Bij het afdalen moet je echter een gelijkwaardige kracht uitoefenen om te voorkomen dat je accelereert en de grond raakt …

Absoluut correct.

Dat geldt ook voor het feit dat het opgaan van trappen over het algemeen als aanzienlijk vermoeiender wordt ervaren dan het afdalen van dezelfde trap puur een biomechanisch iets, bijv. gewrichten in plaats van spieren kinetische energie laten absorberen / tegengaan?

Juist. Als je de trap op gaat, moet je grote krachten uitoefenen op je grote spieren. Wanneer uw benen uw romp optillen, leveren uw spieren hiervoor voldoende krachten (met energiekosten).

Als je de trap afdaalt, is het niet andersom dan stijgen. In plaats van je grote spieren te gebruiken om te vertragen, zullen de meeste mensen een gestrekt been nemen en dit op de onderste trede planten. De vertraging wordt bereikt door plastische vervorming in gewrichten, vloeistofverplaatsing in uw voet en de materialen in uw schoenen en de vloer. Er is nog steeds enige energiebehoefte aan de spieren voor coördinatie en het bewegen van de benen, maar het is aanzienlijk minder dan wanneer de spieren het vertragingswerk deden.

Opmerkingen

• de meeste ” plastische vervorming enz. ” gebruikt verspreide energie van het herwonnen van het potentieel. Het bekwame, gerichte gebruik van de spieren om te stoppen met rollen heeft nieuwe calorie-input nodig, en dat is niet veel.
• ” plastische vervorming in gewrichten ” Echt? Het lijkt erop dat het lichaam heel snel beschadigd raakt.
• @JMac, ” Plastic ” in tegenstelling tot naar ” elastic “. Het idee is dat energie wordt gedissipeerd, dus alle pezen of constructies die als veren werken en energie teruggeven, helpen niet ‘. Maar kraakbeen dat vervormt wel. Het ‘ is niet bedoeld om te impliceren dat er schade optreedt.
• Als een misschien illustratief ” gedachte-experiment “, merk op dat zelfs een dood of onbewust menselijk lichaam nog steeds in staat is om van een trap af te tuimelen (en onderaan tot rust te komen). Het is dus duidelijk dat actief spierwerk niet nodig is om de potentiële energie die wordt opgedaan bij het afdalen van de trap af te voeren. (Vervang voor een meer praktisch experiment een zak aardappelen of wat dan ook; bijna elk niet-elastisch materiaal zal hetzelfde kwalitatieve gedrag vertonen.)
• @DavidScarlett: zorg ervoor dat het ‘ is een heel kleine stap, of gewoon een horizontale stap. Ik ben bang dat mensen zichzelf kunnen bezeren door te landen met vergrendelde gewrichten, zelfs op een enkele trede van een normale trap, als ze echt vallen (zonder het achterbeen te gebruiken om ze te vertragen voordat ze botsen.)

je moet een gelijkwaardige kracht uitoefenen om te voorkomen dat je accelereert en de grond raakt

Als dieren geven we calorieën uit om omhoog te gaan en potentiële energie te winnen. Vermoeidheid is een maat voor verbruikte calorieën. Idealiter heeft naar beneden gaan geen calorieën nodig, en we zijn niet zo ver geëvolueerd dat we ze terugnemen. Behalve dat er een paar calorieën nodig zijn in de interactie met wrijvingskrachten en enige vaardigheid om de overtollige energie over te brengen op de stappen.

Denk aan skiën. Om de heuvel te voet op te gaan, heb je veel calorieën nodig (geloof het of niet, in 1958 werd mij geleerd om met skis naar boven te lopen) om de snelheid een paar af te laten glijden, en wat vaardigheid (dat is waarom bij die cursus, Ik ging prima omhoog, maar eindigde in een splat op de bodem van de heuvel, zonder vaardigheden). De energie is de terugkeer van de verbruikte calorieën om omhoog te gaan (gedeeltelijk, wrijving neemt een deel daarvan op).

Bewerken na bewerking van vraag:

De enige reden dat ik snelheid in de vraag introduceerde, was om te laten zien dat je echt energie moet besteden om naar beneden te gaan

Je bent een initio ervan uitgaande dat de snelheid energie uit je spieren haalt. De afnemende snelheid wordt ondersteund door de afname van de potentiële energie stapsgewijs door een stap omlaag te gaan. Dat verandert in een snelheid van je lichaam, bij het raken van de stap die een normale kracht een bal terugstuitert, moet je wat spierkracht spenderen om niet te stuiteren, maar op geen enkele manier gelijk aan de energie die nodig is om je gewicht een stap omhoog te dragen.

Ik ben er vrij zeker van dat wrijving geen significante rol speelt in dit gedachte-experiment.

