No entanto, ao descer, você deve exercer uma força equivalente para parar de acelerar e atingir o solo …

Absolutamente correto.

Da mesma forma, o fato de subir escadas é comumente percebido como significativamente mais cansativo do que descer as mesmas escadas puramente biomecânico, por exemplo tendo as articulações em vez de músculos absorvem / neutralizam a energia cinética?

Certo. Ao subir as escadas, você deve exercer grandes forças com seus grandes músculos. Quando suas pernas levantam seu torso, seus músculos estão fornecendo forças suficientes (com um custo de energia) para isso.

Quando você desce as escadas, não é o contrário de subir. Em vez de usar seus músculos grandes para desacelerar, a maioria das pessoas pegará uma perna esticada e a plantará no degrau inferior. A desaceleração é obtida por deformação plástica nas juntas, deslocamento de fluido em seu pé e nos materiais em seus sapatos e no chão. Ainda há alguma demanda de energia nos músculos para coordenação e movimentação das pernas, mas é significativamente menor do que se os músculos estivessem fazendo o trabalho de desaceleração.

Comentários

• a maior parte da ” deformação plástica etc. ” usa energia espalhada da recuperada do potencial. É o uso habilidoso e direcional dos músculos para parar de rolar que precisa de um novo aporte calórico, que não é muito.
• ” deformação plástica nas articulações ” Sério? Parece que seria muito rápido danificar o corpo.
• @JMac, ” Plástico ” ao contrário para ” elástico “. A ideia é que a energia é dissipada, então quaisquer tendões ou estruturas que agem como molas e retornam energia não ‘ ajudam. Mas a cartilagem que deforma, sim. Não ‘ pretende sugerir que está ocorrendo dano.
• Como um ” experimento mental “, observe que mesmo um corpo humano morto ou inconsciente ainda é capaz de cair de uma escada (e parar na parte inferior). Assim, claramente, o trabalho muscular ativo não é necessário para dissipar a energia potencial obtida ao descer as escadas. (Para uma experiência mais prática, substitua por um saco de batatas ou qualquer outro; quase qualquer material não elástico terá o mesmo comportamento qualitativo.)
• @DavidScarlett: Certifique-se de ‘ um passo muito pequeno ou apenas uma passada horizontal. Eu me preocupo que as pessoas possam se machucar pousando com as juntas travadas mesmo em um único degrau de uma escada normal se realmente caírem (sem usar a perna de trás para retardá-las antes do impacto). h2> Resposta

  você tem que exercer uma força equivalente para parar de acelerar e atingir o solo

  Como animais, gastamos calorias para subir e ganhar energia potencial. O cansaço é uma medida das calorias gastas. Idealmente, descer não precisa de calorias, e não evoluímos a ponto de tomá-las de volta. Exceto que algumas calorias são necessárias na interação com as forças de atrito e alguma habilidade para transferir o excesso de energia para as etapas.

  Pense em esquiar. Subir a colina a pé precisa de muitas calorias (acredite ou não em 1958, fui ensinado a subir com esquis) para controlar a velocidade de descida e um pouco de habilidade (é por isso que naquele percurso, Eu estava bem subindo, mas terminei em um splat na parte inferior da colina, sem habilidades). A energia é o retorno das calorias gastas para aumentar (bem parcialmente, o atrito ocupa parte dela).

  Editar após editar a pergunta:

  A única razão pela qual introduzi a velocidade na pergunta foi para mostrar que você realmente tem que gastar energia descendo as escadas

  Você é um initio assumindo que a velocidade retira energia de seus músculos. A velocidade de descida é sustentada pela diminuição da energia potencial incrementalmente ao descer um degrau. Isso se transforma em uma velocidade do seu corpo, atingindo o degrau que uma força normal rebate uma bola, você tem que gastar um pouco de energia muscular para não quicar, mas de forma alguma igual à energia necessária para carregar seu peso um degrau acima.

  Tenho certeza de que o atrito não desempenha um papel significativo neste experimento de pensamento.

  Errado. O atrito desempenha um papel muito significativo ao caminhar, subir ou descer. Você já tentou andar no gelo?

