Når du går ned, må du imidlertid utøve en tilsvarende kraft for å hindre deg i å akselerere og treffe bakken …

Helt riktig.

Så er det faktum at stigende trapper ofte oppleves som betydelig mer utmattende enn å gå ned de samme trappene, bare en biomekanisk ting, f.eks. å ha ledd i stedet for muskler absorbere / motvirke kinetisk energi?

Høyre. Når du går opp trappene, må du utøve store krefter av de store musklene. Når bena løfter overkroppen, tilfører musklene tilstrekkelige krefter (med en energikostnad) til å gjøre det.

Når du går ned trappene, er det ikke motsatt av å stige opp. I stedet for å bruke de store musklene til å bremse, vil de fleste ta et rettet ben og plante det på det nedre trinnet. Retardasjonen oppnås ved plastisk deformasjon i leddene, væskeforskyvning i foten og materialene i skoene og gulvet. Det er fremdeles noe energibehov på musklene for koordinering og bevegelse av beina, men det er betydelig mindre enn om musklene gjorde retardasjonsjobben.

Kommentarer

• det meste av » plastisk deformasjon etc » bruker spredt energi fra gjenvunnet fra potensialet. Det er den dyktige, retningsbestemte bruken av musklene for å slutte å rulle som trenger nye kaloriinntak, noe som ikke er veldig mye.
• » plastisk deformasjon i ledd » Virkelig? Det virker som om det ville være veldig raskt å skade kroppen.
• @JMac, » Plast » i motsetning til » elastisk «. Tanken er at energi blir spredt, så alle sener eller strukturer som fungerer som kilder og returnerer energi hjelper ikke ‘. Men brusk som deformeres gjør det. Det ‘ er ikke ment å antyde at det oppstår skade.
• Som et kanskje illustrerende » tankeeksperiment «, legg merke til at til og med en død eller bevisstløs menneskekropp fremdeles er i stand til å tumle ned en trapp (og komme til å hvile i bunnen). Dermed er det ikke nødvendig med aktivt muskelarbeid for å spre potensiell energi oppnådd ved å gå ned trappene. (For et mer praktisk eksperiment, bytt ut en sekk poteter eller hva som helst; nesten alt ikke-elastisk materiale vil ha samme kvalitative oppførsel.)
• @DavidScarlett: Forsikre deg om at det ‘ et veldig lite trinn, eller bare et horisontalt skritt. Jeg er bekymret for at folk kan skade seg selv ved å lande med ledd låst selv på et enkelt trinn i en vanlig trapp hvis de virkelig faller ned (ikke bruker bakbenet for å bremse dem før støt.)

du må utøve en ekvivalent kraft for å hindre deg i å akselerere og treffe bakken

Som dyr bruker vi kalorier for å gå opp og få potensiell energi. Tretthet er et mål på brukte kalorier. Ideelt sett trenger ikke kalorier å gå ned, og vi har ikke utviklet oss til å ta dem tilbake. Med unntak av noen få kalorier er det behov for i samspillet med friksjonskrefter og litt dyktighet for å overføre overflødig energi til trinnene.

Tenk på ski. For å komme opp bakken til fots trenger du mye kalorier, (tro det eller ikke tilbake i 1958, jeg ble lært å gå opp med ski) for å kontrollere hastigheten som glir ned noen få, og litt dyktighet (det er derfor på det kurset, Jeg hadde det bra med å gå opp, men endte i en splat nederst i bakken, uten ferdigheter). Energien er retur av kaloriene som brukes for å gå opp (vel delvis tar friksjon en del av den).

Rediger etter redigering av spørsmål:

Den eneste grunnen til at jeg introduserte hastighet i spørsmålet var å vise at du faktisk må bruke energi på å gå nede

Du er ab initio antar at hastigheten tar energi fra musklene dine. Nedgangshastigheten opprettholdes ved å redusere potensiell energi trinnvis ved å gå ned et trinn. Det blir til en hastighet i kroppen din, når du treffer trinnet som en normal kraft spretter en ball tilbake, må du bruke litt muskelenergi for ikke å sprette, men på ingen måte lik energien du trenger for å bære vekten din opp ett trinn.

