走路時一步跨多長才最省功(即在同樣路程總做功最小)?

時間 2021-06-01 16:43:00

1樓:紅日照小池

如果是真空中的球型腿,那我不得不告訴你我不會計算。

如果是考慮各種地形,氣溫,耗散等盡可能多的因素。

那麼答案是你的自然步幅。

這是大自然用進化演算法算了幾億年算出來的結果。

2樓:杜帥

有意思的問題。

我們把人簡化一下,變成乙個質量為 的小球,腿長是 ,兩根腿前後移動,使人向前走,同時重心發生垂直方向的位置,克服重力做功。

人的步長是 ,兩腿併攏時重心最高,兩腿分開時重心最低,兩者之間的高度差就是 。

假設路程總長為 ,那麼走的步數 。

人每走一步就要克服重力做功 ,所以總功就是

如果我們畫一下這個W-θ曲線,就可以很明顯看出 越小 就越小,也就是說如果不邁步,站在平衡車上過去,重心就不會上下移動,就不用做功了,這顯然是不對的。

現實情況是,如果我們用小碎步走路,其實是很累的,因為每次邁出腿,我們都需要輕微把腿抬起來,而非在地上摩擦,這個過程並不會隨著步幅的減小而減小。

所以我們把模型修正一下,假設腿的質量是 ,而 變為人除去腿以後的質量,每次抬腿的高度是 ,那麼總功應該改為

我們簡單假設乙個人是60kg,那麼 , ,腿長 ,總路程 ,抬腿高度我不確定能否準確反映問題,所以我們按 和 分別算一下,然後畫一下總功 和步幅 之間的關係:

從圖中可以看出,總功隨步幅的增加,先減少,後增加。小碎步比大跨步還要累,步幅在20-30cm左右的時候,是最省功的,而且步幅20cm以上增加的時候影響並不大。所以說我們平時散步走路的步幅就是很省功的。

這個計算進行的很多簡化,帶入的數值也是我隨便定的,所以最後的步幅可能並不很準確,但這個曲線還是可以說明問題的本質的,整體趨勢應該沒有問題。

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