉 열이 아닌 지구와 사람 사이의 위치와 운동 에너지 만 전달한다는 의미입니까? 반면에 다리 내부에 마찰이 있는지는 모르겠습니다.

생체 역학적.

글쎄요, 그것은 엔트로피 적입니다.

중력 위치 에너지는 정말로 고품질 (낮은 엔트로피) 에너지입니다. 거의 임의적 인 작업으로 변환하는 것은 정말 쉽습니다.

우리가 내려갈 때 우리는 중력 위치 에너지를 탄성 뼈와 인대에 담가 열로 변환합니다. 낮은 엔트로피 에너지에서 높은 엔트로피 에너지로 이동하기 때문에 이것은 쉽게 변환 할 수 있습니다.

이제, 단순히 충격을 흡수하는 것 이상으로 일부 근육 작업이 수행됩니다. 이렇게하면 우리가 하강 할 때 균형을 잡고 제어 할 수 있습니다.

상승하면 에너지 측면에서 근육과 인대 및 뼈를 식히고 계단을 솟아 오르는 데 사용하여 중력 위치 에너지를 생성하는 것을 막을 수 없습니다. . 그러나 그것은 열역학의 법칙을 위반하는 것입니다. 즉 높은 엔트로피 에너지를 낮은 엔트로피 에너지로 변환하는 것입니다.

대신 우리는 저장된 화학 에너지 인 ATP 및 기타를 운동 에너지로 변환해야합니다. 그런 다음 우리는 중력 위치 에너지로 바뀝니다.

우리의 ATP (및 기타 저장된 화학 물질) 에너지 보유량이 고갈되고 피곤함을 느낍니다.

이를 실현하는 생체 역학적 방식은 우리가 어떻게 오르고 내리는지를 포함합니다. “강하하는 데 그다지 효율적이지 않고 전체적으로 근육을 사용하는 생명체를 만들 수있을 것입니다.

배니스터 아래로 미끄러 져”계단을 내려 가고 “마찰을 일으키기 위해 에너지 만 태우는 사람들이 있습니다. 이것은 아마도 누군가가 계단을 내려가는 가장 효율적인 방법 일 것입니다.

기본적으로 사람은 내려갈 수있는만큼 효율적으로 올라갈 수 없습니다.

에너지는 사용되지 않습니다. , 전송 및 변환됩니다. “사용 가능한”에너지는 고품질의 저엔트로피 에너지입니다. 당신은 어떤 것에 에너지를 “소비”하지 않고 (질량 에너지 동등성에 대해 이야기하지 않으면 나머지 질량을 생성하는 것 외에) 대신에 낮은 엔트로피 에너지를 다른 형태의 낮은 엔트로피 에너지와 높은 엔트로피의 혼합물로 변환합니다. -에너지 “손실”.

• 당신의 근육은 하강보다 상승 할 때 더 많은 힘을 발휘합니다.

아래층으로 내려갈 때는 속도를 제어하기 위해 중력보다 작은 힘을 발휘해야하며, 위층으로 내려갈 때는 적어도 힘을 가해 야합니다. 상승하려면 체중과> 같습니다 . 따라서 근육은 하강하는 것보다 오름차순으로 더 많은 일을하고 있으며 움직임은 일반적으로 대칭이 아닙니다 .

그것 “스텝의 정상 힘 에 의해 제공되는 제동력 (단계에서 단계로의”낙하 “에 대한)이 이 아니기 때문에 특히 그렇습니다. div id = “69af4a05dc”>

내가 말해야 할 내용이 이미 다른 답변에서 묵시적으로 언급 된 경우 일 수 있지만 내가 생각하고있는 답변과 명백하게 유사한 답변이 보이지 않아이 답변을 게시하고 있습니다. .

위층으로 올라가는 동안 지구-인간 시스템은 잠재 에너지를 얻습니다.이 잠재 에너지의 증가는 사람의 생화학 적 에너지에서 비롯되어야합니다. 따라서 위층으로 올라가는 동안 사람은 최소한 다음 작업을 수행해야합니다. 지구-인간 시스템의 위치 에너지 증가량.