Jeg er ganske positiv til at friksjon ikke spiller en vesentlig rolle i dette tankeeksperimentet.

Feil. Friksjon spiller en veldig viktig rolle i å gå, klatre opp eller ned. Har du prøvd å gå på is?

Nei, jeg argumenterer ikke for at nedstigende er subjektivt mindre utmattende, jeg spør hvorfor det er mindre utmattende

Det er mindre utmattende fordi det trengs mindre energi fra kroppens muskler, som trengs for å lede nedstigningsveien for å kontrollere frigjøringen av energi fra den inkrementelle senking av kroppens potensielle energi. Regi er mye mindre energiabsorberende enn løfting.

Det er ingen «fri» eller «automatisk» normal kraft som kommer fra trappene som hindrer deg i å akselerere.

Du betalte for at det gikk opp trappene. Den inkrementelle hastigheten til å senke kroppen et trinn av gangen treffer trinnet og en normal kraft opprettes fra støtet, ikke fra musklene. Musklene må kontrollere mot den slik at du ikke spretter som en ball, men det er mindre energi enn det potensielle trinnet, på grunn av friksjon som tar opp det meste.

Som flere påpekte, har vi som mennesker ingen måte å bruke eller omgjøre vår lagrede potensielle energi for å bremse oss selv.

Nei , men kroppen vår er smart nok når vi er i en hastighetssituasjon til å bruke litt muskelenergi på å lede dit den hastigheten går. Hastigheten som kommer fra akselerasjonen til å falle fra trinn til trinn transformeres til friksjon (ingen glidesko hjelper) og en sprett av kroppen på grunn av den normale kraften, alt spist opp i friksjon og stråling. Den nye energiinngangen er liten med hensyn til energien som brukes for å få et høyt potensial. Se skieksemplet ovenfor.

Etter den tredje redigeringen er det et enkelt eksempel:

1) Ta en halv oppblåst ball som vil sprette noen ganger og stoppe på et flatt gulv. .

2) Løft den oppe, ved siden av kanten. Potensiell ervervet energi.

3) Gi den et lite trykk bare for å falle på neste trinn: en liten bit energi brukt.

Den vil sprette ned trinnene uten ekstra energi og, avhengig av hvor tømmet den er, kan nå bakken, eller stoppe i mellom på grunn av at den normale kraften er større enn kinetisk gevinst fra potensiell energi fra fallet på ett trinn.

Kommentarer

• Jeg tror skieksemplet viser nøyaktig hvorfor du trenger å bremse – ellers konverterer du i utgangspunktet alt potensialet ditt til kinetisk energi. Argumentet mitt er at bremsing tar matematisk nøyaktig like mye energi.
• @Daniel og argumentet mitt er at du gjenvinner energiforbruket og bruker den til å bremse, slik du ville gjort med skiferdigheter, bare å bruke en liten ny energi ved å vri ankelen din for å grave dypere og bremse hastigheten. det er den opprinnelige energien som brukes til å nå det høyere potensialet, gitt til bremsefriksjonen.
• et enklere eksempel: en bøtte med vann har potensiell energi på toppen av bakken, hell den og den bruker potensiell energi som løper nedover bakken. Når det gjelder trappene, ruller vi ikke ned, men bruker potensiell energi trinnvis trinnvis med friksjon og spredning av føttene på trinnet. Noen kalorier blir brukt i muskler som trer ned, men ikke så mye som å gå opp.
• @Daniel nei det gjør ikke ‘ t, friksjon vil ta vare på det for deg
• Ville ‘ ikke det meste av friksjonen når du går trapper både opp og ned (i det minste friksjonen mellom føttene og trinnene) være statisk friksjon , noe som betyr at den bare overfører potensiell og kinetisk energi mellom jorden og personen, og ikke til varme? På den annen side aner jeg ikke om det er friksjon internt i beina.

Det er biomekanisk.

Vel, det er entropisk.