Fout. Wrijving speelt een zeer belangrijke rol bij het lopen, omhoog of omlaag klimmen. Heb je geprobeerd op ijs te lopen?

Nee, ik beweer niet dat dalen subjectief gezien minder vermoeiend is, ik vraag waarom het minder vermoeiend is

Het is minder vermoeiend omdat er minder energie nodig is van de spieren van het lichaam, nodig om de afdaling te sturen om het vrijkomen van energie te beheersen door de geleidelijke verlaging van de potentiële energie van het lichaam. Sturen is veel minder energieabsorberend dan tillen.

Er is geen “vrije” of “automatische” normaalkracht afkomstig van de trap die u ervan weerhoudt te versnellen.

Je hebt ervoor betaald om de trap op te gaan. De incrementele snelheid waarmee het lichaam stap voor stap wordt verlaagd, raakt de stap en een normale kracht wordt gecreëerd door de impact, niet door de spieren. De spieren moeten er controle tegen hebben zodat je niet stuitert als een bal, maar dat is minder energie dan de mogelijke stap, omdat wrijving het meeste ervan opneemt.

Zoals verschillende mensen hebben opgemerkt, hebben wij als mensen geen manier om onze opgeslagen potentiële energie te gebruiken of om te zetten om onszelf te vertragen.

Nee , maar ons lichaam is slim genoeg om in een snelheidssituatie een beetje spierenergie te spenderen om te sturen waar die snelheid naartoe gaat. De snelheid die voortkomt uit de versnelling van het vallen van stap naar stap, wordt omgezet in wrijving (geen glijschoenen helpen) en een stuitering van het lichaam als gevolg van de normaalkracht, allemaal opgegeten door wrijving en straling. De nieuwe energie-input is klein in verhouding tot de energie die wordt gebruikt om een hoog potentieel te krijgen. Zie het ski-voorbeeld hierboven.

Na de derde bewerking is hier een eenvoudig voorbeeld:

1) Neem een half opgeblazen bal die een paar keer zou stuiteren en zou stoppen op een vlakke vloer .

2) Til het naar boven, naast de rand. Potentiële energie verkregen.

3) Geef het een klein zetje om op de volgende stap te vallen: een klein beetje verbruikte energie.

Het zal de treden stuiteren zonder enige extra energie en, afhankelijk van hoe leeggelopen het is, kan het de grond bereiken of tussendoor stoppen omdat de normaalkracht groter is dan de winst van kinetiek door potentiële energie van de val van één trede.

Opmerkingen

• Ik denk dat het skivoorbeeld precies laat zien waarom je moet remmen – anders zet je in principe al je potentieel om in kinetische energie. Mijn argument is dat remmen wiskundig precies dezelfde hoeveelheid energie kost.
• @Daniel en mijn argument is dat je de verbruikte energie terugkrijgt en deze gebruikt om te remmen, zoals je zou doen bij skivaardigheden, door gewoon een beetje nieuwe energie door je enkel te draaien om dieper in te graven en de snelheid te remmen. het is de oorspronkelijke energie die wordt gebruikt om het hogere potentieel te bereiken, gegeven aan de remwrijving.
• een eenvoudiger voorbeeld: een emmer water heeft potentiële energie op de top van de heuvel, giet het en het besteedt de potentiële energie die heuvelafwaarts loopt. In het geval van de trap rollen we niet naar beneden, maar gebruiken we de potentiële energie stapsgewijs stap voor stap met wrijving en terugverstrooiing van de voeten op de trede. Sommige calorieën worden verbruikt in spieren die naar beneden gaan, maar niet zo veel als bij het omhooggaan.
• @Daniel nee dat doet het niet ‘ t, wrijving zorgt voor het voor jou
• Zou ‘ t de meeste wrijving bij het lopen van trappen zowel op als neer (in ieder geval de wrijving tussen je voeten en de treden) statische wrijving , wat betekent dat het alleen potentiële en kinetische energie tussen de aarde en de persoon overbrengt en niet in warmte? Aan de andere kant heb ik geen idee of er interne wrijving in de benen zit.

Dat is biomechanisch.

Wel, het is enthropisch.

Potentiële zwaartekrachtenergie is energie van echt hoge kwaliteit (lage entropie). Het omzetten in bijna willekeurig werk is heel gemakkelijk.

Als we naar beneden gaan, zetten we die potentiële zwaartekrachtenergie om in warmte door het te laten weken met onze elastische botten en ligamenten. Dit is een gemakkelijke conversie, aangezien we van lage entropie-energie naar hoge entropie-energie gaan.

Nu wordt er wat spierwerk verricht dat verder gaat dan alleen het absorberen van de schokken; dit houdt ons evenwichtig en onder controle terwijl we afdalen.

