Cu toate acestea, atunci când coborâți, trebuie să exercitați o forță echivalentă pentru a vă opri din a accelera și a lovi pământul …

Absolut corect.

La fel este faptul că scările ascendente sunt percepute în mod obișnuit ca fiind mult mai epuizante decât coborârea pe aceleași scări pur și simplu un lucru biomecanic, de exemplu având articulații în loc de mușchi absorb / contracarează energia cinetică?

Corect. Când urcați scările, trebuie să exercitați forțe mari de mușchii mari. Când picioarele îți ridică trunchiul, mușchii îți furnizează suficiente forțe (cu un cost energetic) pentru a face acest lucru.

Când cobori scările, nu este inversul ascensiunii. În loc să-și folosească mușchii mari pentru a încetini, majoritatea oamenilor vor lua un picior îndreptat și îl vor planta pe treapta inferioară. Decelerarea se realizează prin deformarea plastică a articulațiilor, deplasarea fluidului în picior și materialele din pantofi și podea. Există încă o cerere de energie asupra mușchilor pentru coordonare și mișcare a picioarelor, dar este semnificativ mai mică decât dacă mușchii ar face treaba de decelerare.

Comentarii

• cea mai mare parte a ” deformare plastică etc ” folosește energie împrăștiată din recuperată din potențial. Utilizarea calificată și direcțională a mușchilor pentru a opri rularea are nevoie de un aport caloric nou, ceea ce nu este foarte mult.
• ” deformare plastică în articulații ” Chiar? Se pare că ar fi foarte rapid să deteriorăm corpul.
• @JMac, ” Plastic „, spre deosebire de la ” elastic „. Ideea este că energia este disipată, astfel încât orice tendoane sau structuri care acționează ca arcuri și returnează energie nu ajută ‘. Dar cartilajul care se deformează este adevărat. ‘ nu este menit să implice că se produc daune.
• Ca un experiment ilustrativ ” ilustrativ „, rețineți că chiar și un corp uman mort sau inconștient este încă capabil să cadă pe o scară (și să se odihnească în partea de jos). Astfel, în mod clar, munca activă a mușchilor nu este necesară pentru a disipa energia potențială câștigată din coborârea scărilor. (Pentru un experiment mai practic, înlocuiți un sac de cartofi sau orice altceva; aproape orice material neelastic va avea același comportament calitativ.)
• @DavidScarlett: Asigurați-vă că ‘ este un pas foarte mic sau doar un pas pe jos orizontal. Îmi fac griji că oamenii ar putea să se rănească aterizând cu articulațiile blocate chiar pe o singură treaptă a unei scări normale dacă cad într-adevăr (fără a folosi piciorul din spate pentru a le încetini înainte de impact.)

trebuie să exerciți o forță echivalentă pentru a te opri din a accelera și a lovi pământul

Ca animale, cheltuim calorii pentru a crește și a câștiga energie potențială. Oboseala este o măsură a caloriilor consumate. În mod ideal, coborârea nu are nevoie de calorii și nu am evoluat până la preluarea lor înapoi. Cu excepția faptului că sunt necesare câteva calorii în interacțiunea cu forțele de frecare și o anumită abilitate pentru a transfera energia în exces către trepte.

Gândiți-vă la schi. Pentru a urca dealul pe jos are nevoie de o mulțime de calorii, (credeți-vă sau nu în 1958, am fost învățat să merg cu schiurile) pentru a controla viteza care alunecă în jos câteva și o anumită abilitate (de aceea, la acel curs, Mă descurc bine, dar am terminat într-o paletă în partea de jos a dealului, fără abilități). Energia este întoarcerea caloriilor cheltuite pentru a crește (bine parțial, fricția ocupă o parte din ea).

Editați după modificarea întrebării:

Singurul motiv pentru care am introdus viteza în întrebare a fost să arăt că de fapt trebuie să cheltuiți energie mergând jos

Sunteți ab initio presupunând că viteza ia energie din mușchii tăi. Viteza de coborâre este susținută de diminuarea energiei potențiale în mod incremental, coborând o treaptă. Asta se transformă într-o viteză a corpului tău, lovind pasul cu care o forță normală revine cu o minge înapoi, trebuie să cheltuiți o anumită energie musculară pentru a nu sări, dar în niciun caz egală cu energia necesară pentru a vă duce greutatea cu un pas.

Sunt foarte sigur că fricțiunea nu joacă un rol semnificativ în acest experiment de gândire.