  Não, não estou argumentando que descer seja subjetivamente menos exaustivo, estou perguntando por que é menos exaustivo

  É menos exaustivo porque menos energia é necessária dos músculos do corpo, necessária para direcionar o caminho de descida para controlar a liberação de energia da redução incremental da energia potencial do corpo. Direcionar absorve muito menos energia do que levantar.

  Não há força normal “livre” ou “automática” emanando das escadas que o impeça de acelerar.

  Você pagou subindo as escadas. A velocidade incremental de abaixar o corpo um passo por vez atinge o passo e uma força normal é criada a partir do impacto, não dos músculos. Os músculos precisam controlar contra ele para que você não quique como uma bola, mas isso é menos energia do que o passo potencial, porque o atrito ocupa a maior parte dela.

  Além disso, como várias pessoas apontaram, nós, como humanos, não temos como usar ou reconverter nossa energia potencial armazenada para nos desacelerar.

  Não , mas nosso corpo é inteligente o suficiente quando em uma situação de velocidade para gastar um pouco de energia muscular para direcionar para onde essa velocidade vai. A velocidade proveniente da aceleração da queda de degrau em degrau se transforma em atrito (nenhuma sapatilha ajuda) e um salto do corpo devido à força normal, tudo consumido em atrito e radiação. A nova entrada de energia é pequena em relação à energia gasta para atingir um alto potencial. Veja o exemplo de esqui acima.

  Após a terceira edição, aqui está um exemplo simples:

  1) Pegue uma bola meio inflada que quicaria algumas vezes e pare em um chão plano .

  2) Levante-o escada acima, próximo à borda. Energia potencial adquirida.

  3) Dê um pequeno empurrão apenas para cair na próxima etapa: um pouquinho de energia gasta.

  Ele vai pular escada abaixo sem nenhuma energia extra e, dependendo de quão desinflado ele está, pode atingir o solo, ou parar no meio devido à força normal ser maior do que o ganho de cinética da energia potencial da queda de um degrau.

  Comentários

  • Acho que o exemplo do esqui mostra exatamente por que você precisa frear – caso contrário, você converterá basicamente todo o seu potencial em energia cinética. Meu argumento é que frear exige matematicamente exatamente a mesma quantidade de energia.
  • @Daniel e meu argumento é que você recupera a energia gasta e a usa para frear, como faria com habilidades de esqui, gastando apenas um pouca energia nova girando o tornozelo para cavar mais fundo e frear a velocidade. é a energia original gasta para atingir o potencial superior, dado ao atrito de frenagem.
  • um exemplo mais simples: um balde de água tem energia potencial no topo da colina, despeje e gasta o energia potencial descendo a colina. No caso das escadas, não rolamos para baixo, mas usamos a energia potencial gradativamente, passo a passo, com atrito e espalhamento dos pés no degrau. Algumas calorias são gastas nos músculos ao descer, mas não tanto quanto ao subir.
  • @Daniel não, não ‘ t, a fricção cuidará de para você
  • ‘ a maior parte do atrito ao subir e descer escadas (pelo menos o atrito entre seus pés e os degraus) seria atrito estático , o que significa que apenas transfere energia potencial e cinética entre a terra e a pessoa, e não em calor? Por outro lado, não tenho ideia se existe atrito internamente nas pernas.

  Resposta

  É biomecânica.

  Bem, é enttrópica.

  A energia potencial gravitacional é realmente energia de alta qualidade (baixa entropia). Convertê-lo em um trabalho quase arbitrário é realmente fácil.

  Quando descemos, convertemos essa energia potencial gravitacional em calor, absorvendo-a com nossos ossos e ligamentos elásticos. Esta é uma conversão fácil, já que estamos indo de energia de baixa entropia para energia de alta entropia.

  Agora, algum trabalho muscular é feito além de simplesmente absorver os choques; isso nos mantém equilibrados e no controle conforme descemos.

  Subindo, em termos de energia, nada nos impede de resfriar nossos músculos, ligamentos e ossos e usá-los para subir os degraus, gerando energia potencial gravitacional . Mas isso violaria as leis da termodinâmica, nomeadamente a conversão de energia de alta entropia em energia de baixa enttropia.