Gravitasjonspotensial energi er virkelig høy kvalitet (lav entropi) energi. Det er veldig enkelt å konvertere det til å gjøre nesten vilkårlig arbeid.

Når vi går ned, konverterer vi den gravitasjonspotensielle energien til varme ved å suge den med våre elastiske bein og leddbånd. Dette er en enkel konvertering, ettersom vi går fra lav entropienergi til høy entropienergi.

Nå gjøres noe muskelarbeid utover bare å absorbere sjokkene; dette holder oss balansert og i kontroll når vi stiger ned.

Å gå opp, energimessig, er det ingenting som hindrer oss i å kjøle ned muskler, leddbånd og bein og bruke den til å springe opp trinnene, og generere gravitasjonspotensial energi . Men det ville bryte med lovene om termodynamikk, nemlig å konvertere høy-entropi-energi til lav-entropi-energi.

I stedet er vi tvunget til å konvertere vår lagrede kjemiske energi – ATP og andre – til kinetisk energi, som vi deretter forvandler til gravitasjonell potensiell energi.

Våre ATP (og andre lagrede kjemiske) energireserver er oppbrukt, og vi føler oss slitne.

Den biomekaniske måten dette blir realisert på, innebærer hvordan vi klatrer og stiger ned; Du kan sannsynligvis gjøre noen skapninger som ikke er veldig effektive til å synke ned og bruker muskler hele veien.

Det er mennesker som går «ned trappene» ved å skyve ned en gelender og bare brenne energi for å generere friksjon mot banneren. Dette er sannsynligvis den mest effektive måten for noen å gå ned trappene.

Fundamentalt kan man ikke klatre så effektivt som man kan gå ned.

Energi er ikke brukt blir den overført og konvertert. «Tilgjengelig» energi er høykvalitets lav-entropi-energi. Du «bruker» ikke energi på noe (annet enn å skape hvilemasse hvis du ikke snakker om masse-energi-ekvivalens), i stedet konverterer du lav-entropi-energi til en blanding av lav-entropi-energi av en annen form, og høyere entropi -energi «tap».

• Musklene dine utøver mer kraft når de stiger enn synkende:

Når de går nede, må de utøve en kraft mindre enn tyngdekraften for å kontrollere hastigheten din, mens når de går opp, må kraften de utøver være minst lik vekten din, for at du skal komme opp. Så musklene dine gjør mer arbeid stigende enn synkende, bevegelsene er vanligvis ikke symmetriske .

At «er spesielt sant fordi bremsekraften (for» fall «fra trinn til trinn, gitt av trinnet» s normal kraft ) ikke er en reaksjon fra en kraft som benyttes av benet ditt muskler gå rettbeint, og la slagenergien spres passivt gjennom kroppen din, og bruk veldig lite energi i prosessen, som forklart i BowOfRed svar .

• Det naturlige energitap hjelper deg å holde en behagelig hastighet når du går nede, mens det » et tap du må kompensere for når du går ovenpå.

• Og, ja, det er også helt sikkert noen biomekaniske aspekter som spiller inn. er, for eksempel hvor mye slitsommere det er å gå ned i sakte film: å gå ned trapper veldig sakte er neppe lettere enn å gå opp i samme hastighet – det øker symmetrien mellom begge bevegelser.

Kommentarer

• Kommentarer er ikke for utvidet diskusjon; denne samtalen er flyttet til chat .

Svaret er enkelt:

-> Å gå opp gjøres av muskelarbeid .

-> Å gå ned gjøres (for det meste) av støtdempende .

Forklaring:

Når man går opp, bøyer man knærne og må da bruke en betydelig mengde kraft (avhengig av vekt) for å få beinet rett og løfte seg til neste trinn.

Gå ned (ideelt , forenklet tilfelle), først bruker man tyngdekraften til å rette opp beinet og deretter slapper av musklene i det andre beinet og begynner å falle.Før han oppnår en farlig fallhastighet (avhengig av trinnhøyden) treffer det rette beinet neste trinn, og all energi forsvinner av kroppssjokkabsorberende systemer.