Greșit. Fricțiunea joacă un rol foarte semnificativ în mers, urcare sau coborâre. Ai încercat să mergi pe gheață?

Nu, nu susțin că coborârea este subiectiv mai puțin epuizantă, mă întreb de ce este mai puțin epuizant

Este mai puțin epuizant, deoarece este nevoie de mai puțină energie din mușchii corpului, necesară în direcționarea căii de coborâre pentru a controla eliberarea energiei din scăderea incrementală a energiei potențiale a corpului. Direcția este mult mai puțin absorbită de energie decât ridicarea.

Nu există o forță normală „liberă” sau „automată” care să provină din scări care te opresc să accelerezi.

Ai plătit pentru urcarea scărilor. Viteza incrementală a coborârii corpului pas cu pas lovește pasul și se creează o forță normală din impact, nu din mușchi. Mușchii trebuie să se controleze împotriva ei, astfel încât să nu săriți ca o minge, dar aceasta este mai puțină energie decât pasul potențial, din cauza fricțiunii care ocupă cea mai mare parte a acestuia.

De asemenea, așa cum au subliniat mai mulți oameni, noi, ca oameni, nu avem nicio modalitate de a folosi sau reconverti energia potențială stocată pentru a ne încetini.

Nu , dar corpul nostru este suficient de inteligent atunci când se află într-o situație de viteză pentru a cheltui un pic de energie musculară pentru a direcționa unde merge viteza respectivă. Viteza care vine din accelerația de cădere din pas în pas se transformă în frecare (nicio pantofă nu ajută) și o săritură a corpului datorită forței normale, toate consumate de frecare și radiații. Noul aport de energie este mic în ceea ce privește energia consumată pentru a obține un potențial ridicat. Vedeți exemplul de schi de mai sus.

După a treia editare, iată un exemplu simplu:

1) Luați o minge umflată pe jumătate, care ar sări de câteva ori și se va opri pe o podea plană .

2) Ridicați-l la etaj, lângă margine. Energia potențială dobândită.

3) Dă-i o mică împingere doar pentru a cădea pe pasul următor: o cantitate mică de energie cheltuită.

Va sări în jos treptele fără energie suplimentară și, în funcție de cât de dezumflat este, poate ajunge la sol sau se poate opri între ele din cauza faptului că forța normală este mai mare decât câștigul de cinetică din energia potențială de la căderea unui pas.

Comentarii

• Cred că exemplul de schi arată exact de ce trebuie să frânezi – altfel îți transformi practic tot potențialul în energie cinetică. Argumentul meu este că frânarea necesită matematic exact aceeași cantitate de energie.
• @Daniel și argumentul meu este că recuperați energia cheltuită și o folosiți pentru a frâna, așa cum ați face cu abilitățile de schi, cheltuind doar o putina energie noua prin intoarcerea gleznei pentru a sapa mai adanc si a frana viteza. este energia inițială cheltuită pentru a atinge potențialul mai mare, dată fricțiunii de frânare.
• un exemplu mai simplu: o găleată de apă are energie potențială în vârful dealului, se toarnă și se cheltuiește energia potențială care curge pe deal. În cazul scărilor nu ne rostogolim în jos, ci consumăm energia potențială treptat pas cu pas cu frecare și împrăștiere înapoi a picioarelor pe treaptă. Unele calorii sunt cheltuite în mușchii care se retrag, dar în nici un caz la fel de mult ca în creșterea. pentru tine
• ‘ nu ar fi cea mai mare parte a fricțiunii atunci când mergi pe scări atât în sus, cât și în jos (cel puțin fricțiunea dintre picioare și trepte) ar fi frecare statică , ceea ce înseamnă că transferă doar energia cinetică și potențială între pământ și persoană și nu în căldură? Pe de altă parte, habar n-am dacă există fricțiuni interne în picioare.

Este biomecanică.

Ei bine, este entropică.

Energia potențială gravitațională este cu adevărat o energie de înaltă calitate (cu entropie scăzută). Este foarte ușor să o transformăm într-o muncă aproape arbitrară.

Când coborâm, transformăm energia potențială gravitațională în căldură, îmbibându-o cu oasele și ligamentele noastre elastice. Aceasta este o conversie ușoară, deoarece trecem de la energie de entropie scăzută la energie de entropie ridicată.

Acum, unele lucrări musculare se fac dincolo de simpla absorbție a șocurilor; acest lucru ne ține echilibrați și stăpâni pe măsură ce coborâm.