  Em vez disso, somos forçados a converter nossa energia química armazenada – ATP e outros – em energia cinética, que então transformamos em energia potencial gravitacional.

  Nossas reservas de energia de ATP (e outras substâncias químicas armazenadas) estão esgotadas e nos sentimos cansados.

  A maneira biomecânica como isso é realizado envolve como subimos e descemos; você provavelmente poderia fazer alguma criatura que não seja muito eficiente em descer e usar músculos durante todo o caminho.

  Existem pessoas que “descem escadas” deslizando por um corrimão e apenas queimam energia para gerar atrito contra o corrimão. Esta é provavelmente a maneira mais eficiente de alguém descer escadas.

  Fundamentalmente, não se pode subir com a mesma eficiência com que se pode descer.

  A energia não é usada , ele é transferido e convertido. A energia “disponível” é a energia de baixa entropia de alta qualidade. Você nunca “gasta” energia em algo (a não ser na criação de massa de repouso se você não falar sobre equivalência massa-energia), em vez disso, você converte energia de baixa entropia em uma mistura de energia de baixa entropia de uma forma diferente e entropia mais alta -energia “perda”.

  Resposta

  • Seus músculos exercem mais força ao subir do que ao descer:

  Ao descer escadas, eles têm que exercer uma força menor do que a gravidade para controlar sua velocidade, enquanto ao subirem, a força que exercem deve ser pelo menos igual ao seu peso, para você subir. Portanto, seus músculos estão fazendo mais trabalho ascendente do que descendente, os movimentos normalmente não simétricos .

  Isso “é especialmente verdadeiro porque a força de frenagem (para a” queda “etapa a etapa, fornecida pela etapa” s força normal ) não é uma reação de uma força exercida por sua perna músculos – você pode acertar o dê um passo com as pernas retas e deixe a energia do impacto se dissipar passivamente pelo corpo, gastando muito pouca energia no processo, conforme explicado em BowOfRed resposta .

  • As perdas de energia naturais ajudam você a manter uma velocidade confortável ao descer escadas, enquanto isso ” uma perda que você tem que compensar ao subir as escadas.

  • E, sim, certamente há alguns aspectos biomecânicos em jogo também. er, por exemplo, como é muito mais cansativo descer em câmera lenta: descer escadas bem devagar dificilmente é mais fácil do que subir escadas na mesma velocidade – aumenta a simetria entre os dois movimentos.

  Comentários

  • Os comentários não são para discussão extensa; esta conversa foi movida para bate-papo .

  Resposta

  Pode ser que o que eu tenho a dizer já tenha sido dito implicitamente em outras respostas, mas estou postando esta resposta porque não vejo uma resposta que seja manifestamente semelhante àquela que tenho em mente .

  Ao subir as escadas, o sistema pessoa-terra ganha energia potencial. Esse incremento na energia potencial deve vir da energia bioquímica da pessoa. Assim, ao subir as escadas, a pessoa precisa trabalhar pelo menos a quantidade de incremento na energia potencial do sistema pessoa-terra.

  Agora, ao descer as escadas, o sistema pessoa-terra perde energia potencial. Portanto, essa energia potencial perdida deve ir para algum lugar. o primeiro lugar para ir é a energia cinética macroscópica da pessoa. Até este ponto, está completamente claro que a pessoa não gasta um centavo de sua energia bioquímica. Mas, exigimos que a pessoa não ganhe nenhuma energia macroscópica. Portanto, devemos redistribuir a energia que é liberada do sistema pessoa-terra em algumas outras formas. Essa redistribuição é feita pelas forças de reação normais entre as pernas de a pessoa e as escadas. Eles redistribuem a energia no movimento vibracional dos degraus e parcialmente no movimento vibracional das moléculas das pernas da pessoa, etc. Mas esta é apenas a redistribuição da energia. A pessoa não precisa gastar nada de sua energia bioquímica. Na verdade, se a pessoa gastasse alguma energia, haveria uma necessidade adicional de redistribuir essa energia adicionalmente gasta.

