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  • 1 # 四重奏6028217

    造成“用同樣的力,腳踏車的速度遠比人快”的主要原因是能量的分配和使用不同:

    首先從人體的姿態來分析,人在站立時,兩隻腳要承受全身的重量,為了保證身體不發生癱軟,從頭到腳的所有關節都要緊張工作,否則人體就會轟然倒下。這些關節所消耗的能量從腳到頭應該是依次遞減的。人騎到腳踏車上情況就不同了,站立時的高耗能部位(從腳到跨骨的所有關節和肌肉)都被解脫出來,基本不再消耗多少能量,支撐人體重量的工作由腳踏車代勞了。

    再從行進狀態來看,人的兩隻腳要承載一百多斤的重量向前行走,人在站立時形成的、人體各部位受力的平衡狀況,隨著腳步的邁出而不斷的被破壞,這需要大腦去調動全身的所有關節和肌肉都去不斷的創造新的平衡。這裡很重要的一點就是,這個工作是在承載一百多斤重量的情況下完成的,因此要消耗很多能量。這也是行走比站立要累的原因。

    從腳踏車行進狀態來看,主要克服的是滾動摩擦力。那麼這個“滾動摩擦力”到底有多大呢?我們看一個例項就能理解了。以前電視有過報導,一個大力士可以用自身的力量拖動幾十噸的飛機前行,但要把重量加到這個大力士身上,既使是半噸恐怕也是寸步難行的。這就是說把同樣的力用在承載重量和推動車輪前行上,會呈現幾十至幾百倍的差異。

    現在再回到腳踏車上,由於人體上半自處於前面所講的相對靜止的、低耗能的坐姿狀態,因此可以把節省的能量轉移到腿上,再加上兩條腿拿出等同於行走時所付出的能量,疊加在一起,都用在腳踏車的腳登上,透過飛輪、鏈條和車輪去驅動二百斤左右的腳踏車,這當然是綽綽有餘的。於是這些多餘的能量就用在了速度上。

    另外還有一個因素就是對慣性的利用上。腳踏車是直線行駛,慣性可以被很好的利用,只要克服滾動摩擦力就可以了。而人的行走是有波動的,這會使慣性被大量消耗掉。即使在帶有慣性的情況下,為連續完成行走動作,人體各部位同樣要做一糸列極為複雜的動作,同樣需要消耗很多能量。這就形成了題目所講的“用同樣的力,腳踏車的速度遠比人快”的現象。需要指出的是,腳踏車的優勢僅僅體現在能很好利用滾動摩擦糸數低的特點,而面對風阻、上坡時的重力和鬆軟沙地的阻力時,其優勢就要大打折扣了,有時甚至還不如兩條腿。

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