Urcând, din punct de vedere energetic, nimic nu ne împiedică să ne răcim mușchii, ligamentele și oasele și să-l folosim pentru a susține treptele, generând energie potențială gravitațională. . Dar asta ar încălca legile termodinamicii, și anume transformarea energiei cu entropie ridicată în energie cu entropie redusă.

În schimb, suntem forțați să ne convertim energia chimică stocată – ATP și altele – în energie cinetică, pe care apoi o transformăm în energie potențială gravitațională.

Rezervele noastre de energie ATP (și alte substanțe chimice stocate) sunt epuizate și ne simțim obosiți.

Modul biomecanic în care se realizează acest lucru implică modul în care urcăm și coborâm; probabil ai putea crea o creatură care nu este „foarte eficientă la coborâre și folosește mușchii pe tot parcursul.

Există oameni care merg” pe scări „glisând în jos pe o bară și arde doar energie pentru a genera frecare împotriva balustrada. Acesta este probabil cel mai eficient mod în care cineva poate coborî scările.

În principiu, nu se poate urca la fel de eficient pe cât se poate coborî.

Energia nu este „utilizată , este transferat și convertit. Energia „disponibilă” este energie de înaltă calitate cu entropie scăzută. Niciodată nu „cheltuiți” energie pentru ceva (în afară de crearea masei de odihnă dacă nu vorbiți despre echivalența masă-energie), în schimb convertiți energia cu entropie scăzută într-un amestec de energie cu entropie scăzută de o formă diferită și entropie mai mare -„pierdere” de energie.

• Mușchii tăi exercită mai multă forță atunci când urcă decât descendent:

La coborârea trebuiesc să exercite o forță mai mică decât gravitația pentru a vă controla viteza, în timp ce la urcare, forța pe care o exercită trebuie să fie de cel puțin egal cu greutatea ta, pentru ca tu să urci. Așadar, mușchii dvs. fac mai multă muncă ascendentă decât descendentă, mișcările de obicei nu sunt simetrice .

„este deosebit de adevărat, deoarece forța de frânare (pentru„ cădere ”de la pas la pas, furnizată de pasul„ s forță normală ) nu este o reacție dintr-o forță exercitată de piciorul tău mușchii – poți lovi pășește cu picioarele drepte și lasă energia impactului să se disipeze pasiv prin corpul tău, cheltuind foarte puțină energie în proces, așa cum este explicat în BowOfRed răspuns .

• pierderile naturale de energie vă ajută să mențineți o viteză confortabilă coborând la etaj, în timp ce ” pierderea pe care trebuie să o compensați atunci când urcați la etaj.

• Și, da, există, de asemenea, cu siguranță și câteva aspecte biomecanice în joc. De exemplu, cât de obositor este să coborâți cu mișcarea lentă: coborârea foarte lentă nu este cu atât mai ușoară decât urcarea la aceeași viteză – crește simetria între ambele mișcări.

Comentarii

• Comentariile nu sunt pentru discuții extinse; această conversație a fost mutată în chat .

S-ar putea să fie cazul în care ceea ce am de spus a fost deja spus în alte răspunsuri implicit, dar postez acest răspuns deoarece nu văd un răspuns care este în mod evident similar cu cel pe care îl am în minte .

În timp ce urcă la etaj, sistemul pământ-persoană câștigă energie potențială. Această creștere a energiei potențiale trebuie să provină din energia biochimică a persoanei. Astfel, în timp ce urcă la etaj, persoana trebuie să lucreze cel puțin din cantitatea de creștere a energiei potențiale a sistemului pământ-persoană.

Acum, în timp ce coborâm, sistemul pământ-persoană pierde energie potențială. Astfel, această energie potențială pierdută ar trebui să meargă undeva. primul loc în care merge este în energia cinetică macroscopică a persoanei. Până în prezent, este complet clar că persoana nu cheltuiește niciun ban din energia ei biochimică. Dar, avem nevoie ca persoana să nu câștige nici o energie macroscopică. Deci, ar trebui să redistribuim energia care este eliberată din sistemul pământ-persoană în alte forme. Această redistribuire se face prin forțele normale de reacție dintre picioarele persoana și scările. Ele redistribuie energia în mișcarea vibrațională a treptelor și parțial în mișcarea vibrațională a moleculelor picioarelor persoanei etc. Dar aceasta este doar redistribuirea energiei. Persoana nu trebuie să cheltuiască deloc energia ei biochimică. De fapt, dacă persoana respectivă ar cheltui ceva energie, ar exista o cerință suplimentară de a redistribui această energie consumată suplimentar.