Med andre ord, å gå ned er laget av små hopp. Jeg kaller det ideell sak, siden denne konfigurasjonen resulterer i minst bruk av muskelkraft for å gå nede. I virkeligheten bruker man likevel litt muskelenergi til å rette opp beinet, holde det stivt osv. Fortsatt, det er betydelig mindre enn energien som kreves for å løfte seg opp.

Arbeidet som er utført er lik kraften som utøves ganger avstanden flyttet i retning av kraften .

Du har rett i at (til en første tilnærming) kreftene som utøves når du går opp og ned er de samme: i begge tilfeller (igjen, til en første tilnærming) har du en kroppen beveger seg med konstant hastighet – enten opp eller ned – underlagt tyngdekraften, så det må være en oppadgående kraft som samsvarer med tyngdekraften.

Problemet er at når de stiger opp, utøver musklene (sener, leddbånd, bein osv. – hele «maskinen» i kroppen) en nedadgående kraft mens de beveger seg oppover, så de mister / bruker energi ; når du går ned, er kraften fremdeles nedover, men nå bevegelsen er også nedover, slik at musklene (etc) mottar / får energi.

Nå, som du vet, kan muskler ikke jobbe i revers: de er gode til å konvertere kjemisk energi til mekanisk energi , men du kan ikke legge inn mekanisk energi og få kjemisk energi ut igjen. Men det betyr ikke at de ikke kan ta inn energi: de kan, og de gjør dette ved å bli varme.

Det er også sant at muskler krever energi for å operere, enten de gjør noe nyttig arbeid eller ikke. Men det er ikke sant at energien som kreves for at en muskel skal utøve en spesifikk kraft er konstant: veldig grovt vil det være en overhead av «bortkastet» energi $ W (F) t $ for en gitt kraft over en gitt tid, pluss alt arbeid utført av muskelen gjennom bevegelse $ F \ cdot x $. Hvis muskelen ikke beveger seg (tenk å skyve mot en murvegg), bruker du bare $ W (F) t $; Hvis du gjør faktisk arbeid (slik at muskelen beveger seg ved å trekke seg sammen), er det $ W (F) t + F \ cdot x $. Spildet vil sannsynligvis være likt når du går opp og ned trappene, men arbeidet utført av musklene vil ikke.

Kommentarer

• Dette er det riktige svaret. OP er forvirret av å ignorere tegn på energi. I utgangspunktet sier OP » opp eller ned: samme kraft, samme avstand, så samme arbeid «. Men det skal være » samme kraft, motsatt avstand, så motsatt arbeid «.
• Veldig sant: Når du går nede må du kaste overflødig energi ! (Eller man vil i OP ‘ ordene ende opp som et vått sted i bunnen.) Det kan for eksempel være en betydelig utfordring når de løper nedover en bratt skråning. Noen overlevende fra Mt Everest-katastrofen i 1996 gled i grunn ned bakkene til leiren. De kunne aldri ha klatret samme vei opp: De var for utmattet.

For trappeksemplet tenkte jeg på dreiemoment.

Når du vil stige, legger du benet bøyd i det øvre trinnet, og deretter tar du impuls til å heve det andre beinet til den samme palasset eller til neste trinn. Når du gjør det, må du kompensere for dreiemomentet som tyngdekraften produserer på det tidligere kneet.

Imidlertid hjelper tyngdekraften det dreiemomentet for å nå det nedre trinnet når du finner ut.

Jeg vet ikke om dette er riktig, men det er dette som kom til meg.

Når du kommer ned, overføre energien, du trenger ikke å levere (nesten) noe. Det lille energien du trenger å bruke er det som kreves for å håndtere og kontrollere overføringen (og nedstigningen); resten kommer fra gravitasjonspotensiell energi, og vil bli overført som mekanisk energi og / eller spredt som varme. Mekanisk overføring i ledd og muskler kan føre til traumer som kan oppfattes som pårørende til tretthet eller utmattelse.

