本帖最后由 敞开心扉 于 2012-4-21 10:18 编辑
不再更新了，到此为止。没有专门看过运动力学和人体构造相关的知识，这些天我会专门看看相关的知识，尽量有点科学的理性认识。虽然能用物理上的力学知识，比如能量守恒和转化、功、力等知识解释一些上下山等简单的运动状态，但是总觉得有些牵强，专门看看相关的知识再说吧。 长久以来，我自己爬山之所以会更加关注这些东西，就是为了让自己更加安全的上山，而且知道怎么样利用身体更有效率，方便自己节省体力。
刚刚石头的回复，忽然让我想起了，自己爬山时经常会遵循的一些习惯其实也是长久以来不自觉的会用数学物理等简单方法来分析运动的结果。因为从小喜欢理科尤其是数学物理，因此包括运动在内的分析是很自然的事情，其实自己这方面从接触过的运动科学，完全是一种自我认知的分析，所以出入较大，以下仅供参考。
首先我们把人简单化，看成一个集中于重心的一个点，此时怎么移动最省力？把坡底的起点和坡顶的终点按照中间坡面的垂直切面连线一般会是一条曲线，暂且把它称为坡度线。我的理解是重力点运动轨迹近似于坡度线的话是最省力的，此时重力连接线大致和坡度线（即坡顶与坡顶的连接线）平行，相同能量消耗下，有用功与额外功的比值最大。其次再按照人的运动轨迹来分析，因为人的行走是个两支点多杠杆运动，去除多杠杆化繁为简单独分析两支点的运动，如果把第一次换步瞬间的重心点记为h1相邻的第二次换步重心点记为h2，依次的h3、h4……。如果依次把这些重心点包括换步之间的重心点连续的连接出来，会是一个连续的曲线。如果每一步的重心移动无限小的话，这个曲线将会非常接近与坡度线。在这里可以看作是一个极限求和的问题，求的是路径的最小值。
关于登山杖效用，这次详细做次分析。坡度不同登山杖的效用也有所区别。先来分析下有用功于无用功。如果坡度是九十度，我们要移动到十米高度一点，垂直于重力线位移到该点此时所做的有用功最大，无用功为零。如果我们以非垂直的角度位移到该点必然会在水平方向做无用功。其实就是要说明，坡度为九十度时，登山杖有用功所提升的势能才是实际上我们所期望的。怎么样才会效率最大化呢，此时就要登山杖平行与重力垂直线（其实登山杖越接近与身体重力线重合）此时效率最大化。当坡度为水平面时候，我们需要的有用功主要是要转化为水平方向的动能，这就要求我们尽量把登山杖平行与水平方向效率才最大化。不过在现实中，垂直方向和水平方向是不可能做到完全垂直或者水平下压登山杖的，那是没有支点的。不过这种分析也适合于零到九十度之间的角度。角度越大，登山杖的最佳角度是，大体垂直于重力线而向前进的方向有稍稍倾斜。随着坡度逐渐减小，登山杖倾斜度逐减小动能的转化会逐渐增多。之所以会说登山杖主要是想说人的双腿其实也可以看成两根交替行进的登山杖。支撑脚与重心点的连线便是此“登山杖”的连线，因此，腿脚的行走这种更加复杂的“登山杖”也会遵循一些登山杖的力学原理。譬如轻功高强的草上飞，为什么会如猫般身体前倾，也是与登山杖行进原理有异曲同工之处，其身体重心点与支撑脚，完全可以看成一个前行的登山杖。速度越快重心越加前倾，不过正常情况下，大多数人是没有支撑这个速度的体能和腿部肌肉能力。人的行进方式毕竟比较复杂，不可能完全等同于一个登山杖。人主要还是靠脚掌对地面所产生的摩擦力前行，而登山杖可以直接嵌入地面借用地面的支持力。我们只有行进在沙地，或者雪地或者下坡路段才会借用到一部分支持力作为动力。无论是人、动物还是登山杖，要是行走于水泥路面（下坡除外），就只能借助摩擦力了。
当物体在水平方向上前进时，支持力于物体重力平衡，摩擦力即前进的动力。当然人是不可能不提升势能就平移的，必然会在垂直方向做一些看似无用的无用功，这主要是辅助水平位移的。当我们垂直方向抬升幅度过大，必然会多做一些对走路无用的无用功。尽量在平路行走时候能把垂直位移控制在不影响换步的最小幅度内。要想效率最大化，贴地跨步似乎是最佳选择。一个好的行走者走的越快，身体重心点的移动连线将会更加接近平行与水平方向。
当物体静止于斜坡时，静摩擦力、重力、支持力三者平衡。当物体沿着斜坡向上位移时候合力即与动摩擦力的方向重合，我们做功所产生的能量一部分用于转换成势能一部分转换成动能。行走于斜坡上，动摩擦力静摩擦力同向，行走于石阶上时候，摩擦力静摩擦力为零动摩擦力水平。石阶上的摩擦系数也要比斜坡上大。
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发表于 2012-4-19 23:58:41
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有图解嘛。太深奥了。
发表于 2012-4-20 00:02:39
楼主
