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日志

走路看图之N岸N地智力挑战(5)

热度 1已有 6073 次阅读2015-4-28 01:10 |个人分类:科普|系统分类:原创散文| 小朋友, 摩擦力, 力学, 数学, 网站

请注意:此题不是物理问题,不需要任何物理知识,纯粹是看图说话。

在《科普:摩擦力与走路力学总结(4)》文中,我引用下面这张图:

现在问题出来了, 这张图说的啥呢? 图是一种直观的、视觉化的描述,比数学方程好看懂多了。这个图是讲走路的,而人类直立行走至少已经达到百万年量级,按理说是不需要多解释的。但是新语丝网站的某些人看不懂,所以我只好拨冗详细解释一下。


先看图的说明以及横轴与纵轴:

1. 图标题:  地面反作用力: 正常步法 ;

2. 图横轴:  步法周期百分比 (横轴值从0到100)

3. 图纵轴:力(单位:牛顿/公斤)


标题不用再解释了。横轴这个百分比却是需要稍微思考一下。


横轴步法周期百分比详解 (横轴值从0到100)


首先什么叫步法的一个周期?当一只脚回复到初始状态时,一个周期完成。


一个步法周期是一步还是两步?两步。一步是某只脚向前迈出,只有当另外一只脚再迈出一步时,这脚才复原。所以,一个周期是两只脚分别迈进一步。


图中步法周期从什么时候开始算?我们看看图上原点处有文字 Heel-strike ,意思是脚跟触地。可见这个图中步法周期是从一只脚的脚跟着地开始。


这时候读者脑子里应该出现一副一个人走路的图像了 --- 一脚跟着地。但人是两脚走路的,读者脑子里还得想象一下另一只脚在做什么,以及人体的身体姿态。


摩擦力曲线详解


图中有两条曲线,下面那条曲线标题是“Friction Force" 也就是摩擦力。因此,这条曲线是我们感兴趣的走路时脚与地面的摩擦力。让我们来个详细的看图说话。


首先我们注意到一个事情,从步法周期的60%左右开始,这条曲线的值是零。为什么? 显然,这是这只脚已经离地的阶段,摩擦力当然是零。


聪明的读者马上要问了,人走路是两脚交替进行,为什么一脚离地时间的比例是 (100 - 62 )% 而不是 50% 呢? 这个问题的答案对后面的问题很有帮助。


现在我们看看这个摩擦力在脚着地时是怎么变化的。从图中看出,脚后跟着地之后不久,摩擦力很快达到了最大值,然后开始减小,直到为零,然后摩擦力方向改变,从零开始达到一个最大值,然后迅速减小,当脚尖离地时,摩擦力为0,然后一直为0。我们上面知道,后面从 62 到100%是脚完全离地的阶段。问题是,前面这些点对应于什么状态?特别是,摩擦力在什么状态最大?

要回到上面这两个问题,需要想象一下另外一只脚在做什么。走路时当一脚脚跟着地时,另外一只脚当然是处于脚踏实地的状态。因此,上图显示的是,当另一脚踏在地上,图描述的这只脚后跟着地后不久,摩擦力达到最大值。图中显示在步法周期的8%附近,摩擦力达到最大;后来在50%附近又达到最大。




现在又出现了一个问题:如图显示摩擦力达到最大的时候 (步伐周期的8% 与 50%),另外那只脚又是什么状态? 是仍然在地上,还是已经离地?


这个题目就作为N岸N地各位直立行走者的智力挑战好了。这比折腾小学算术益智题更有意义。解决这个问题顶多需要小学算术(可能都不要算术)。但新语丝鸡师傅目前已经挑战失败。翰山网“山代王”更是一团浆糊


看N岸N地谁能完全根据上面那张图给出答案与理由。


如果两天内无人能解,我会公布答案。

PS: 突然想起,鸡两条腿行走的时间更长,没有道理说鸡脑袋能解释走路的规律。特此补充。 

gaitcycle2.JPG

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发表评论 评论 (5 个评论)

回复 MingHao 2015-4-28 02:25
咱不是物理博士还真看不懂               
嫉妒物理脑子            
物理往往是最难学的功课,到了高中,原来学业拔尖的女生都栽在物理上。特别羡慕女生懂物理的。平日不说话都不知道他们叫什么名字的几个男生突然成了物理老师的红人!

如何从小让小孩子培养力,速度,电磁,分子。。。那些概念?这样长大学物理就不那么‘天书’了

一旦人学透了物理,从那个角度理解世界,就真的不一样.
回复 岳东晓 2015-4-28 02:27
MingHao: 咱不是物理博士还真看不懂                           
嫉妒物理人   
不要把问题想复杂了。这与物理没有任何关系。仅仅是走路的步骤与曲线描述对应。

就是有张图,描述了走路过程中摩擦力的变化,但这张图没有配上小人图显示人体状态,只有走路步骤的百分比,显然图作者认为他没有必要配上小人图。

现在问题仅仅是:图中各点对应是双脚着地还是单脚着地。图中从62%到100% 显然是这只脚离地的时候,问题是当这只脚在地上的时候(图中0-62%),另外一只脚处于什么状态(什么时候是着地的,什么时候是离地的)。
回复 MingHao 2015-4-28 02:38
岳东晓: 不要把问题想复杂了。这与物理没有任何关系。仅仅是走路的步骤与曲线描述对应。

就是有张图,描述了走路过程中摩擦力的变化,但这张图没有配上小人图显示人体状 ...
我这非物理博士,看见‘力’这个字眼,吓得扭头就逃跑
回复 岳东晓 2015-4-28 02:42
MingHao: 我这非物理博士,看见‘力’这个字眼,吓得扭头就逃跑
说到力啊什么,只是背景。这个问题完全可以去掉上面那两条力的曲线,而只是问,图中什么时候是双脚着地。
回复 岳东晓 2015-4-28 04:15
MingHao: 如何从小让小孩子培养力,速度,电磁,分子。。。那些概念?.
我觉得学物理的关键是学会简化问题,把看似复杂的问题变成简单问题。

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