Du kunne i teorien gjenopprette energi når du går ned, men egentlig trenger du ikke. Det beste du kan gjøre er å resirkulere litt elastisk energi fra ett trinn for å drive det neste trinnet (det er flere klatringsteknikker som lærer hvordan du beveger deg for å gjøre dette så elegant, sikkert, raskt eller billig som mulig. Bremsing ved å bøye og å strekke seg med overbenet – sistnevnte mot tyngdekraften – er dyrere enn å absorbere støtet med foten og underbenet og gli ned fra trinn til trinn).

Mye energi forsvinner i sålene på skoene (prøv å gå ned en lang trapp med trelister i stedet for løpesko, med benmuskulaturen din som må ta opp slakken), uansett hva som dekker tråkker seg selv, i trinnene selv hvis de er «elastiske nok, osv.

Så mens du kan gå ned effektivt eller ikke så effektivt, og bli sliten og / eller vondt, går også energien du bruker på å gå ned er bare en brøkdel av det du trenger å gå opp, når du må levere det gravitasjonspotensial energi fra dine egne kjemiske butikker.

Hvis du var en perfekt stiv kropp på perfekt stive trapper, med et stempelspjeld i begge knær, ville du bruke veldig lite energi på å gli fremover og falle på neste trinn, og da vil du falle på det, demperne absorberer støtet og sprer det som varme.

Kommentarer

• Energi opprettes ikke eller ødelagt. All energibruk er overføring.

Jeg tror spørsmålet kan forenkles ved å stille med tanke på forskjellen mellom oppover og nedover del når gjør knebøy .

La oss først vurdere en veldig enkel modell: En vertikal fjær som henger fra taket og en masse som henger fra fjæren som trekker fjæren nedover. Når massen går nedover, øker den potensielle energien på våren. Når massen går oppover, reduseres den potensielle energien på våren. Det er, selv om fjæren i begge tilfeller utøver de samme kreftene. Kraft fungerer ikke. Punktproduktet av kraft og forskyvning er arbeid.

Med andre ord: Når en fjær (eller en muskel) utøver en kraft, betyr det ikke nødvendigvis at den gjør noe. Den fungerer bare på en utvendig gjenstand hvis kraften beveger noe .

Gå tilbake til en ekte muskel. Som våren i vårt eksempel, fungerer en menneskelig muskel når den forkortes, og arbeidet er positivt fordi kraften som utøves av muskelen er i retning av forskyvningen.

Bena er koblet på en slik måte at når du gjør knebøy oppover, kan du forkorte visse muskler og beina rette deg. Så som jeg forklarte, når muskler går oppover, gjør muskler mekanisk arbeid .

Når du går ned, kraften er i samme retning, men forskyvningen er motsatt. Derfor når du går nedover, mekaniker Det utføres arbeid på musklene. Dette kan være vanskelig å forstå, men nå kommer den biomedisinske delen: I motsetning til våren kan den menneskelige muskelen ikke lagre energien den får dette vei og energien blir bare til varme. I tillegg, på grunn av hvordan cellene i muskelen faktisk fungerer, trenger spente muskler å generere varme selv når de er statiske eller forlenger . Derfor trenger du energi nedover.

Du kan prøve dette hjemme. (Det kan være lettere å observere hvis du bruker en enorm ekstra vekt du ikke er vant til, men jeg anbefaler ikke av medisinske grunner.) Hvis du gjør knebøy veldig sakte, er energien som trengs for å generere varme fordi biomekaniske årsaker dominerer, og det å gå ned føles nesten like vanskelig som å gå opp. , og det å føle seg ned føles mye lettere.

Kommentarer

• Kan den nedstemte forklare årsaken?
• Som en som knebøy , Jeg tror dette er det beste svaret på spørsmålet, men på grunn av problemets biologiske natur kan det hende at Physics Stack Exchange ikke har vært det beste stedet for spørsmålet.

Det er betydelige endringer i innlegget ditt, så jeg må gjøre betydelige endringer for å løse dem fordi spørsmålet er interessant.

La oss kutte til hjertet av spørsmålet ditt.