Energetisch gezien is er niets dat ons ervan weerhoudt onze spieren, ligamenten en botten af te koelen en deze te gebruiken om de treden op te springen en potentiële zwaartekrachtenergie op te wekken . Maar dat zou in strijd zijn met de wetten van de thermodynamica, namelijk het omzetten van energie met hoge entropie in energie met lage enthropie.

In plaats daarvan worden we gedwongen om onze opgeslagen chemische energie – ATP en andere – om te zetten in kinetische energie, die we vervolgens omzetten in potentiële zwaartekrachtenergie.

Onze ATP (en andere opgeslagen chemische) energiereserves zijn uitgeput en we voelen ons moe.

De biomechanische manier waarop dit wordt gerealiseerd, omvat hoe we klimmen en dalen; je zou waarschijnlijk een wezen kunnen maken dat niet erg efficiënt is in het afdalen en de hele weg spieren gebruikt.

Er zijn mensen die “trappen af” gaan door van een leuning af te glijden en alleen energie verbranden om wrijving op te wekken tegen de leuning. Dit is waarschijnlijk de meest efficiënte manier voor iemand om de trap af te gaan.

In principe kan men niet zo efficiënt klimmen als dat men kan afdalen.

Energie wordt niet gebruikt , het wordt overgedragen en geconverteerd. “Beschikbare” energie is hoogwaardige energie met lage entropie. Je besteedt nooit energie aan iets (behalve het creëren van rustmassa als je niet praat over massa-energie-equivalentie), in plaats daarvan zet je energie met lage entropie om in een mengsel van energie met lage entropie van een andere vorm en hogere entropie -energieverlies.

• Je spieren oefenen meer kracht uit bij het stijgen dan bij het dalen:

Als ze naar beneden gaan, moeten ze een kracht kleiner uitoefenen dan de zwaartekracht om je snelheid te beheersen, terwijl ze bij het naar boven gaan minstens gelijk aan uw gewicht, zodat u kunt opstijgen. Dus je spieren doen meer werk bij het stijgen dan bij het dalen, de bewegingen zijn typisch niet symmetrisch .

Dat “is vooral waar omdat de remkracht (voor de” val “van stap naar stap, geleverd door de stap” s normaalkracht ) niet een reactie van een kracht uitgeoefend door uw been spieren – u kunt op de stap met rechte benen en laat de impactenergie passief door je lichaam verdwijnen, waarbij je heel weinig energie besteedt aan het proces, zoals goed uitgelegd in BowOfRed antwoord .

• De natuurlijke energieverliezen helpen je om een comfortabele snelheid naar beneden te houden, terwijl dat ” een verlies dat je moet compenseren als je naar boven gaat.

• En ja, er spelen zeker ook enkele biomechanische aspecten mee. eh, hoeveel vermoeiender is het bijvoorbeeld om in slow motion af te dalen: heel langzaam naar beneden gaan is nauwelijks gemakkelijker dan met dezelfde snelheid de trap op – het vergroot de symmetrie tussen beide bewegingen.

Reacties

• Reacties zijn niet bedoeld voor uitgebreide discussie; deze conversatie is verplaatst naar chat .

Het kan zijn dat wat ik te zeggen heb al impliciet in andere antwoorden is gezegd, maar ik plaats dit antwoord omdat ik geen antwoord zie dat duidelijk lijkt op het antwoord dat ik in gedachten heb .

Terwijl je naar boven gaat, krijgt het aardse-persoon-systeem potentiële energie. Deze toename in potentiële energie moet afkomstig zijn van de biochemische energie van de persoon. Dus als hij naar boven gaat, moet de persoon minstens het bedrag van de toename in de potentiële energie van het aarde-persoonssysteem.

Nu, terwijl je naar beneden gaat, verliest het aardse-persoon systeem potentiële energie. Dus deze verloren potentiële energie zou ergens heen moeten gaan. De eerste plaats om te gaan is in de macroscopische kinetische energie van de persoon. Tot nu toe is het volkomen duidelijk dat de persoon geen cent uitgeeft aan zijn biochemische energie. Maar we eisen dat de persoon geen macroscopische energie verkrijgt. We zouden dus de energie die vrijkomt uit het aardse mensensysteem moeten herverdelen in andere vormen. Deze herverdeling wordt gedaan door de normale reactiekrachten tussen de benen van de persoon en de trap Ze herverdelen de energie in de trillingsbeweging van de treden en gedeeltelijk in de trillingsbeweging van de moleculen van de benen van de persoon enz. Maar dit is slechts de herverdeling van de energie. De persoon hoeft helemaal niets van zijn biochemische energie te besteden. Als de persoon eigenlijk wat energie zou besteden, zou er een extra vereiste zijn om deze extra verbruikte energie opnieuw te verdelen.