이제 아래층으로 내려가는 동안, 지구-인간 시스템은 위치 에너지를 잃습니다. 따라서이 잃어버린 위치 에너지는 어딘가로 가야합니다. 첫 번째 장소는 사람의 거시적 운동 에너지에 있습니다. 지금까지 사람이 생화학 에너지에서 한 푼도 소비하지 않는다는 것이 완전히 분명합니다. 그러나 우리는 그 사람이 거시적 에너지를 얻지 말아야합니다. 그래서 우리는 지구 인격 계에서 방출되는 에너지를 다른 형태로 재분배해야합니다.이 재분배는 다리 사이의 정상적인 반력에 의해 이루어집니다. 사람과 계단은 에너지를 계단의 진동 운동으로 재분배하고 부분적으로는 사람 다리 분자의 진동 운동으로 재분배합니다. 그러나 이것은 에너지의 재분배 일뿐입니다. 그 사람은 자신의 생화학 적 에너지를 전혀 소비 할 필요가 없습니다. 실제로 그 사람이 에너지를 소비한다면이 추가 소비 에너지를 재분배해야하는 추가 요구 사항이있을 것입니다.

나는 무시했습니다. 위층 또는 아래층으로 이동하는 동안 동일하다고 합리적으로 가정 할 수있는 비 효율성 손실 등입니다.

정답은 단순 :

-> 위로 올라가는 것은 근육 운동 에 의해 수행됩니다.

-> 내려가는 일은 (대부분) 충격 흡수 에 의해 수행됩니다.

설명 :

상승 할 때 무릎을 구부린 다음 상당한 힘 (몸무게에 따라 다름)을 사용하여 다리를 곧게 펴고 다음 단계로 넘어갑니다.

아래로 (이상적) , 단순화 된 경우), 첫째, 하나는 중력을 사용하여 다리를 똑바로 세우고 다른 다리의 근육을 이완시키고 떨어지기 시작합니다.그가 위험한 낙하 속도 (계단 높이에 따라 다름)를 얻기 전에 곧은 다리가 다음 계단을 치고 모든 에너지가 신체 충격 흡수 시스템에 의해 소산됩니다.

즉, 내려가는 것은 약간의 점프로 이루어집니다. 이 구성은 아래층으로 내려가는 데 근력을 가장 적게 사용하므로 이상적인 경우라고합니다. 그러나 실제로는 여전히 약간의 근육 에너지를 사용하여 다리를 똑바로 세우고 뻣뻣하게 유지합니다. 이는 자신을 들어 올리는 데 필요한 에너지보다 훨씬 적습니다.

한 작업은 힘을 가한 시간과 힘의 방향으로 이동 한 거리 .

당신은 (첫 번째 근사치로) 올라가고 내려갈 때 가해지는 힘이 동일하다는 것이 맞습니다. 두 경우 모두 (다시, 첫 번째 근사치로) 중력의 영향을 받아 위아래로 – 일정한 속도로 움직이는 몸체이므로 중력과 일치하는 위쪽 힘이 있어야합니다.

문제는 상승 할 때 근육 (힘줄, 인대, 뼈 등-신체의 전체 “기계”)이 위쪽으로 이동하면서 아래쪽으로 힘을 가하여 에너지를 잃거나 소모한다는 것입니다. ; 하강 할 때 힘은 여전히 아래쪽을 향하지만 지금은 움직임도 아래쪽으로 이동하므로 근육 (등)이 에너지를 받거나 얻습니다.

이제 아시다시피 근육은 역으로 작동 할 수 없습니다. 화학 에너지를 기계 에너지로 변환하는 데 능숙합니다. , 그러나 당신은 기계 에너지를 넣을 수없고 화학 에너지를 되 찾을 수 없습니다. 하지만 그렇다고해서 에너지를 흡수 할 수 없다는 의미는 아닙니다. 할 수 있고 따뜻해 짐으로써이 작업을 수행합니다.