Am ignorat pierderile de ineficiență etc. care se poate presupune în mod rezonabil că sunt aceleași în timp ce urcăm la etaj sau la etaj.

Răspunsul este simplu:

-> Urcarea se face prin munca musculară .

-> Coborârea se face (mai ales) prin absorbirea șocurilor .

Explicarea:

Când urci, cineva își îndoaie genunchii și apoi trebuie să folosească o forță considerabilă (în funcție de greutatea cuiva) pentru a-și îndrepta piciorul și a se ridica la pasul următor.

, caz simplificat), mai întâi, se folosește gravitația pentru a-și îndrepta piciorul și apoi relaxează mușchii din celălalt picior și începe să cadă.Înainte de a obține o viteză de cădere periculoasă (în funcție de înălțimea treptelor) piciorul drept atinge pasul următor și toată energia este disipată de sistemele de absorbție a șocurilor din corp.

Cu alte cuvinte, coborârea este făcută din mici salturi. Eu îl numesc caz ideal, deoarece această configurație are ca rezultat cea mai mică utilizare a puterii musculare pentru a coborî la etaj. Cu toate acestea, în realitate, încă se folosește o anumită energie musculară pentru a-și îndrepta piciorul, menținându-l rigid, etc., care este considerabil mai mică decât energia necesară pentru a te ridica.

Munca realizată este egală cu forța exercitată la distanța deplasată în direcția forței .

Ai dreptate că (la o primă aproximare) forțele exercitate la urcare și coborâre sunt aceleași: în ambele cazuri (din nou, la o primă aproximare) ai corp care se mișcă la viteză constantă – indiferent dacă este în sus sau în jos – supus gravitației, deci trebuie să existe o forță ascendentă care să se potrivească cu forța gravitațională.

Problema este că, atunci când urcă, mușchii (tendoanele, ligamentele, oasele etc – întreaga „mașină” a corpului) exercită o forță descendentă în timp ce se deplasează în sus, deci pierd / consumă energie ; la coborâre, forța este încă în jos, dar acum mișcarea este și în jos, așa că mușchii (etc.) primesc / câștigă energie.

Acum, după cum știți, mușchii nu pot funcționa invers: sunt buni în conversia energiei chimice în energie mecanică , dar nu puteți introduce energie mecanică și puteți recupera energia chimică. Dar asta nu înseamnă că nu pot lua energie: pot și fac asta încălzindu-se.

De asemenea, este adevărat că mușchii necesită energie pentru a funcționa, indiferent dacă fac ceva lucru util sau nu. Dar nu este adevărat că energia necesară pentru ca un mușchi să exercite o forță specifică este constantă: aproximativ, va exista o cheltuială a energiei „irosite” $ W (F) t $ pentru o forță dată într-un anumit timp, plus orice lucrare efectuată de mușchi prin mișcare $ F \ cdot x $. Dacă mușchiul nu se mișcă (gândiți-vă că împingeți un zid de cărămidă), utilizați doar $ W (F) t $; dacă lucrați efectiv (deci mușchiul se mișcă prin contractare) este $ W (F) t + F \ cdot x $. Pierderea va fi probabil similară urcând și coborând scările, dar munca făcută de mușchi nu va.

Comentarii

• Acesta este răspunsul corect. OP este confundat ignorând semnul energiei. Practic OP spune ” în sus sau în jos: aceeași forță, aceeași distanță, deci aceeași muncă „. Dar ar trebui să fie ” aceeași forță, distanță opusă, deci lucrare opusă „.
• Foarte adevărat: când mergi jos trebuie să vărsezi exces de energie ! (Sau, în cuvintele OP ‘ s-ar ajunge ca un punct umed în partea de jos.) Aceasta poate fi o provocare semnificativă, de exemplu când alergau pe o pantă abruptă. Unii supraviețuitori ai dezastrului din Everest din 1996 au alunecat practic pe versanți spre tabără. Nu ar fi putut niciodată să urce în același mod: epuizat.

Pentru exemplul scărilor mă gândeam în termeni de cuplu.

Când doriți să urcați, plasați piciorul îndoit în treapta superioară și apoi luați impulsul de a ridica celălalt picior până la acel palce sau chiar la pasul următor. Când faceți acest lucru, trebuie să compensați cuplul pe care gravitația îl produce pe genunchiul anterior.