Ik heb genegeerd de inefficiëntieverliezen etc. waarvan redelijkerwijs kan worden aangenomen dat ze hetzelfde zijn bij het naar boven of naar beneden gaan.

Het antwoord is eenvoudig:

-> Omhoog gaan wordt gedaan door spierwerk .

-> Omlaag gaan wordt (meestal) gedaan door schokabsorberend .

Uitleg:

Bij het omhoog gaan buigt men zijn knieën en moet dan een aanzienlijke hoeveelheid kracht gebruiken (afhankelijk van het gewicht) om zijn been recht te krijgen en zichzelf op te tillen naar de volgende trede.

Omlaag gaan (ideaal , vereenvoudigd geval), eerst gebruikt men de zwaartekracht om zijn been recht te zetten en ontspant dan de spieren in het andere been en begint te vallen.Voordat hij een gevaarlijke valsnelheid bereikt (afhankelijk van de hoogte van de treden), raakt het gestrekte been de volgende trede en wordt alle energie afgevoerd door de schokabsorberende systemen van je lichaam.

Met andere woorden, naar beneden gaan bestaat uit kleine sprongen. Ik noem het een ideaal geval, aangezien deze configuratie resulteert in het minste gebruik van spierkracht om naar beneden te gaan. In werkelijkheid gebruikt men echter nog steeds wat spierkracht om zijn been recht te zetten, stijf te houden, enz. Stil, dat is aanzienlijk minder dan de energie die nodig is om zichzelf op te tillen.

Gedaan werk is gelijk aan uitgeoefende kracht maal afstand verplaatst in de richting van de kracht .

Je hebt gelijk dat (naar een eerste benadering) de krachten die worden uitgeoefend bij het omhoog en omlaag gaan hetzelfde zijn: in beide gevallen (nogmaals, naar een eerste benadering) heb je een lichaam beweegt met constante snelheid – hetzij omhoog of omlaag – onderhevig aan de zwaartekracht, dus er moet een opwaartse kracht zijn die overeenkomt met de zwaartekracht.

Het probleem is dat bij het opstijgen de spieren (pezen, ligamenten, botten enz. – de hele “machine” van het lichaam) een neerwaartse kracht uitoefenen terwijl ze omhoog bewegen, zodat ze energie verliezen / verbruiken ; bij het dalen is de kracht nog steeds naar beneden, maar nu de beweging is ook naar beneden, dus de spieren (enz.) ontvangen / krijgen energie.

Nu, zoals je weet, kunnen spieren “niet omgekeerd werken: ze zijn goed in het omzetten van chemische energie in mechanische energie” , maar je kunt er geen mechanische energie in stoppen en er weer chemische energie uit krijgen. Maar dat betekent niet dat ze geen energie kunnen opnemen: ze kunnen, en dat doen ze door warm te worden.

Het is ook waar dat spieren energie nodig hebben om te werken, of ze nu iets doen. nuttig werk of niet. Maar het is niet waar dat de energie die een spier nodig heeft om een specifieke kracht uit te oefenen constant is: heel ruwweg zal er een overhead van “verspilde” energie $ W (F) t $ zijn voor een bepaalde kracht gedurende een bepaalde tijd, plus elk werk dat door de spier wordt gedaan door beweging $ F \ cdot x $. Als de spier niet beweegt (denk aan duwen tegen een bakstenen muur), gebruik je slechts $ W (F) t $; als je echt werk doet (dus de spier beweegt door samentrekking), is het $ W (F) t + F \ cdot x $. De verspilling zal waarschijnlijk vergelijkbaar zijn met trappen op en af, maar het werk dat door de spieren wordt gedaan zal niet.

Reacties

• Dit is het juiste antwoord. OP is in de war door het teken van de energie te negeren. In feite zegt OP ” omhoog of omlaag: dezelfde kracht, dezelfde afstand, dus hetzelfde werk “. Maar het moet ” zelfde kracht, tegenovergestelde afstand, dus tegengesteld werk “.
• Zeer waar: bij het naar beneden lopen moet men overtollige energie kwijtraken ! (Of je zou, in de OP ‘ s woorden, eindigen als een natte plek onderaan.) Dat kan bijvoorbeeld een behoorlijke uitdaging zijn bij het afdalen van een steile helling. Sommige overlevenden van de Mt Everest-ramp in 1996 gleden in feite van de hellingen naar het kamp. Ze hadden nooit dezelfde weg omhoog kunnen klimmen: ze waren te e x exhausted.

Voor het trapvoorbeeld dacht ik in termen van koppel.