근육이 어떤 일을하든간에 에너지가 필요하다는 것도 사실입니다. 유용한 일인지 아닌지. 그러나 근육이 특정 힘을 발휘하는 데 필요한 에너지가 일정하다는 것은 사실이 아닙니다. 대략적으로, 주어진 시간 동안 주어진 힘에 대해 “낭비 된”에너지 $ W (F) t $의 오버 헤드가있을 것입니다. 더하기 운동 $ F \ cdot x $를 통해 근육이 수행하는 모든 작업. 근육이 움직이지 않으면 (벽돌 벽에 부딪히는 것을 생각해보십시오) $ W (F) t $ 만 사용합니다. 실제 작업을한다면 (근육이 수축하여 움직입니다) $ W (F) t + F \ cdot x $. 낭비는 계단을 오르 내리는 것과 비슷할 것입니다.하지만 근육이하는 작업은 그렇지 않습니다.

댓글

• 정답입니다. OP는 에너지 기호를 무시하여 혼란 스럽습니다. 기본적으로 OP는 ” 위 또는 아래 : 동일한 힘, 동일한 거리, 동일한 작업 “. 그러나 ” 동일한 힘, 반대 거리, 따라서 반대 작업 “.
• 매우 사실 : 아래층을 걸을 때 과도한 에너지를 차단 해야합니다. b>! (또는 OP ‘의 말에서 맨 아래의 젖은 지점으로 끝날 것입니다.) 예를 들어 이는 중대한 도전이 될 수 있습니다. 1996 년 에베레스트 산 재해의 일부 생존자들은 기본적으로 캠프로 슬로프를 미끄러 져 내려갔습니다. 그들은 결코 같은 방법으로 올라갈 수 없었습니다. 지쳤습니다.

토크 측면에서 생각했던 계단의 예입니다.

상승하고 싶을 때, 다리를 구부린 상태로 위쪽 단계에 배치 한 다음 다른 다리를 바로 그 위치 또는 다음 단계로 올리려는 충동을가집니다. 그렇게 할 때 중력이 이전 무릎에서 생성하는 토크를 보상해야합니다.

그러나, 중력은 하층에 도달하는 데 도움이됩니다.

이것이 옳은지는 모르겠지만 이것이 제 마음에 떠오른 것입니다.

강하하면 에너지를 전송 하면 (거의) 아무것도 공급할 필요가 없습니다. 소비해야하는 적은 에너지는 이동 (및 하강)을 처리하고 제어하는 데 필요한 에너지입니다. 나머지는 중력 위치 에너지로 전달되며, 기계적 에너지로 전달되거나 열로 소멸됩니다. 관절과 근육의 기계적 전달은 피로 또는 피로와 유사한 것으로 인식 될 수있는 외상으로 이어질 수 있습니다.

당신은 이론적으로는 하강 할 때 에너지를 회복 할 수 있지만 실제로는 그렇지 않습니다. 당신이 할 수있는 최선의 방법은 다음 단계를 추진하기 위해 한 단계에서 약간의 탄성 에너지를 재활용하는 것입니다 (이 작업을 가능한 한 우아하고, 안전하고, 빠르거나, 저렴하게 수행하는 방법을 가르치는 몇 가지 하강 기술이 있습니다. 중력에 대항하는 윗다리로 확장하는 것은 발과 아랫 다리로 충격을 흡수하고 한 단계에서 다음 단계로 아래로 미끄러지는 것보다 더 비쌉니다).

많은 에너지가 신발 밑창에서 소산됩니다 (운동화 대신 나무 칸막이로 긴 계단을 내려가십시오. 다리 근육이 느슨해 진 부분을 잡아야합니다). 발걸음 자체, “충분히 탄력이있는 경우 발걸음 자체 등.

따라서 효율적으로 하강 할 수 있거나 그렇게 효율적으로 하강 할 수없고, 피곤하거나 아플 수도 있지만, 에너지는 지출 감소는 비용을 공급 해야 할 때 증가해야하는 것의 일부에 불과합니다. 자신의 화학 물질 저장고의 중력 위치 에너지입니다.

완벽하게 단단한 계단에서 양 무릎에 피스톤 댐퍼가있는 완벽하게 단단한 신체라면 앞으로 미끄러 져 넘어지는 데 아주 적은 에너지를 소비 할 것입니다. 다음 단계로 넘어 가면 댐퍼가 충격을 흡수하고 열로 발산합니다.

댓글

• 에너지는 생성되지 않습니다. 모든 에너지 사용은 전송.