For å gå fra punkt A, bunnen av trappen til punkt B, toppen av trappen, må vi bruke $ mg \ Delta h = mg (B-A) $ energi for å gjøre det. I klatring vil vi konvertere kjemisk energi i kroppen / musklene for å gjøre dette. For å stige ned, er det ingen måte å gå ned trappene uten forsvinner $ mg (BA) $ energi. Det er fysisk umulig å oversette litt høyde uten å tømme minst $ mg \ Delta h $ i energi. Spørsmålet er, hvor mye av $ mg (BA) $ trenger kroppen min å gi i form av kjemisk energi?

Si at jeg tar et tau og remskive med en brems for å begrense hastigheten min Friksjonen mellom bremsen vil forsvinne minst $ mg \ Delta h = mg (BA) $ verdi av energi.Gjør mekanisk friksjon til varme.

Si at du hopper (av en klippe med like høyde). Da vil kroppen din absorbere $ mgh $, og du vil sannsynligvis ødelegge ting eller dø.

I de ovennevnte to eksemplene var energiproduksjonen din ubetydelig. Nøkkelen her er noe annet spredte energien, og det var nødvendig for at minst $ mgh $ skal forsvinne selv ved nedstigning der «tyngdekraften fungerer i din favør.» Det jeg prøver å illustrere er at du kan komme ned uten å bruke mye av din egen energi. Så hvordan skjer dette uten remskive eller hopping?

Energien du vil spre vil bli spredt i hvert trinn ved å bruke mekanikken i kroppen din vev. En andel av den normale kraften som utføres av trappen på ledd, bein, muskler, sener osv … vil alle komprimere og komme tilbake og spre energien som varme. Hvilken kropp din vil da stråle bort. Hvis du tror dette ikke er viktig, kan du slippe en murstein eller et treverk og se hvor lenge den spretter. Hvis det ikke fortsetter å sprette for alltid, betyr det at energien blir spredt av selve materialet, via kompresjon og tilbakesprang. Denne energien blir spredt av intermolekylære og atomkrefter.

Original analyse (pre edits)

Energy (Non-rigorous Analysis)

Klatring

For å klatre opp trappene må 100% av energien som tilbys for å stige vertikalt skaffes av kroppen din.

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

Fallende

For å komme ned trapp, trenger du bare å gi en liten vertikal stigning (for å bryte foten fri for friksjon) og deretter en liten mengde energi for å svinge beinet ditt fremover. Tyngdekraften tar over derfra. La «s antar du «trinn» 1/100 trappens høyde for å starte et synkende trinn, deretter:

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

Det er klart fra den forenklede mekanikken som er beskrevet ovenfor $ E _ {\ text {climb}} > > E _ {\ text {descend}} $.

Naturligvis er andre krefter involvert. Du vil bruke benmuskulaturen til å motstå å falle ned trappene, men du kan se at du utnytter den lagrede potensielle energien i din vertikale høyde for å bruke til å gå ned.

Netto energi (mer streng Analyse)

Basert på avsnittet ovenfor kan vi se at vi har lagt til grunn antagelser og ikke egentlig laget en streng modell for å redegjøre for alle faktorene. Det var et enkelt mentalt eksperiment for raskt å vise at vi sannsynligvis er på riktig tankegang. Derfor vil en bedre analyse se på hele systemet slik at lovene om bevaring holder.

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

Netto energi for stigning

Følgende netto energiligning av systemet vil vise bedre hvordan menneskelig energi er relatert til klatring energi. La oss dele modellen i fire deler: nettoenergi ($ 0 $), potensiell energi ($ mgh $) , menneskets energiproduksjon og hvilken som helst gravitasjonsenergi ($ E _ {\ te xt {extra}} $) som vi kan bruke til å hjelpe oss.

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

I en stigning, vår $ E_ { \ text {extra}} = 0 $ da vi ikke kan bruke gravitasjonsenergi til å hjelpe oss (det vil si at ingenting «skyver» oss opp).