Als je wilt stijgen, plaats je je been gebogen in de bovenste trede en dan neem je de impuls om het andere been naar diezelfde plek of zelfs de volgende trede te brengen. Als je dat doet, moet je het koppel compenseren dat de zwaartekracht produceert op je vroegere knie.

Wanneer je dat doet, helpt de zwaartekracht echter dat koppel om de onderste trede te bereiken.

Ik weet niet of dit klopt, maar dit is wat in me opkwam.

Als je afdaalt, overdracht de energie, je hoeft (bijna) niets te leveren. Het weinige energie dat je nodig hebt, is de energie die nodig is om de overdracht (en de afdaling) af te handelen en te controleren; de rest komt van de potentiële zwaartekrachtenergie, en zal worden overgedragen als mechanische energie en / of afgevoerd als warmte. Mechanische overdracht in gewrichten en spieren kan leiden tot trauma dat kan worden gezien als verwant aan vermoeidheid of vermoeidheid.

U zou in theorie energie kunnen terugwinnen bij het afdalen, maar dat doe je echt niet. Het beste wat je kunt doen, is wat elastische energie recyclen van de ene trede om de volgende trede voort te stuwen (er zijn verschillende technieken om naar beneden te klimmen die leren hoe je moet bewegen om dit zo gracieus, veilig, snel of goedkoop mogelijk te doen. Remmen door te buigen en met het bovenbeen uitstrekken – dat laatste tegen de zwaartekracht in – is duurder dan het opvangen van de schok met de voet en het onderbeen en van de ene trede naar de andere afzakken).

Er gaat veel energie verloren in de zolen van de schoenen (probeer een lange trap af te gaan met houten latten in plaats van hardloopschoenen, waarbij je beenspieren de speling moeten oppakken), in alles wat de stappen zelf, in de stappen zelf als ze “elastisch genoeg zijn, enz.

Dus terwijl je efficiënt of niet zo efficiënt kunt afdalen, en ook moe en / of pijn doet naar beneden, de energie die je uitgaven naar beneden gaan is maar een fractie van wat je nodig hebt om omhoog te gaan, wanneer je dat moet leveren potentiële zwaartekrachtenergie uit je eigen chemische voorraden.

Als je een volkomen stijf lichaam was op volkomen stijve trappen, met een zuigerdemper in beide knieën, zou je heel weinig energie verbruiken om naar voren te glijden en op de volgende stap, en dan “zou je erop vallen, de dempers absorberen de schok en verspreiden deze als warmte.

Opmerkingen

• Energie wordt niet gecreëerd of vernietigd. Al het energieverbruik is overdracht.

Ik denk dat de vraag kan worden vereenvoudigd door te vragen rekening houdend met het verschil tussen de opwaartse en neerwaartse deel wanneer squats .

Laten we eerst een heel eenvoudig model bekijken: een verticale veer die aan het plafond hangt en een massa die aan de veer die de veer naar beneden trekt. Als de massa naar beneden gaat, neemt de potentiële energie op de veer toe. Als de massa omhoog gaat, neemt de potentiële energie op de veer af. Dat is zelfs al oefent de veer in beide gevallen dezelfde krachten uit. Kracht werkt niet. Het puntproduct van kracht en verplaatsing is werk.

Met andere woorden: Wanneer een veer (of een spier) een kracht uitoefent, betekent dit niet per se dat het enig werk doet. Het werkt alleen op een extern object als de kracht iets beweegt .

Ga nu terug naar een echte spier. Net als de veer in ons voorbeeld werkt een menselijke spier wanneer deze korter wordt, en het werk is positief omdat de kracht die door de spier wordt uitgeoefend, in de richting van de verplaatsing.

Je benen zijn zo bedraad dat je bij het doen van squats naar boven bepaalde spieren kunt verkorten en je benen kunt strekken. Dus, zoals ik heb uitgelegd, bij het omhoog gaan, doen spieren mechanisch werk .

Bij het omlaag gaan, de kracht is in dezelfde richting maar de verplaatsing is tegengesteld. Daarom bij het naar beneden gaan, mechan Er wordt ical werk verricht aan de spieren. Dit is misschien moeilijk te vatten, maar nu komt het biomedische deel: in tegenstelling tot de veer kan de menselijke spier de energie die het opdoet, niet opslaan manier en de energie verandert gewoon in warmte. Vanwege de manier waarop de cellen in de spier werkelijk werken, hebben gespannen spieren bovendien warmte nodig, zelfs wanneer ze statisch of langzamer zijn . Daarom heeft naar beneden gaan energie nodig.