  Eu ignorei as perdas de ineficiência, etc. que podem ser razoavelmente assumidas como as mesmas ao subir ou descer escadas.

  Resposta

  A resposta é simples:

  -> Subir é feito por trabalho muscular .

  -> A descida é (principalmente) feita por absorção de choque .

  Explicando:

  Ao subir, a pessoa dobra os joelhos e, em seguida, deve usar uma quantidade considerável de força (dependendo do peso da pessoa) para esticar a perna e dar o próximo passo.

  Descendo (ideal , caso simplificado), primeiro usa-se a gravidade para erguer a perna e depois relaxa os músculos da outra perna e começa a cair.Antes que ele ganhe uma velocidade de queda perigosa (dependendo da altura dos degraus), a perna estendida atinge o próximo degrau e toda a energia é dissipada por seus sistemas de absorção de choque do corpo.

  Em outras palavras, descer é feito de pequenos pulos. Eu chamo isso de caso ideal, pois essa configuração resulta no mínimo uso de força muscular para descer escadas. Na realidade, no entanto, ainda se usa um pouco de energia muscular para endireitar a perna, mantendo-a rígida, etc. ainda, que é consideravelmente menos do que a energia necessária para se levantar.

  Resposta

  O trabalho realizado é igual à força exercida vezes a distância movida na direção da força .

  Você está certo que (para uma primeira aproximação) as forças exercidas ao subir e descer são as mesmas: em ambos os casos (novamente, para uma primeira aproximação) você tem um corpo movendo-se a velocidade constante – seja para cima ou para baixo – sujeito à gravidade, então deve haver uma força para cima correspondendo à força da gravidade.

  O problema é que, ao subir, os músculos (tendões, ligamentos, ossos etc – toda a “máquina” do corpo) estão exercendo uma força para baixo enquanto se movem para cima, então eles estão perdendo / gastando energia ; ao descer, a força ainda é para baixo, mas agora o movimento também é para baixo, então os músculos (etc) estão recebendo / ganhando energia.

  Agora, como você sabe, os músculos não podem trabalhar ao contrário: eles são bons em converter energia química em energia mecânica , mas você não pode colocar energia mecânica e obter energia química de volta. Mas isso não significa que eles não consigam absorver energia: eles podem, e fazem isso se aquecendo.

  Também é verdade que os músculos precisam de energia para funcionar, estejam eles fazendo alguma trabalho útil ou não. Mas não é verdade que a energia necessária para que um músculo exerça uma força específica seja constante: grosso modo, haverá uma sobrecarga de energia “desperdiçada” $ W (F) t $ para uma determinada força durante um determinado tempo, mais qualquer trabalho realizado pelo músculo por meio do movimento $ F \ cdot x $. Se o músculo não estiver se movendo (pense em empurrar contra uma parede de tijolos), você usa apenas $ W (F) t $; se você estiver fazendo um trabalho real (de modo que o músculo se move ao se contrair), é $ W (F) t + F \ cdot x $. O desperdício provavelmente será semelhante ao subir e descer escadas, mas o trabalho feito pelos músculos não.

  Comentários

  • Esta é a resposta certa. OP fica confuso por ignorar o sinal da energia. Basicamente, OP está dizendo ” para cima ou para baixo: mesma força, mesma distância, portanto mesmo trabalho “. Mas deve ser ” mesma força, distância oposta, portanto trabalho oposto “.
  • Muito verdadeiro: ao caminhar escada abaixo, é necessário derramar o excesso de energia ! (Ou alguém poderia, nas palavras do OP ‘ s, acabar como uma mancha úmida na parte inferior.) Isso pode ser um desafio significativo, por exemplo ao descer uma encosta íngreme. Alguns sobreviventes do desastre do Monte Everest em 1996 basicamente deslizaram pelas encostas até o acampamento. Eles nunca poderiam ter escalado da mesma forma: eles eram muito exausto.

  Resposta

  Para o exemplo das escadas, eu estava pensando em termos de torque.

  Quando você quiser subir, coloque a perna dobrada no degrau de cima e, em seguida, tome o impulso de subir a outra perna até aquele lugar ou mesmo o degrau seguinte. Ao fazer isso, você deve compensar o torque que a gravidade está produzindo em seu joelho anterior.