Cu toate acestea, atunci când desceind, gravitația ajută acel cuplu pentru a ajunge la treapta inferioară.

Nu știu dacă este corect, dar asta mi-a venit în minte.

Când cobori, tu transferați energia, nu trebuie să furnizați (aproape) nimic. Ce puțină energie trebuie să cheltuiți este cea necesară pentru a gestiona și controla transferul (și coborârea); restul provine din energie potențială gravitațională și va fi transferată ca energie mecanică și / sau disipată ca căldură. Transferul mecanic la nivelul articulațiilor și mușchilor poate duce la traume care pot fi percepute ca fiind înrudite cu oboseala sau oboseala.

Tu ar putea în teorie să recupereze energie atunci când coborâți, dar într-adevăr nu faceți acest lucru. Cel mai bun lucru pe care îl puteți face este să reciclați o anumită energie elastică dintr-un pas pentru a propulsa pasul următor (există mai multe tehnici de coborâre care învață cum să vă deplasați pentru a face acest lucru cât mai grațios, sigur, rapid sau ieftin posibil. Frânarea prin flexare și extinderea cu piciorul superior – acesta din urmă împotriva gravitației – este mai scumpă decât absorbția șocului cu piciorul și piciorul inferior și scăderea de la un pas la altul).

O mulțime de energie se disipează în tălpile pantofilor (încercați să coborâți o scară lungă cu lamele de lemn în loc de pantofi de alergat, cu mușchii picioarelor care trebuie să ridice slăbiciunea), în orice acoperă pași înșiși, în pași înșiși dacă sunt „suficient de elastici, etc.

Deci, în timp ce poți coborî eficient sau nu atât de eficient și te poți obosi și / sau te doare să cobori, energia pe care o cheltuiți coborând nu este decât o fracțiune din ceea ce trebuie să urcați, atunci când trebuie să furnizați că energie potențială gravitațională din propriile depozite de produse chimice.

Dacă ați fi un corp perfect rigid pe scări perfect rigide, cu un amortizor de piston în ambii genunchi, ați cheltui foarte puțină energie pentru a aluneca înainte și a cădea pe pasul următor și apoi ai cădea peste el, amortizoarele absorb absorbția șocului și o disipează sub formă de căldură.

Comentarii

• Energia nu este creată sau distruse.Toate consumurile de energie sunt transfer.

Cred că întrebarea poate fi simplificată întrebând luând în considerare diferența dintre ascendent și descendent parte când faceți genuflexiuni .

Să luăm în considerare mai întâi un model foarte simplu: un arc vertical atârnat de tavan și o masă atârnată de arcul care trage arcul în jos. Când masa coboară, energia potențială pe arc crește. Când masa crește, energia potențială pe arc scade. Asta chiar dacă în ambele cazuri, arcul exercită aceleași forțe. Forța nu funcționează. Produsul punct al forței și al deplasării este munca.

Cu alte cuvinte: Când un arc (sau un mușchi) exercită o forță, nu înseamnă neapărat că face orice lucru. Funcționează asupra unui obiect exterior numai dacă forța mișcă ceva .

Acum, întoarce-te la un mușchi real. La fel ca primăvara din exemplul nostru, un mușchi uman funcționează atunci când se scurtează, iar munca este pozitivă, deoarece forța exercitată de mușchi este în direcția deplasării.

Picioarele tale sunt conectate în așa fel încât, atunci când faci genuflexiuni în sus, poți scurta anumiți mușchi și picioarele să se îndrepte. Deci, așa cum am explicat, atunci când urcă în sus, mușchii lucrează mecanic .

Când coborâți, forța este în aceeași direcție, dar deplasarea este opusă. Prin urmare, când merge în jos, mecanic Se lucrează cu mușchii. Acest lucru ar putea fi greu de înțeles, dar acum vine partea biomedicală: spre deosebire de primăvară, mușchiul uman nu poate stoca energia pe care o câștigă calea și energia se transformă în căldură. În plus, datorită modului în care funcționează efectiv celulele din mușchi, mușchii tensionați trebuie să genereze căldură chiar și atunci când sunt statici sau îndelungători . Acesta este motivul pentru care mersul în jos are nevoie de energie.

Puteți încerca acest lucru acasă. (Ar putea fi mai ușor de observat dacă utilizați o greutate extraordinară cu care nu sunteți obișnuiți, dar nu vă recomand din motive medicale.) Dacă faceți genuflexiuni foarte încet, energia necesară pentru a genera căldură, deoarece motivele biomecanice domină, iar coborârea se simte aproape la fel de grea ca și urcarea. Dacă faceți genuflexiuni foarte repede, energia necesară pentru a genera muncă mecanică domină , iar coborârea se simte mult mai ușor.