Je kunt dit thuis proberen. (Het is misschien gemakkelijker om te observeren als je een enorm extra gewicht gebruikt dat je niet gewend bent, maar ik raad het niet aan Als je heel langzaam squat, overheerst de energie die nodig is om warmte te genereren omdat biomechanische redenen domineren, en naar beneden gaan voelt bijna net zo moeilijk als naar boven gaan. Als je heel snel squat, domineert de energie die nodig is om mechanisch werk te genereren , en naar beneden gaan voelt een stuk gemakkelijker.

Reacties

• Kan de down-stemmer de reden uitleggen?
• Als iemand die squat , Ik denk dat dit het beste antwoord op de vraag is, maar vanwege de biologische aard van het probleem was Physics Stack Exchange misschien niet de beste locatie voor de vraag.

Er zijn belangrijke wijzigingen in je bericht, dus ik moet belangrijke wijzigingen aanbrengen om ze aan te pakken omdat de vraag is interessant.

Laten we naar de kern van uw vraag gaan.

Om van punt A, onderaan de trap naar punt B, bovenaan de trap te gaan, moeten we $ mg \ Delta h = mg (B-A) $ energie gebruiken om dit te doen. Bij het klimmen zullen we chemische energie van het lichaam / de spieren omzetten om dit te doen. Om af te dalen, zoals je “hebt opgemerkt, is er geen manier om de trap af te dalen zonder dissipeert $ mg (BA) $ energie. Het is fysiek onmogelijk om een bepaalde hoogte te vertalen zonder ten minste $ mg \ Delta h $ te ontladen in energie. De vraag is, hoeveel van $ mg (BA) $ moet mijn lichaam leveren in de vorm van chemische energie?

Stel dat ik een touw en katrol met een rem neem om mijn snelheid te beperken De wrijving tussen de rem zal ten minste $ mg \ Delta h = mg (BA) $ aan energie verdrijven.Verander mechanische wrijving in hitte.

Stel dat je springt (van een klif van gelijke hoogte). Dan absorbeert je lichaam $ mgh $ en zul je waarschijnlijk dingen kapotmaken of doodgaan.

In de bovenstaande twee voorbeelden was je energie-output te verwaarlozen. De sleutel hier is dat iets anders de energie verdreef en dat was nodig voor ten minste $ mgh $ om zelfs bij de afdaling te verdrijven waar “de zwaartekracht in uw voordeel werkt”. Wat ik probeer te illustreren is dat u kunt afdalen zonder veel van uw eigen energie uit te oefenen. Dus hoe gebeurt dit zonder katrol of springen?

De energie die je wilt verdrijven, wordt bij elke stap afgevoerd door de mechanica van je lichaam te gebruiken weefsels. Een deel van de normale kracht die door de trap wordt uitgeoefend op uw gewrichten, botten, spieren, pezen, enz … zal allemaal samendrukken en terugveren en de energie als warmte dissiperen. Wat uw lichaam straalt dan weg. Als je denkt dat dit niet significant is, laat dan een steen of een stuk hout vallen en kijk hoe lang het stuitert. Als het niet “eeuwig blijft stuiteren”, betekent dit dat de energie wordt afgevoerd door het materiaal zelf, via compressie en rebound. Deze energie wordt afgevoerd door intermoleculaire en atomaire krachten.

Oorspronkelijke analyse (voorbewerkingen)

Energie (niet-rigoureuze analyse)

Klimmen

Om de trap te beklimmen, moet 100% van de energie die wordt geleverd om verticaal te klimmen geleverd worden door je lichaam.

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

Aflopend

Om de trap hoeft u slechts een kleine verticale klim te maken (om uw voet vrij van wrijving te houden) en vervolgens een kleine hoeveelheid energie om uw been naar voren te draaien. De zwaartekracht neemt het vanaf daar over. Laten we “s neem aan dat je “stap” 1 / 100ste de hoogte van de trap om een aflopende trede te beginnen, dan:

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

Het is duidelijk dat uit de hierboven beschreven vereenvoudigde mechanismen $ E _ {\ text {climb}} > > E _ {\ text {descend}} $.

Natuurlijk zijn er andere krachten bij betrokken. Je zult je beenspieren gebruiken om te voorkomen dat je van de trap valt, maar je kunt zien dat je gebruik maakt van de opgeslagen potentiële energie van je verticale hoogte om af te dalen.

Netto-energie (strenger Analyse)

Op basis van de bovenstaande paragraaf kunnen we zien dat we “aannames hebben gedaan en niet echt een rigoureus model hebben gemaakt om rekening te houden met alle factoren. Het was een eenvoudig mentaal experiment om snel te laten zien dat we waarschijnlijk op de juiste gedachtegang. Daarom zal een betere analyse naar het hele systeem kijken, zodat behoudswetten gelden.