상하의 차이를 고려하면 질문을 단순화 할 수 있다고 생각합니다. 스쿼트를 할 때 부분.

먼저 매우 간단한 모델을 고려해 보겠습니다. 천장에 매달린 수직 스프링과 매달린 매스 스프링을 아래쪽으로 당기는 스프링. 질량이 아래로 내려 가면 스프링의 위치 에너지가 증가합니다. 질량이 위로 올라가면 스프링의 위치 에너지가 감소합니다. 두 경우 모두 스프링은 동일한 힘을 발휘하지만 힘은 작동하지 않습니다. 힘과 변위의 내적은 일입니다.

즉, 스프링 (또는 근육)이 힘을 발휘하지만, “반드시 어떤 일을한다는 것을 의미하지는 않습니다. 힘이 무언가를 움직일 때만 외부 물체에 작용합니다 .

이제 실제 근육으로 돌아갑니다. 예제의 스프링처럼 인간의 근육이 짧아지면 작동하고 근육이 가하는 힘이 변위 방향으로.

스쿼트를 위쪽으로 할 때 특정 근육을 줄이고 다리를 곧게 펴는 방식으로 다리가 연결되어 있습니다. 그래서 제가 설명했듯이 위로 올라갈 때 근육은 기계적인 일을합니다 .

내려갈 때, 힘은 같은 방향이지만 변위는 반대입니다. 따라서 아래로 내려갈 때 ical 작업은 근육에서 이루어집니다. 이것은 이해하기 어려울 수 있지만 이제는 생물 의학적인 부분이 있습니다. 봄과는 달리 사람의 근육은 이것을 얻는 에너지를 저장할 수 없습니다. 에너지는 열로 변합니다. 또한 근육의 세포가 실제로 작동하는 방식으로 인해 긴장된 근육은 정적이고 긴 상태에서도 열을 생성해야합니다. . 그래서 아래로 내려가는 데 에너지가 필요합니다.

집에서 시도해 볼 수 있습니다. (익숙하지 않은 엄청난 중량을 사용하면 관찰하는 것이 더 쉬울 수 있지만 권장하지는 않습니다. 스쿼트를 매우 느리게하면 생체 역학적 이유로 열을 생성하는 데 필요한 에너지가 지배적이며, 아래로 내려가는 것은 올라가는 것만 큼 힘들게 느껴집니다. 스쿼트를 매우 빠르게하면 기계적인 작업을 생성하는 데 필요한 에너지가 지배적입니다. , 그리고 내려가는 것이 훨씬 쉬워집니다.

댓글

• 다운 보터가 이유를 설명 할 수 있을까요?
• 스쿼트를하는 사람으로서 , 이것이 질문에 대한 최선의 대답이라고 생각하지만 문제의 생물학적 특성으로 인해 Physics Stack Exchange가 질문에 대한 최적의 장소가 아닐 수도 있습니다.

귀하의 게시물이 상당히 수정되었으므로 문제를 해결하기 위해 상당한 수정을해야합니다. 흥미 롭습니다.

질문의 핵심을 정리하겠습니다.

계단의 바닥 인 지점 A에서 지점 B, 계단의 상단으로 가려면 $ mg \ Delta h = mg (B-A) $ 에너지를 사용해야합니다. 등반에서 우리는이를 위해 신체 / 근육의 화학적 에너지를 변환 할 것입니다. 하강하려면 방법이 없습니다 소산 $ mg (BA) $ 에너지. 최소한 $ mg \ Delta h $를 방출하지 않고 일부 높이를 번역하는 것은 물리적으로 불가능합니다. 문제는 내 몸이 화학 에너지의 형태로 제공해야하는 $ mg (BA) $의 양입니다.

속도를 제한하기 위해 브레이크가 달린 로프와 풀리를 가져가도 될까요? 브레이크 사이의 마찰은 최소한 $ mg \ Delta h = mg (BA) $ 상당의 에너지를 소멸시킵니다.기계적 마찰을 열로 전환합니다.

당신이 같은 높이의 절벽에서 뛰어 내린다고합시다. 그러면 당신의 몸은 $ mgh $를 흡수 할 것이고 당신은 아마도 물건을 부수거나 죽게 될 것입니다.