Comentarii

• Poate ca votantul descendent să explice motivul?
• Ca cineva care se ghemuit , Cred că acesta este cel mai bun răspuns la întrebare, dar, din cauza naturii biologice a problemei, este posibil ca Physics Stack Exchange să nu fi fost locul cel mai potrivit pentru întrebare.

Există modificări semnificative la postarea ta, așa că trebuie să fac modificări semnificative pentru a le aborda, deoarece întrebarea este interesant.

Haideți să ne concentrăm întrebarea.

Pentru a merge de la punctul A, partea de jos a scărilor până la punctul B, partea de sus a scărilor trebuie să exercităm energie $ mg \ Delta h = mg (B-A) $ pentru a face acest lucru. În alpinism vom converti energia chimică a corpului / mușchilor pentru a face acest lucru. Pentru a coborî, după cum ați observat, nu există nici o cale de a coborî scările fără disipând $ mg (BA) $ energie. Este imposibil din punct de vedere fizic să traduceți o anumită înălțime fără a descărca cel puțin $ mg \ Delta h $ în energie. Întrebarea este, cât din $ mg (BA) $ are nevoie corpul meu de a furniza sub formă de energie chimică?

Spuneți că iau o frânghie și un scripete cu frână pentru a-mi limita rata de coborâre. Fricțiunea dintre frână va disipa cel puțin $ mg \ Delta h = mg (BA) $ în valoare de energie.Transformarea fricțiunii mecanice în căldură.

Spuneți că sari (de pe o stâncă de înălțime egală). Atunci corpul tău va absorbi $ mgh $ și probabil că vei sparge lucrurile sau vei muri.

În cele două exemple de mai sus, puterea ta de energie a fost neglijabilă. Cheia aici este că altceva a disipat energia și a fost necesar pentru ca cel puțin $ mgh $ să fie disipat chiar și la coborâre, unde „gravitația funcționează în favoarea ta.” Lucrul pe care încerc să îl ilustrez este că poți coborî fără a exercita o mare parte din propria ta energie. Deci, cum se întâmplă acest lucru fără un scripete sau fără sărituri?

Energia pe care doriți să o disipa va fi disipată în fiecare etapă prin utilizarea mecanicii corpului dumneavoastră șervețele. O proporție din forța normală exercitată de scări asupra articulațiilor, oaselor, mușchilor, tendoanelor etc … se va comprima și va reveni disipând energia sub formă de căldură. Care corpul tău va radia apoi. Dacă credeți că acest lucru nu este semnificativ, aruncați o cărămidă sau o bucată de lemn și vedeți cât timp ricoșează. Dacă nu continuă să sară pentru totdeauna, atunci înseamnă că energia este disipată de materialul însuși, prin compresie și recuperare. Această energie este disipată de forțele inter-moleculare și atomice.

Analiza originală (modificări prealabile)

Energie (Analiză non-riguroasă)

Urcare

Pentru a urca scările, trebuie furnizat 100% din energia furnizată pentru a urca pe verticală de corpul tău.

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

Descrescător

Pentru a coborî scări, trebuie doar să oferiți o mică urcare verticală (pentru a vă rupe piciorul de frecare) și apoi o cantitate mică de energie pentru a vă pivota piciorul înainte. Gravitația preia de acolo. Să „s presupune tu „pas” 1/100 înălțimea scărilor pentru a iniția un pas descendent, apoi:

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

În mod clar, din mecanica simplificată descrisă mai sus $ E _ {\ text {climb}} > > E _ {\ text {descend}} $.

Desigur, sunt implicate și alte forțe. Îți vei folosi mușchii picioarelor pentru a rezista căderii pe scări, totuși, poți vedea că profiți de energia potențială stocată a înălțimii tale verticale pentru a o folosi pentru a coborî. Analiză)

Pe baza paragrafului de mai sus, putem vedea că „am făcut presupuneri și nu am făcut cu adevărat un model riguros care să țină cont de toți factorii. A fost un simplu experiment mental pentru a demonstra rapid că suntem linia dreaptă de gândire. Prin urmare, o analiză mai bună va analiza întregul sistem, astfel încât legile conservării să fie valabile.