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

Netto energie voor klimmen

De volgende netto-energievergelijking van het systeem zal beter laten zien hoe menselijke energie zich verhoudt tot klim-energie. Laten we het model in vier delen splitsen: netto-energie ($ 0 $), potentiële energie ($ mgh $) , de energieoutput van de mens en eventuele gravitatie-energie ($ E _ {\ te xt {extra}} $) die we kunnen gebruiken om ons te helpen.

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

Tijdens een klim is onze $ E_ { \ text {extra}} = 0 $ aangezien we geen zwaartekrachtenergie kunnen gebruiken om ons te helpen (dat wil zeggen, niets “duwt” ons omhoog).

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

Netto-energie voor afdaling

Het is duidelijk dat we tijdens de afdaling een deel van de potentiële energie kunnen omzetten om werk voor ons te doen. We kunnen gravitatie-energie gebruiken om ons te helpen terwijl het ons trekt waar we heen willen.

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

Hier, onze $ E_ {\ text {extra}} \ gt0 $ aangezien wat gravitatie-energie kan worden omgezet / benut om ons te helpen afdalen.

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

Het is duidelijk dat $ (2) \ lt (1) $ omdat $ E _ {\ text {extra}} \ gt0 $.

Vermogen versus energie

Spreken over snelheid doet dat zeker verander het model. In de eerste plaats betekent de introductie van de snelheid waarmee u de trap afdaalt of beklimt, dat we het nu hebben over kracht , wat is:

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

Als we onze klimtijd halveren, verdubbelen we het benodigde vermogen.

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

Dit is de reden waarom het oplopen van de trap vermoeiender is dan een ontspannen wandeling.

(En, interessant genoeg, kracht is de reden waarom je gaat spatten als je probeert een snelkoppeling naar zeer hoge trappen. Terwijl $ \ Delta E $ constant is, terwijl $ \ Delta t $ nul nadert, zult u merken dat u ernstige problemen heeft.)

Denk aan de energie, trappen oplopen vereisen energie van jou om jezelf omhoog te duwen. deze energie wordt opgeslagen in potentiële energievorm. Bij het afdalen gaat het bij elke stap die je neemt echter om het overbrengen van je potentiële energie naar de trap (niet terug naar je lichaam).

Samenvattend verlies je energie (calorieën uit voedsel) wanneer je opstijgt . En je verliest (bijna) niets als je afdaalt.

Opmerkingen

• Nee, de energie gaat grotendeels terug naar je lichaam als je afdaalt – alleen niet in een bruikbare vorm (je ‘ wordt niet energieker, alleen heter!).
• @psmears: in welke vorm? het gaat niet terug en wordt opgeslagen als lichaamsenergie (calorieën). Door spierwrijving en andere verliezen te verwaarlozen, wordt de energie grotendeels naar de aarde overgedragen (door de kracht die op trappen wordt uitgeoefend).
• In de vorm van warmte – je wordt (marginaal) warmer. Er ‘ wordt niet echt energie overgedragen naar de aarde via de kracht die op de trap wordt uitgeoefend, omdat energieoverdracht = (kracht x afstand verplaatst in de richting van de kracht), en de trap don ‘ t echt bewegen.
• Trap beweegt, alleen is het verwaarloosbaar vanwege de gigantische grootte van de aarde in vergelijking met ons lichaam. als onze grootte en massa vergelijkbaar waren, zal het waarneembaar zijn
• energietransformatie van PE kan plaatsvinden in de vorm van werk op bewegende aarde, trillingsgolfenergie wanneer we in contact komen, warmte als gevolg van wrijving terwijl we naar beneden gaan de trap, maar niet terug naar het lichaam.

Een kracht uitoefenen en je spieren spannen is niet hetzelfde. Zelfs als u zich volledig ontspant, is er werk nodig om uw hinken te verplaatsen. Dit werk is precies wat de kracht creëert die u vertraagt als je de trap af gaat.

Natuurlijk moet je nog steeds je spieren belasten als je naar beneden gaat, om je traject en snelheid te beheersen. Maar als je naar boven gaat, is dat werk moet worden gedaan naast het werk dat nodig is om uw gewicht op te heffen.

Ik ga een ander antwoord geven , omdat geen van de bestaande antwoorden kort en bondig over energie-efficiëntie lijkt te gaan.

Stel dat uw spieren 25% efficiënt zijn. Dit lijkt aan de genereuze kant te zijn, aangezien fietsen en roeien waarschijnlijk efficiënter gebruik maken van uw spieren dan lopen, waarbij u meer moeite moet doen om uw spieren vast te houden Houd in evenwicht en absorbeer schokken.