위의 두 가지 예에서 당신의 에너지 출력은 무시할 수있을 정도였습니다. 여기서 핵심은 다른 것이 에너지를 소산시키는 것이고 그것은 필요했습니다. 적어도 $ mgh $는 “중력이 당신에게 유리하게 작용하는”하강에서도 소멸 될 것입니다. 제가 설명하고자하는 것은 당신이 많은 에너지를 사용하지 않고도 하강 할 수 있다는 것입니다. 그렇다면 도르래 나 점프없이 어떻게 이런 일이 발생합니까?

소산하려는 에너지는 신체의 역학을 사용하여 각 단계에서 소실됩니다. 조직. 계단에서 관절, 뼈, 근육, 힘줄 등에 가해지는 정상적인 힘의 일부는 열로 에너지를 소산하면서 모두 압축 및 반동됩니다. 어느 신체 그러면 멀리 방출됩니다. 이것이 중요하지 않다고 생각되면 벽돌이나 나무 조각을 떨어 뜨리고 그것이 얼마나 오래 튀는 지 확인하십시오. 영원히 바운딩되지 않으면 에너지가 압축 및 리바운드를 통해 재료 자체에서 소산된다는 의미입니다. 이 에너지는 분자 간 힘과 원자 힘에 의해 소멸됩니다.

원본 분석 (사전 편집)

에너지 (비 엄격 분석)

등산

계단을 오르려면 수직으로 오르기 위해 제공되는 에너지의 100 %가 제공되어야합니다. 당신의 몸.

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

내림차순

내림차순 계단을 오르는 경우 (마찰에서 발을 부러 뜨리기 위해) 약간의 수직 상승 만 제공 한 다음 다리를 앞으로 돌리기 위해 소량의 에너지 만 제공하면됩니다. 중력이 거기서부터 이어집니다. Let “s 당신이 “1/100 단계”라고 가정합니다. 하강 단계를 시작하기위한 계단 높이 :

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

분명히, 위에서 설명한 단순화 된 메커니즘에서 $ E _ {\ text {climb}} > > E _ {\ text {descend}} $.

당연히 다른 세력이 관련됩니다. 다리 근육을 사용하여 계단에서 떨어지는 것을 방지 할 수 있지만, 수직 높이의 축적 된 잠재적 에너지를 이용하여 하강하는 데 사용하고 있음을 알 수 있습니다.

순 에너지 (더 엄격함) 분석)

위의 단락을 보면 우리는 모든 요인을 설명 할 수있는 엄격한 모델을 만들지 않고 가정을 하였음을 알 수 있습니다. 따라서 더 나은 분석은 보존법이 적용되는 전체 시스템을 살펴볼 것입니다.

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

등반을위한 순 에너지

다음 시스템의 순 에너지 방정식은 인간 에너지가 등반 에너지와 어떻게 관련되는지 더 잘 보여줍니다. 모델을 순 에너지 ($ 0 $), 위치 에너지 ($ mgh $)의 네 부분으로 나누겠습니다. , 인간의 에너지 출력 및 모든 중력 에너지 ($ E _ {\ te xt {extra}} $) Google에서 도움을 드릴 수 있습니다.

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

등반에서 $ E_ { \ text {extra}} = 0 $ 중력 에너지를 사용하여 우리를 도울 수 없기 때문입니다 (즉, 우리를 “밀어 올리는”것은 아무것도 없습니다).

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

하강을위한 순 에너지

분명히, 하강에서 우리는 잠재적 인 에너지의 일부를 우리를 위해 일할 수 있도록 변환 할 수 있습니다. 우리는 중력 에너지를 사용하여 우리가 가고 싶은 곳으로 끌어 당길 수 있습니다.

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

여기 $ E_ {\ text {extra}} \ gt0 $ 일부 중력 에너지는 우리가 하강하는 데 도움이되도록 변환 / 마구를 할 수 있습니다 .

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

확실히 $ (2) \ lt (1) $ 왜냐하면 $ E _ {\ text {extra}} \ gt0 $이기 때문입니다.