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

Energia netă pentru urcare

Următoarea ecuație a energiei nete a sistemului va arăta mai bine modul în care se raportează energia umană la energia de urcare. Să împărțim modelul în patru părți: energie netă (0 $), energie potențială ($ mgh $) , puterea de energie a omului și orice energie gravitațională ($ E _ {\ te xt {extra}} $) pe care îl putem folosi pentru a ne ajuta.

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

Într-o urcare, $ E_ { \ text {extra}} = 0 $ întrucât nu putem utiliza energia gravitațională pentru a ne ajuta (adică nimic nu ne „împinge” în sus).

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

Energia netă pentru coborâre

În mod clar, în coborâre, putem converti o parte din energia potențială pentru a lucra pentru noi. Putem folosi energia gravitațională pentru a ne ajuta, deoarece ne atrage unde vrem să mergem.

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

Aici, $ E_ {\ text {extra}} \ gt0 $ deoarece o anumită energie gravitațională poate să fie convertită / valorificată pentru a ne ajuta să coborâm.

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

În mod clar, $ (2) \ lt (1) $ deoarece $ E _ {\ text {extra}} \ gt0 $.

Puterea vs Energia

A vorbi despre viteză face cu siguranță schimbă modelul. În primul rând, introducerea vitezei la care coborâți sau urcați scările înseamnă că acum vorbim despre putere care este:

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

Dacă ne reducem timpul de urcare la jumătate, atunci dublăm puterea necesară.

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

Acesta este motivul pentru care alergarea pe scări va fi mai obositoare decât o plimbare pe îndelete.

(Și, interesant, puterea este motivul pentru care veți merge în ciuda dacă încercați să luați o comandă rapidă pe scări foarte înalte. În timp ce $ \ Delta E $ este constant, deoarece $ \ Delta t $ se apropie de zero, veți descoperi că aveți probleme serioase.)

Gândește-te la energie, scările ascendente necesită energie de la tine pentru a te împinge în sus. această energie este stocată în formă de energie potențială. Cu toate acestea, în caz de coborâre, fiecare pas pe care l-ați făcut se referă la transferul energiei potențiale pe scări (nu înapoi în corpul vostru).

În rezumat, pierdeți energie (calorii din alimente) atunci când urcați . Și nu pierdeți (aproape) nimic când coborâți.

Comentarii

• Nu, energia se întoarce în mare parte în corpul vostru când coborâți – doar nu într-o formă utilă (nu ‘ nu devii mai energic, ci doar mai fierbinte!).
• @psmears: în ce formă? nu se întoarce și se depozitează ca energie corporală (calorii). neglijând fricțiunea musculară și alte pierderi, energia se transferă în mare măsură pe pământ (prin forța exercitată pe scări).
• Sub formă de căldură – vă încălziți (marginal). ‘ nu există cu adevărat vreo energie transferată pe Pământ prin forța exercitată pe scări, deoarece transferul de energie = (forța x distanța deplasată în direcția forței) și scările nu ‘ nu te miști cu adevărat.
• Scara se mișcă, doar că este neglijabilă datorită dimensiunii gigantice a pământului în comparație cu corpul nostru. dacă dimensiunea și masa noastră ar fi comparabile, va fi observabil
• transformarea energiei din PE poate fi sub formă de muncă efectuată pe pământ în mișcare, energie a undei de vibrație când intrăm în contact, căldură datorată frecării în timp ce ne deplasăm în jos scara, dar nu înapoi la corp.

A exercita o forță și a vă încorda mușchii este nu același lucru. Chiar dacă vă relaxați complet, va fi nevoie de muncă pentru a vă deplasa șchiopăturile. Această lucrare este exact ceea ce creează forța care vă încetinește jos când „cobori scările.

Desigur, trebuie totuși să-ți strângi mușchii când cobori, pentru a-ți controla traiectoria și viteza. Dar când urci, acea funcție trebuie să se facă în plus față de munca necesară pentru a vă ridica greutatea.

Voi oferi un alt răspuns , deoarece niciunul dintre răspunsurile existente nu pare să abordeze succint eficiența energetică.

Să spunem că mușchii dvs. sunt 25% eficienți. Acest lucru pare a fi lat generos, deoarece ciclismul și canotajul sunt probabil utilizări mai eficiente ale mușchilor în comparație cu mersul pe jos, unde trebuie să depuneți mai mult efort pentru a vă menține echilibrează și absoarbe șocurile.