Dus als je een heuvel op gaat, ga je in feite vier keer zoveel energie besteden aan het klimmen met je benen als de werkelijke hoeveelheid potentiële energie die je wint. Drie delen daarvan zitten in de 75% inefficiëntie, die warmte in je lichaam genereert, en het laatste deel is de 25% die in daadwerkelijke potentiële energie gaat.

Laten we nu eens overwegen om naar beneden te gaan. Als je loopt achterwaarts de heuvel af, gebruik je dezelfde spieren en maak je ongeveer dezelfde beweging. Ik liep zo op en neer en de nabijgelegen steile heuvel om dit te bevestigen. Nu we de heuvel aflopen, weten we dat je ten minste de hoeveelheid potentiële energie bovenaan moet genereren om onderaan te eindigen zonder snelheid te verhogen. Maar dat is alle energie die je nodig hebt om een simpele achterwaartse wandeling de heuvel af te lopen! Al je spierkracht is specifiek bedoeld om potentiële energie te dumpen en om te zetten in warmte.

Dus naar boven lopen is u minstens 4 keer zoveel energie uit de voorraden van uw lichaam gaat halen als naar beneden lopen. Het kan meer zijn, omdat er manieren zijn waarop u de potentiële energie efficiënter kunt afvoeren – het wordt minder efficiënt in het gebruik van uw spieren genoemd! Als uw spieren slechts 16% efficiënt zijn (het lage gedeelte citeert op de gelinkte pagina), bergopwaarts kost 6,25 keer zoveel energie. Als je een deel van de weg naar beneden glijdt, kost het nog minder energie omdat je de energie als warmte van wrijving afvoert en niet in je spieren.

Opmerkingen

• Je hebt een heel groot punt over biologische inefficiëntie gemist: spieren verbranden energie, zelfs als er geen natuurkundig werk wordt gedaan. Ze verbranden energie, zelfs als er negatief werk wordt gedaan. negatieven doen in de sportschool!). Je ‘ kijkt niet naar evenredigheid. De claim hier ” Dus naar boven lopen is u minstens 4 keer zoveel energie van uw lichaam ‘ s voorraden gaat verbruiken als naar beneden lopen.” is gebaseerd op een misverstand. Dat ‘ is het fundamentele probleem met deze vraag: je kunt ‘ de situatie niet begrijpen zonder meer biologie te begrijpen dan de meeste natuurkundigen ooit hebben geleerd.
• @dmckee Ik ben het er niet mee eens. De vermelde efficiëntiecijfers werden gemeten via het werkelijke zuurstofverbruik. Dit zou alleen tijdens de daadwerkelijke oefening worden gedaan. Ja, een deel van die inefficiëntie is te wijten aan het basismetabolisme, maar het ‘ is in de context van inspanning, niet in rust. We maken ons geen ‘ zorgen over energiestromen buiten het tijdvenster waarin het eigenlijke werk wordt gedaan.

Eenvoudig. Er is een constante kracht van 1 g die je naar beneden trekt.

(ja, het hangt af van de afstand tot de aarde enz. Enz … maar een vereenvoudigd voorbeeld is voldoende voor een verklaring)

Dus als je wilt opstijgen met, laten we zeggen, half ag, moet je 1,5 g kracht produceren, waarvan 1 g alleen om de zwaartekracht op te heffen.

Als je met dezelfde versnelling moet afdalen (half ag) je hoeft slechts een halve ag kracht te produceren – om de helft van de zwaartekracht te annuleren.

Dus, 0,5 g om te dalen, 1,5 g om te stijgen.

Voor andere gewenste versnellingen (zeg 0,1 g, 0,05 g enz.) kun je de wiskunde doen.

Reacties

• Ik don ‘ denk niet dat ‘ het is, zie punt A) in mijn bewerking … als ik g (met een klein beetje) bij elke stap zou blijven overcompenseren, zou ik voor onbepaalde tijd versnellen .
• ” 1,5 g kracht ” zou waarschijnlijk niet ‘ moeten zijn t is geschreven op physics.stackexchange.
• -1 Trappen afdalen is gemakkelijker dan opstijgen, zelfs over een lange afstand met constante snelheid (dat wil zeggen, geen versnelling).
• g is een eenheid van versnelling, geen kracht en zeker geen snelheid. Als je ‘ met een constante snelheid reist, heb je een versnelling van nul g. Er zal in het begin een kleine versnelling zijn (maar lang niet. 5) en aan het einde een kleine versnelling in de andere richting. Als je in rust begint en in rust eindigt, moet je gemiddelde versnelling nul zijn.
• Als ik een trap op of af loop, dan ‘ m niet echt versnellen of vertragen – althans niet veel. Als het de versnelling was die uitputting veroorzaakte, zou het niet meer vermoeiend zijn om 50 trappen op te lopen dan om er maar één op te lopen.