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

Netto energi for nedstigning

I nedstigning kan vi klart konvertere en del av den potensielle energien til å utføre arbeid for oss. Vi kan bruke gravitasjonsenergi for å hjelpe oss når den trekker oss dit vi vil.

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

Her, vår $ E_ {\ text {extra}} \ gt0 $ som noe gravitasjonsenergi kan konverteres / utnyttes for å hjelpe oss ned.

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

Klart, $ (2) \ lt (1) $ fordi $ E _ {\ text {ekstra}} \ gt0 $.

Power vs Energy

Å snakke om hastighet gjør absolutt endre modell. Først og fremst å introdusere hastigheten som du går ned eller opp trappene, betyr at vi nå snakker om kraft som er:

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

Hvis vi kutter klatretiden vår i to, dobler vi den nødvendige kraften.

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

Dette er grunnen til at det å løpe opp trappene vil være mer utmattende enn en rolig spasertur.

(Og interessant, kraft er grunnen til at du vil gå splat hvis du prøver å ta en snarvei ned virkelig høye trapper. Mens $ \ Delta E $ er konstant, når $ \ Delta t $ nærmer seg null, vil du oppdage at du har alvorlige problemer.)

Tenk på energien, stigende trapper krever energi fra deg for å presse deg opp. denne energien lagres i potensiell energiform. I tilfelle avstigning handler hvert trinn du tar om å overføre potensiell energi til trappen (ikke tilbake til kroppen din).

Oppsummert taper du energi (kalorier fra maten) når du stiger opp . Og du taper (nesten) ingenting når du stiger ned.

Kommentarer

• Nei, energien går i stor grad tilbake til kroppen din når du stiger ned – bare ikke i en nyttig form (du blir ikke ‘ t mer energisk, bare varmere!).
• @psmears: i hvilken form? den går ikke tilbake og lagres som kroppslig energi (kalorier). forsømmer muskelfriksjon og andre tap, overføres energien i stor grad til jorden (gjennom kraften som utøves på trapper).
• I form av varme blir du (marginalt) varmere. Det ‘ er egentlig ikke energi overført til jorden via kraften som utøves på trappene, fordi energioverføring = (kraft x avstand flyttet i retning av kraften), og trappene ikke ‘ ikke virkelig bevege seg.
• Trapp beveger seg, bare den er ubetydelig på grunn av den gigantiske størrelsen på jorden sammenlignet med kroppen vår. hvis vår størrelse og masse var sammenlignbare, vil det kunne observeres
• energitransformasjon fra PE kan være i form av arbeid utført på bevegelig jord, vibrasjonsbølgeenergi når de kommer i kontakt, varme på grunn av friksjon når vi beveger oss ned trappen, men ikke tilbake til kroppen.

Å utøve en kraft og å anstrenge musklene dine er ikke det samme. Selv om du slapper helt av, vil det være behov for arbeid for å bevege deg rundt. Dette arbeidet er akkurat det som skaper kraften som bremser deg ned når du går ned trappene.

Selvfølgelig må du fortsatt anstrenge musklene når du går ned for å kontrollere banen og hastigheten. Men når du skal opp, fungerer det må gjøres i tillegg til det arbeidet som kreves for å løfte vekten.

Jeg skal gi et annet svar , fordi ingen av de eksisterende svarene ser ut til å snakke kort om energieffektivitet.

La oss si at musklene dine er 25% effektive. Dette ser ut til å være på sjenerøs side ettersom sykling og roing sannsynligvis er mer effektive bruk av musklene dine sammenlignet med å gå, der du må anstrenge deg mer for å beholde balansere og absorbere sjokk.

Så når du går opp en bakke, kommer du faktisk til å bruke fire ganger energien på å klatre med beina som den faktiske mengden potensiell energi du får. Tre deler av det er 75% ineffektivitet, genererer varme i kroppen din, og den siste delen er 25% som går inn i faktisk potensiell energi.