전력 대 에너지

속도에 대해 이야기하는 것은 확실합니다. 모델을 변경하십시오. 주로 계단을 내려가거나 오르는 속도 를 소개한다는 것은 이제 힘 에 대해 이야기하고 있음을 의미합니다.

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

등반 시간을 절반으로 줄이면 필요한 전력이 두 배가됩니다.

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

이것이 계단을 오르는 것이 느긋하게 걷는 것보다 더 지치게하는 이유입니다.

(그리고 흥미롭게도 힘은 당신이 타려고하면 튀어 나오는 이유입니다. $ \ Delta E $는 일정하지만 $ \ Delta t $가 0에 가까워지면 심각한 문제가 있음을 알게됩니다.)

에너지에 대해 생각해보세요. 계단을 오르려면 힘이 필요합니다. 이 에너지는 위치 에너지 형태로 저장됩니다. 그러나 하강의 경우 각 단계는 잠재적 에너지를 계단으로 전달하는 것입니다 (몸으로 돌아 가지 않음).

요약하면 상승 할 때 에너지 (음식의 칼로리)를 잃게됩니다. . 그리고 내려갈 때 (거의) 아무것도 잃지 않습니다.

댓글

• 아니요, 내려갈 때 에너지는 대체로 몸으로 돌아갑니다. 유용한 형태가 아닙니다 (‘ 더 활기 차지 않고 더 뜨거워집니다!).
• @psmears : 어떤 형태입니까? 다시 돌아 가지 않고 체내 에너지 (칼로리)로 저장됩니다. 근육 마찰 및 기타 손실을 무시하면 에너지가 대체로 지구로 전달됩니다 (계단에 가해지는 힘을 통해).
• 열의 형태로 (약간) 더 따뜻해집니다. ‘ 계단에 가해진 힘을 통해 지구로 전달되는 에너지는 실제로 없습니다. 에너지 전달 = (힘 x 힘의 방향으로 이동 한 거리) 및 계단 ‘ 정말 움직이지 마세요.
• 계단은 움직이지만 우리 몸에 비해 지구의 거대한 크기 때문에 무시할 수있을뿐입니다. 우리의 크기와 질량이 비슷하다면 관찰 할 수있을 것입니다.
• PE의 에너지 변환은 움직이는 지구에서 수행되는 작업, 접촉시 진동 파 에너지, 아래로 이동할 때 마찰로 인한 열의 형태 일 수 있습니다. 계단이지만 몸으로 돌아가지는 않습니다.

힘을 가하고 근육을 긴장시키는 것은 같은 것이 아닙니다. 완전히 긴장을 풀더라도 다리를 움직일 수있는 작업이 필요합니다. 이 작업은 정확히 당신을 늦추는 힘을 만드는 것입니다. 계단을 내려갈 때 아래로 내려갑니다.

물론 궤적과 속도를 제어하려면 내려갈 때 근육을 긴장시켜야합니다.하지만 올라갈 때 체중을 올리는 데 필요한 작업 외에 추가로해야합니다.

다른 답변을 제공하겠습니다. , 기존 답변 중 어느 것도 에너지 효율성을 간결하게 다루지 않는 것 같습니다.

근육이 25 % 효율적이라고 가정 해 봅시다. 자전거 타기와 조정은 걷기에 비해 근육을 더 효율적으로 사용하기 때문에 관대 한 측면 에있는 것 같습니다. 균형을 잡고 충격을 흡수합니다.

그러므로 언덕을 오르면 실제로 얻는 위치 에너지의 실제 양에 비해 다리로 오르는 에너지의 4 배를 소비하게됩니다. 그 중 세 부분은 75 % 비 효율성으로 신체에 열을 생성하고 마지막 부분은 실제 위치 에너지로 들어가는 25 %입니다.

이제 내려가는 것을 고려해 보겠습니다. 언덕 아래로 내려 가면 모든 동일한 근육을 사용하고 거의 동일한 동작을하게됩니다. 나는 이것을 확인하기 위해 이렇게 가파른 언덕 근처를 위아래로 걸었다. 이제 언덕을 걸어 내려 가면 속도가 증가하지 않고 바닥에서 감기기 위해서는 최소한 꼭대기에서 잠재적 인 에너지를 생성해야한다는 것을 알고 있습니다. 하지만 그게 바로 언덕을 뒤로 걸어가는 데 필요한 모든 에너지입니다. 모든 근육 에너지는 특히 위치 에너지를 버리고이를 열로 변환하기위한 것입니다.

