人行走時的摩擦力情況你知道多少？

人行走時的摩擦力情況你知道多少？

曾見到不少習題書提到「某人勻速前進」的內容，初時並未留意，但是細究起來卻發現問題不少，本文就從這裡說起。

1.人到底能不能勻速前進？

我們知道，勻速運動的條件是物體完全不受力的作用或者受到的是平衡力的作用。假如人能夠做勻速運動，那麼人必定受到了平衡力的作用。為方便分析，現假設某人正在平直道路上行走，豎直方向的受力無疑是平衡力，那這個人沿水平方向呢，是否能受到平衡力作用？恐怕不能。因為，一般來說，人走路的時候，大部分時間是兩隻腳底交替和地面接觸，兩隻腳底同時和地面接觸的時間不長，而一個接觸面上只有可能產生一個摩擦力，因此大部分時候人所受的水平方向的作用力只有一個，不可能是平衡力。人也就不可能勻速前進了。

2.人行走時所受摩擦力究竟是什麼方向？

既然人不能勻速前進，那麼人就是在變速運動了，但是是怎樣變速運動的，還要從人行走時所受的摩擦力說起。

人起動時，一般提起左腳，同時右腳對地向後用力，相對地面有向後的運動趨勢，人就受到地面的向前的靜摩擦力，也就向前加速運動。那麼人是不是總是這樣受力呢？也不是。可以設想一下，假如人總是這樣受力，那速度豈不是越來越快，快得比汽車火車都快，這當然是不可能的。

人從發出抬腿的神經指令到運動肌肉開始運動，再到腿抬起後在人的前方放下，是需要一定的時間的。如果人在低速慢行，那麼放下去的那一隻腳相對於地面的運動方向就可以是任意的，即可以是相對地面向前運動，可以相對於地面向後運動，也可以是相對於地面靜止。不過，一般情況下總是相對於地面靜上或者相對於地面向前運動。如果人的速度已經夠快了，例如以5m/s的速度奔跑，那麼跨出去的那一隻腳落地的時候必定相對於地面向前運動，因為沒有足夠的時間讓人以大於5m/s的速度跨出腳並在落地前用力使腳相對於地面的速度迅速變為零甚至變為向後的速度，那已經超出人的肌肉運動所能產生的加速度了。所以，一般情況下，伸到人前方的那一隻腳落地時就不受地面的摩擦力或者受到的地面的摩擦力是向後的滑動摩擦力。

一般情況下，在人的前腳落地之後，總是由後腳用力向後蹬獲得向前的靜摩擦力，而前腳並不用力向後蹬，人在潛意識裡總是要勞逸結合。隨著人的重心前移，前腳所受正壓力增大，導致腳底和地面之間的最大靜摩擦力也增大，滑動摩擦力迅速轉變為向後的靜摩擦力。當後腳提起來之後，前腳已經處於人質心的下方，這時候才會用力向後蹬獲得繼續前進的摩擦力。接下來就是重複前面的過程。

所以，人走路的時候，既不是持續地加速，也並非持續地減速，而是加速和減速交替出現。加速使得人能夠向前運動，而減速能使人得到充裕的時候準備下一個動作，不至於跌倒，也能使人勞逸結合，從而能夠長時間地向前運動。這裡很有一番哲學道理。

3.人行走時究竟是什麼力在做功？

很多人以為，既然人行走會受到地面的摩擦力，而且摩擦力的方向恰好和人的行走方向在同一條直線上，那麼人之所以會獲得動能當然就是因為摩擦力對人做功了。

然而，這是一個顯而易見的錯誤。我們知道，做功要求有力有位移，但是人的腳底得到摩擦力的時候，力的作用面卻並沒有位移，人抬起腳來向前移動的時候沒有了摩擦力，所以人之所以會獲得動能並不是摩擦力對人做功。那麼是什麼力在做功使得人獲得動能呢？我們看到肌肉收縮時對身體部位作用了力，同時肌腱處即肌力的作用點發生位移引起腿腳運動，所以應該是人自身的肌肉對人做功。這裡對應的功能關係是，人自身的生物能通過肌肉做功轉化成為人的機械能。

行進中的人總是在不自覺地根據不同時間的不同需要在自身能力範圍內尋求最快的運動和最長久的運動的不同的平衡。

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