  No entanto, ao desceinding, a gravidade ajuda esse torque para alcançar o degrau inferior.

  Não sei se isso está certo, mas foi o que me veio à mente.

  Resposta

  Quando você desce, você transferir a energia, você não precisa fornecer (quase) nada. A pouca energia que você precisa gastar é a necessária para lidar com e controlar a transferência (e a descida); o resto vem do energia potencial gravitacional e será transferida como energia mecânica e / ou dissipada como calor. A transferência mecânica nas articulações e nos músculos pode causar traumas que podem ser percebidos como parentesco com cansaço ou fadiga.

  Você poderia em teoria recuperar energia ao descer, mas na verdade você não. O melhor que você pode fazer é reciclar alguma energia elástica de uma etapa para impulsionar a próxima (existem várias técnicas de descida que ensinam como se mover para fazer isso da forma mais graciosa, segura, rápida ou econômica possível. Frenagem por flexão e estender com a parte superior da perna – esta última contra a gravidade – é mais caro do que absorver o choque com o pé e a parte inferior da perna e escorregar de um degrau para o outro).

  Muita energia é dissipada nas solas dos sapatos (tente descer uma longa escada com ripas de madeira em vez de tênis, com os músculos da perna tendo que compensar a folga), em qualquer coisa que cubra o passos em si, nos próprios passos se eles forem elásticos o suficiente, etc.

  Então, embora você possa descer com eficiência ou não de forma tão eficiente e ficar cansado e / ou com dores ao descer também, a energia que você id = “bf0f659796”>

  gastar indo para baixo é apenas uma fração do que você precisa para subir, quando você tem que fornecer isso energia potencial gravitacional de seus próprios depósitos de produtos químicos.

  Se você fosse um corpo perfeitamente rígido em escadas perfeitamente rígidas, com um amortecedor de pistão em ambos os joelhos, você gastaria muito pouca energia para deslizar para frente e cair no próximo passo, e então você “cairia sobre ele, os amortecedores absorvendo o choque e dissipando-o como calor.

  Comentários

  • Energia não é criada ou destruído. Todo o uso de energia é transferência.

Acho que a pergunta pode ser simplificada perguntando considerando a diferença entre o para cima e para baixo parte quando fazendo agachamentos .

Vamos primeiro considerar um modelo muito simples: uma mola vertical pendurada no teto e uma massa pendurada a mola que puxa a mola para baixo. Quando a massa diminui, a energia potencial da mola aumenta. Quando a massa sobe, a energia potencial da mola diminui. Mesmo que, em ambos os casos, a mola exerça as mesmas forças. A força não funciona. O produto escalar da força e do deslocamento é o trabalho.

Em outras palavras: Quando uma mola (ou um músculo) exerce uma força, não significa necessariamente que faz algum trabalho. Funciona em um objeto externo apenas se a força mover algo .

Agora volte para um músculo real. Como a mola em nosso exemplo, um músculo humano funciona quando encurta, e o trabalho é positivo porque a força exercida pelo músculo é na direção do deslocamento.

Suas pernas são aramadas de tal forma que, ao fazer agachamentos para cima, você pode encurtar certos músculos e esticar as pernas. Portanto, como expliquei, ao subir, os músculos fazem trabalho mecânico .

Ao descer, a força está na mesma direção, mas o deslocamento é oposto. Portanto, ao descer, mecan o trabalho físico é feito nos músculos. Isso pode ser difícil de entender, mas agora vem a parte biomédica: ao contrário da mola, o músculo humano não pode armazenar a energia que ganha caminho e a energia se transforma em calor. Além disso, devido ao modo como as células do músculo realmente funcionam, os músculos tensos precisam gerar calor mesmo quando estão estáticos ou alongados . É por isso que descer exige energia.

Você pode tentar isso em casa. (Pode ser mais fácil de observar se você usar um peso extra enorme com o qual não está acostumado, mas eu não recomendo isso por razões médicas.) Se você agachar muito lentamente, a energia necessária para gerar calor porque razões biomecânicas domina, e descer parece quase tão difícil quanto subir. Se você agachar muito rápido, a energia necessária para gerar trabalho mecânico domina , e descer parece muito mais fácil.