La oss nå vurdere å gå ned. Hvis du går bakover nedover bakken bruker du alle de samme musklene, og du kommer til å gjøre omtrent den samme bevegelsen. Jeg gikk opp og ned og nærliggende bratt bakke som dette for å bekrefte dette. Når vi går ned bakken vet vi at du må generere minst mengden potensiell energi på toppen for å kunne havne i bunnen uten økning i hastighet. Men det er all energien du trenger for å generere for en enkel bakovertur nedover bakken! All muskelenergien din er spesielt for å dumpe potensiell energi og konvertere den til varme.

Så å gå opp er kommer til å ta minst 4 ganger så mye energi fra kroppens butikker som å gå ned. Det kan være mer, fordi det er måter du kan spre potensiell energi mer effektivt – det kalles å være mindre effektiv til å bruke musklene dine. Hvis musklene dine bare er 16% effektive (den lave enden siterer på den koblede siden) som går oppoverbakke vil ta 6,25 ganger så mye energi. Hvis du glir en del av veien nedover bakken, vil det ta enda mindre energi ettersom du slipper energien som varme fra friksjon og ikke i musklene.

Kommentarer

• Du savnet et veldig stort poeng om biologisk ineffektivitet: muskler brenner energi selv når det ikke er gjort noe fysikkarbeid. De brenner energi selv når det er gjort negativt arbeid. Noen ganger mye (prøver gjør negativer på treningsstudioet!). Du ‘ ser ikke på proporsjonalitet. Påstanden her » Så å gå opp er kommer til å ta minst 4 ganger så mye energi fra kroppen din ‘ sine butikker som å gå ned.» er bygget på en misforståelse. At ‘ er det grunnleggende problemet med dette spørsmålet: Du kan ‘ t forstå situasjonen uten å forstå mer biologi enn de fleste fysikere noen gang har lært. / li>
• @dmckee Jeg er uenig. Effektivitetstallene som ble oppgitt ble målt via faktisk oksygenforbruk. Dette ville bare gjøres under selve øvelsen. Ja, noe av den ineffektiviteten skyldes basismetabolismen, men det ‘ er i anstrengelsessammenheng, ikke i ro. Vi er ‘ t bekymret for energistrømmer utenfor tidsvinduet da selve arbeidet blir utført.

Enkelt. Det er en konstant kraft på 1 g som trekker deg ned.

(ja, det avhenger av avstanden fra jorden osv. Osv. … men et forenklet eksempel er nok for en forklaring)

Så hvis du vil stige opp til, la oss si halv ag, må du produsere 1,5 g kraft, hvorav 1 g bare for å avbryte tyngdekraften.

Hvis du trenger å stige ned med samme akselerasjon (halv ag) du trenger å produsere bare halv ag kraft – for å avbryte halv ag tyngdekraften.

Så, 0,5 g for å stige ned, 1,5 gå for å stige.

For annet ønsket akselerasjoner (si 0,1 g, 0,05 g osv.) kan du gjøre matematikken.

Kommentarer

• Jeg vet ikke ‘ Tenk at ‘ er det, se punkt A) i min redigering … hvis jeg fortsatte å overkompensere g (uansett hvilken liten mengde) hvert trinn, ville jeg akselerere på ubestemt tid .
• » 1,5 g kraft » burde sannsynligvis ikke ‘ t skrives på physics.stackexchange.
• -1 Det er lettere å gå ned trappene enn å stige selv over lang avstand med konstant hastighet (det vil si ingen akselerasjon).
• g er en akselerasjonsenhet, ikke kraft og definitivt ikke hastighet. Hvis du ‘ reiser med konstant hastighet, har du akselerasjon på null g. Det vil være en liten akselerasjon (men ikke i nærheten av .5) i begynnelsen, og en liten akselerasjon i den andre retningen på slutten. Hvis du starter i ro og slutter i ro, må den gjennomsnittlige akselerasjonen være null.
• Hvis jeg går opp eller ned en trappetrinn, så ‘ Jeg akselererer faktisk ikke eller bremser – i det minste ikke mye. Hvis det var akselerasjonen som forårsaket utmattelse, ville det ikke være mer slitsomt å gå opp 50 trinn enn å gå opp en.