Lépjen lelkesen a Tudományért
A sétáló energiát takarít meg, amikor a lábak lengetése kihasználja a gravitáció előnyeit.
Mondd apa, még mindig messze van? „Fogd be és járj!”. Így a kapzsi gyerekek gyalogolást fájdalmas és unalmas tevékenységként érzékelik. Ez a számunkra természetesnek tűnő mozgás nem a csecsemők számára szól, akik elsajátítják a készségeket: ennek az imént felzárkózott egyensúlyvesztésnek az elsajátításához hónapokig tartó edzésre van szükség. A gyermekek idősebb korában természetesebben járnak, a mozgás szabályossága hasonló az ingához. Mechanikájának elemzésével jobban meg fogjuk érteni az inga, a „természetes”, energiatakarékos lépés érdeklődését.
A láb hasonlít egy merev rúdra, amely a csípő körül forog. A gravitáció egyedüli hatása alatt ez az inga lengi a saját periódusát, az oda-vissza út megtételéhez szükséges időt, a hossz négyzetgyökével arányos periódust. Galilei megfigyelte ezt az izokróniának nevezett jelenséget, pontosan az inga kis rezgéseire.
Mint a gravitáció által vezérelt legtöbb jelenség esetében, a láb tömege sem érintett (ha a súrlódást elhanyagoljuk). Valójában a mozgási energia változása (1/2mv 2, ahol m a tömeg és v a sebesség) megegyezik a potenciális energiaéval (mgh, g a gravitáció gyorsulása és h, amelynek az inga emelkedik) nyugalmi helyzetéhez viszonyítva), így az m tömeg megszűnik.
Egy 90 centiméteres láb ingadozásának ideje körülbelül 1,6 másodperc. Ha félperiódusonként, azaz 0,8 másodpercenként egy lépés sebességgel járunk, akkor a gravitáció megengedi a láb mozgásához szükséges munka nagy részét, ami a leggazdaságosabbnak tűnik. Ha a tényleges járási ütemet nehezebb meghatározni, mert ez sok tényezőtől függ (a láb formájától, az ízületek mozgásától, a talajjal való érintkezés idejétől), akkor könnyű meggyőzni magunkat arról, hogy a lábaink az ingás félperiódushoz közeli kadenciát vesznek fel.
Mennyire gyors a sétáló? A lépés a hosszának és a megtételéhez szükséges idő hányadosa (v = a/T). A lépés hossza, amely nyilvánvalóan a láb hosszától, vagyis a járó magasságától függ, a láb hosszának és a söpört szög amplitúdójának szorzata. Így Brobdingnag egyik lakosának lépései, a 20 méter feletti óriások, amelyekkel Gulliver utazás közben találkozott, 9 méter körüli, az ember átlagos lépésének tizenkétszerese (0,75 méter). Mivel a lengési periódus a lábhossz négyzetgyökének függvényében változik, a sebesség arányos a lábméret négyzetgyökével.
A magas embereknek ezért nagyobb a természetes járási sebességük. A gyermekek mindennap tapasztalják: fele akkora, mint egy felnőtt, 1,4-szer lassabban járnak. Egy másik példa: egy légy másodpercenként körülbelül 10 centiméterrel mozog a földön. Óránkénti 5 kilométeres sebességgel gyalogolva 1,4 másodpercet teszünk meg egy másodperc alatt, 14-szer többet, mint a légy. Járásunk ugyanolyan lenne, mint egy légy, ha a tényleges magasságunk 1/200-ai lennénk, vagy körülbelül 0,9 centiméter. Megjegyzendő, hogy a lábak vagy a lábak száma nem érintett: a "százlábú" nem mozdulna gyorsabban, ha csak négy lába lenne.