Comentários

• O downvoter pode explicar o motivo?
• Como alguém que agacha , Acho que esta é a melhor resposta para a pergunta, mas devido à natureza biológica do problema, Physics Stack Exchange pode não ter sido o melhor local para a pergunta.

Há edições significativas em sua postagem, então tenho que fazer edições significativas para resolvê-las porque a questão é interessante.

Vamos direto ao ponto da sua pergunta.

Para ir do ponto A, base da escada ao ponto B, topo da escada, devemos exercer $ mg \ Delta h = mg (B-A) $ energia para fazê-lo. Na escalada, vamos converter a energia química do corpo / músculos para fazer isso. Para descer, como você notou, não há nenhuma maneira de descer as escadas sem dissipando $ mg (BA) $ energia. É fisicamente impossível traduzir alguma altura sem descarregar pelo menos $ mg \ Delta h $ em energia. A questão é: quanto de $ mg (BA) $ meu corpo precisa fornecer na forma de energia química?

Digamos que eu pegue uma corda e uma polia com freio para limitar minha taxa de descida. O atrito entre o freio dissipará pelo menos $ mg \ Delta h = mg (BA) $ de energia.Transformando o atrito mecânico em calor.

Digamos que você salte (de um penhasco de igual altura). Então seu corpo vai absorver $ mgh $ e você provavelmente vai quebrar coisas ou morrer.

Nos dois exemplos acima, sua produção de energia foi insignificante. A chave aqui é outra coisa dissipou a energia e foi necessário para que pelo menos $ mgh $ seja dissipado mesmo na descida, onde “a gravidade trabalha a seu favor”. O que estou tentando ilustrar é que você pode descer sem exercer muito de sua própria energia. Então, como isso acontece sem uma polia ou sem pular?

A energia que você deseja dissipar será dissipada em cada etapa usando a mecânica do seu corpo tecidos. Uma proporção da força normal exercida pela escada em suas articulações, ossos, músculos, tendões, etc … vai se comprimir e ricochetear, dissipando a energia como calor. Que seu corpo irá então irradiar para longe. Se você acha que isso não é significativo, deixe cair um tijolo ou um pedaço de madeira e veja quanto tempo ele quica. Se não continuar saltando para sempre, isso significa que a energia é dissipada pelo próprio material, por meio de compressão e ressalto. Esta energia é dissipada por forças intermoleculares e atômicas.

Análise original (pré-edições)

Energia (análise não rigorosa)

Escalada

Para subir escadas, deve ser fornecida 100% da energia fornecida para subir verticalmente por seu corpo.

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

Decrescente

Para descer o escadas, você só precisa fornecer uma pequena subida vertical (para libertar seu pé do atrito) e, em seguida, uma pequena quantidade de energia para girar sua perna para frente. A gravidade assume a partir daí. Vamos “s suponha que você “deu um passo” 1/100 a altura da escada para iniciar um degrau descendente, então:

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

Claramente, da mecânica simplificada descrita acima $ E _ {\ text {climbing}} > > E _ {\ text {descend}} $.

Naturalmente, outras forças estão envolvidas. Você usará os músculos das pernas para resistir à queda das escadas, no entanto, pode ver que está aproveitando a energia potencial armazenada de sua altura vertical para descer.

Energia líquida (mais rigorosa Análise)

Com base no parágrafo acima, podemos ver que fizemos suposições e não realmente fizemos um modelo rigoroso para contabilizar todos os fatores. Foi um experimento mental simples para mostrar rapidamente que provavelmente estamos no linha de pensamento certa. Portanto, uma análise melhor examinará todo o sistema de forma que as leis de conservação sejam válidas.

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

Energia líquida para escalada

A seguinte equação de energia líquida do sistema mostrará melhor como a energia humana se relaciona com a energia ascendente. Vamos dividir o modelo em quatro partes: energia líquida ($ 0 $), energia potencial ($ mgh $) , produção de energia do ser humano e qualquer energia gravitacional ($ E _ {\ te xt {extra}} $) que podemos usar para nos ajudar.