Deci, urcând un deal, vei cheltui de 4 ori energia urcând cu picioarele ca cantitatea reală de energie potențială pe care o câștigi. Trei părți din aceasta sunt ineficiența de 75%, generând căldură în corpul dvs., iar ultima parte este cea de 25% care intră în energia potențială reală.

Acum, să luăm în considerare coborârea. Dacă mergeți înapoi pe deal, folosiți toți aceiași mușchi și veți face aproximativ aceeași mișcare. M-am plimbat în sus și în jos și în apropierea dealului abrupt ca acesta pentru a confirma acest lucru. Acum mergând pe deal, știm că trebuie să generați cel puțin cantitatea de energie potențială din partea de sus pentru a vă înfășura în partea de jos, fără a crește viteza. Dar asta este toată energia pe care trebuie să o generați pentru o simplă plimbare înapoi pe deal! Toată energia dvs. musculară este specifică scopului de a arunca energie potențială și a o transforma în căldură.

vei lua cel puțin de 4 ori mai multă energie din magazinele corpului tău decât să mergi în jos. Poate fi mai mult, deoarece există modalități prin care puteți disipa energia potențială mai eficient – se numește a fi mai puțin eficient la utilizarea mușchilor! Dacă mușchii dvs. sunt doar 16% eficienți (partea de jos cită în pagina legată) în sus va lua de 6,25 ori mai multă energie. Dacă alunecați o parte din drum în jos, va lua chiar mai puțină energie, deoarece disipați energia ca căldură din frecare și nu în mușchii dvs.

Comentarii

• Ați ratat un punct foarte important despre ineficiența biologică: mușchii ard energie chiar și atunci când nu se lucrează fizic. Arde energie chiar și atunci când se lucrează negativ. Uneori mult (încercând făcând negative la sala de sport!). Nu ‘ nu te uiți la o proporționalitate. Afirmația aici ” veți lua cel puțin 4 ori mai multă energie din magazinele corpului dvs. ‘ decât să mergeți în jos.” este construit pe baza unei neînțelegeri. Că ‘ este problema de bază cu această întrebare: puteți ‘ să înțelegeți situația fără a înțelege mai multă biologie decât învață vreodată majoritatea fizicienilor.
• @dmckee Nu sunt de acord. Numerele de eficiență citate au fost măsurate prin consumul real de oxigen. Acest lucru se va face numai în timpul exercițiului propriu-zis. Da, o parte din această ineficiență se datorează metabolismului de bază, dar ‘ se află în contextul efortului, nu în repaus. Nu suntem ‘ preocupați de fluxurile de energie în afara ferestrei de timp în care se desfășoară lucrarea efectivă.

Simplu. Există „o forță constantă de 1g care te trage în jos.

(da, depinde de distanța față de Pământ etc etc … dar un exemplu simplificat este suficient pentru o explicație)

Deci dacă doriți să urcați la, să spunem jumătate de ag, trebuie să produceți 1,5 g de forță, din care 1 g merge doar pentru a anula atracția gravitațională.

Dacă trebuie să coborâți la aceeași accelerație (jumătate de ag) trebuie să produceți doar jumătate de ag de forță – pentru a anula jumătate de ag de greutate.

Deci, 0,5 g pentru a coborî, 1,5 mergeți pentru a urca.

accelerații (să zicem, 0,1 g, 0,05 g etc.) puteți face calculul.

Comentarii

• Nu ‘ nu cred că ‘ este, vezi punctul A) în editarea mea … dacă aș continua să compensez excesiv g (cu orice cantitate mică) la fiecare pas, aș accelera la nesfârșit .
• ” 1,5 g de forță ” probabil nu ar trebui ‘ să nu fie scris pe physics.stackexchange.
• -1 Coborârea scărilor este mai ușoară decât urcarea chiar și pe o distanță lungă cu viteză constantă (adică fără accelerație).
• g este o unitate de accelerație, nu forță și cu siguranță nu viteză. Dacă ‘ călătoriți cu o viteză constantă, atunci aveți o accelerație de zero g. Va exista o mică accelerație (dar nici pe departe .5) la început și o mică accelerație în cealaltă direcție la sfârșit. Dacă începeți în repaus și terminați în repaus, accelerația dvs. medie trebuie să fie zero.
• Dacă merg în sus sau în jos pe o scară, atunci de cele mai multe ori, eu ‘ De fapt nu accelerează sau nu încetinesc – cel puțin, nu cu mult. Dacă accelerația ar fi provocat epuizarea, nu ar fi mai obositor să urci 50 de trepte decât să urci doar una.