그래서 걷는 것은 걷는 것보다 적어도 4 배의 에너지를 몸에 저장합니다. 잠재적 에너지를 더 효율적으로 소산 할 수있는 방법이 있기 때문에 더 많을 수 있습니다.이를 근육을 사용하는 데 덜 효율적이라고합니다. 근육이 16 % 만 효율적이면 (링크 된 페이지에 저사양 참조) 오르막에는 6.25 배의 에너지가 필요합니다. 언덕을 내려가는 도중에 약간을 미끄러지면 근육이 아닌 마찰로 인한 열로 에너지를 방출하므로 에너지가 더 적게 사용됩니다.

댓글

• 생물학적 비 효율성에 대한 매우 큰 요점을 놓쳤습니다. 근육은 물리적 작업이 수행되지 않은 경우에도 에너지를 태 웁니다. 부정적인 작업이 수행 된 경우에도 에너지를 태 웁니다. 체육관에서 부정 행위를합니다!). ‘ 비례 성을 고려하지 않습니다. 여기서 주장하는 내용은 ” 걷는 것보다 신체에서 ‘ 상점의 에너지를 4 배 이상 흡수합니다.” 는 오해를 기반으로합니다. 이것이 ‘이 질문의 기본 문제입니다. ‘ 대부분의 물리학자가 지금까지 배운 것보다 더 많은 생물학을 이해하지 않으면 상황을 이해할 수 없습니다.
• @dmckee 동의하지 않습니다. 인용 된 효율 수치는 실제 산소 소비량을 통해 측정되었습니다. 이것은 실제 운동 중에 만 수행됩니다. 예, 이러한 비 효율성 중 일부는 염기 대사로 인한 것이지만 ‘는 휴식이 아닌 노력의 맥락에서 발생합니다. 우리는 ‘ 실제 작업이 수행되는 시간 범위 밖의 에너지 흐름에 대해 걱정하지 않습니다.

간단합니다. “당신을 아래로 당기는 1g의 일정한 힘이 있습니다.

(예, 지구와의 거리 등에 따라 다르지만 간단한 예만으로도 충분합니다)

그래서 상승하려면 반 ag라고 가정 해 보겠습니다. 1.5g의 힘을 생성해야합니다. 그 중 1g은 중력의 당김을 취소하는 데 사용됩니다.

동일한 가속도로 하강해야하는 경우 (half ag) 중력의 절반을 취소하려면 절반의 힘만 생성하면됩니다.

따라서 0.5g은 하강하고 1.5는 상승합니다.

가속도 (예 : 0.1g, 0.05g 등)는 계산할 수 있습니다.

댓글

• 나는하지 않습니다 ‘ ‘ 그것이라고 생각하지 마세요. 편집에서 포인트 A 참조). 각 단계에서 g (작은 양으로)를 계속 과도하게 보정하면 무기한 가속 할 것입니다. .
• ” 1.5g의 힘 ” 아마도 ‘ Physics.stackexchange에 작성하지 마십시오.
• -1 계단을 내려가는 것은 일정한 속도 (즉, 가속 없음)로 먼 거리에서 오르는 것보다 더 쉽습니다.
• g는 힘이 아니라 속도가 아닌 가속의 단위입니다. 일정한 속도로 ‘ 여행하는 경우 가속도는 0g입니다. 처음에는 약간의 가속도 (하지만 .5 근처에는 없음)가 있고 끝에서는 다른 방향으로 약간의 가속이 있습니다. 휴식에서 시작하고 휴식에서 종료하는 경우 평균 가속도는 0이되어야합니다.
• 계단을 올라가거나 내려 가면 대부분의 경우 I ‘ 실제로 가속하거나 감속하지 않습니다. 적어도 많이는 아닙니다. 가속이 피로를 유발했다면 한 걸음 만 걷는 것보다 50 단계를 걷는 것이 더 이상 피곤하지 않을 것입니다.