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

Em uma escalada, nosso $ E_ { \ text {extra}} = 0 $ pois não podemos usar a energia gravitacional para nos ajudar (ou seja, nada nos “empurra” para cima).

( 1) $ E _ {\ text {humano, escalar}} = E _ {\ text {pe}} $

Energia líquida para descida

Claramente, na descida, podemos converter parte da energia potencial para trabalhar por nós. Podemos usar a energia gravitacional para nos ajudar enquanto ela nos puxa para onde queremos ir.

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

Aqui, nosso $ E_ {\ text {extra}} \ gt0 $ como alguma energia gravitacional pode ser convertida / aproveitada para nos ajudar a descer.

$ (2) E _ {\ text {humano, descendente}} = E _ {\ text {pe}} – E _ {\ text {extra}} $

Claramente, $ (2) \ lt (1) $ porque $ E _ {\ text {extra}} \ gt0 $.

Força vs Energia

Falar sobre velocidade certamente mudar o modelo. Primeiramente, a introdução da taxa na qual você desce ou sobe as escadas significa que agora estamos falando sobre potência , que é:

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

Se reduzirmos nosso tempo de subida pela metade, dobramos a potência necessária.

$ P_ {2} = \ frac {mgh} { 05t_ {1}} \ rightarrow P_ {2} = 2P_ {1} = 2 \ left (\ frac {mgh} {t_ {1}} \ right) $

É por isso que correr escada acima é mais exaustivo do que caminhar sem pressa.

(E, curiosamente, a força é a razão pela qual você vai se espatifar se tentar pegar um atalho para descer escadas realmente altas. Embora $ \ Delta E $ seja constante, à medida que $ \ Delta t $ se aproxima de zero, você descobrirá que tem problemas sérios.)

Pense sobre a energia, subir escadas exige energia de você para se empurrar para cima. esta energia é armazenada na forma de energia potencial. No entanto, no caso de descer, cada passo que você dá é transferir sua energia potencial para a escada (não de volta para o seu corpo).

Em resumo, você perde energia (calorias dos alimentos) quando sobe . E você não perde (quase) nada quando você desce.

Comentários

• Não, a energia em grande parte volta para seu corpo quando você desce – apenas não em uma forma útil (você não ‘ t fica com mais energia, apenas mais quente!).
• @psmears: de que forma? ele não volta e é armazenado como energia corporal (calorias). negligenciando o atrito muscular e outras perdas, a energia é amplamente transferida para a terra (através da força exercida nas escadas).
• Na forma de calor – você fica (marginalmente) mais quente. Não há ‘ realmente nenhuma energia transferida para a Terra através da força exercida nas escadas, porque transferência de energia = (força x distância movida na direção da força), e as escadas não ‘ realmente se mova.
• A escada se move, só que é insignificante devido ao tamanho gigantesco da Terra em comparação com nosso corpo. se nosso tamanho e massa forem comparáveis, será observável
• transformação de energia de PE pode ser na forma de trabalho feito na terra em movimento, energia de onda de vibração quando entra em contato, calor devido ao atrito conforme descemos a escada, mas não de volta ao corpo.

Exercer uma força e esticar os músculos é não é a mesma coisa. Mesmo que você relaxe completamente, será necessário trabalhar para se mover mancando. Este trabalho é exatamente o que cria a força que o retarda para baixo quando você está descendo as escadas.

Claro, você ainda precisa forçar seus músculos ao descer, a fim de controlar sua trajetória e velocidade. Mas quando você está subindo, isso funciona precisa ser feito além do trabalho necessário para levantar seu peso.

Vou fornecer outra resposta , porque nenhuma das respostas existentes parece abordar de maneira sucinta a eficiência energética.

Digamos que seus músculos sejam 25% eficientes. Isso parece ser do lado generoso , já que pedalar e remar são provavelmente usos mais eficientes de seus músculos do que caminhar, onde você deve exercer mais esforço para manter equilibre e absorva o choque.

Então, subindo uma colina, você vai gastar 4 vezes mais energia subindo com as pernas do que a quantidade real de energia potencial que você ganha. Três partes disso estão na ineficiência de 75%, gerando calor em seu corpo, e a última parte são os 25% que vão para a energia potencial real.

Agora, vamos considerar descer. Se você andar descendo a colina, você está usando os mesmos músculos e fará aproximadamente o mesmo movimento. Andei para cima e para baixo em uma colina íngreme próxima como esta para confirmar isso. Agora, descendo a colina, sabemos que é preciso gerar pelo menos a quantidade de energia potencial no topo para terminar na base sem aumento de velocidade. Mas essa é toda a energia que você precisa gerar para uma simples caminhada de costas colina abaixo! Toda a energia de seus músculos é especificamente para o propósito de despejar energia potencial e convertê-la em calor.

Então, subir é vai consumir pelo menos 4 vezes mais energia das reservas de seu corpo do que caminhar. Pode ser mais, porque há maneiras de dissipar a energia potencial de forma mais eficiente – é chamado de ser menos eficiente no uso de seus músculos! Se seus músculos são apenas 16% eficientes (a parte inferior cita no link da página) isso a subida consumirá 6,25 vezes mais energia. Se você deslizar parte da descida, consumirá ainda menos energia, pois você está dissipando a energia na forma de calor da fricção e não nos músculos.

Comentários

• Você perdeu um ponto muito importante sobre a ineficiência biológica: os músculos queimam energia mesmo quando nenhum trabalho de física é feito. Eles queimam energia mesmo quando um trabalho negativo é feito. Às vezes, muito (tentando fazendo negativas na academia!). Você ‘ não está olhando para a proporcionalidade. A afirmação aqui ” Então, subir é vai consumir pelo menos 4 vezes mais energia do que seu corpo ‘ s armazena do que caminhar.” é baseado em um mal-entendido. Esse ‘ é o problema básico com esta pergunta: você não pode ‘ entender a situação sem entender mais biologia do que a maioria dos físicos já aprendeu.
• @dmckee Eu discordo. Os números de eficiência citados foram medidos através do consumo real de oxigênio. Isso só seria feito durante o exercício real. Sim, parte dessa ineficiência se deve ao metabolismo básico, mas ‘ ocorre no contexto de esforço, não em repouso. Não estamos ‘ preocupados com os fluxos de energia fora da janela de tempo em que o trabalho real está sendo feito.

Simples. Há uma força constante de 1g puxando você para baixo.

(sim, depende da distância da Terra etc etc … mas um exemplo simplificado é suficiente para uma explicação)

Então se você quiser subir em, digamos, meia ag, você precisa produzir 1,5 g de força, 1 g dos quais apenas para cancelar a atração da gravidade.

Se você precisar descer na mesma aceleração (meio ag) você precisa produzir apenas meio ag de força – para cancelar meio ag de gravidade.

Então, 0,5 g para descer, 1,5 vá para subir.

Para outros acelerações (digamos, 0,1 g, 0,05 g etc.), você pode fazer as contas.

Comentários

• Eu não ‘ Não pense que ‘ é isso, veja o ponto A) em minha edição … se eu continuasse supercompensando g (por qualquer pequena quantidade) cada etapa, eu aceleraria indefinidamente .
• ” 1,5 g de força ” provavelmente não deveria ‘ t ser escrito em physics.stackexchange.
• -1 Descer escadas é mais fácil do que subir, mesmo durante uma longa distância com velocidade constante (ou seja, sem aceleração).
• g é uma unidade de aceleração, não de força e definitivamente não de velocidade. Se você ‘ estiver viajando a uma velocidade constante, terá aceleração de zero g. Haverá uma pequena aceleração (mas longe de 0,5) no início e uma pequena aceleração na outra direção no final. Se você começar em repouso e terminar em repouso, sua aceleração média deve ser zero.
• Se eu subir ou descer um lance de escadas, na maioria das vezes, eu ‘ não estou realmente acelerando ou desacelerando – pelo menos, não muito. Se fosse a aceleração que causasse a exaustão, não seria mais cansativo subir 50 lances de escada do que subir apenas um.