简单计算秒速4米的人跑步推进效率
人的形状,大腿0.5米,小腿连脚0.6米,体重75千克,其中腿占体重的45%,单腿16.875千克,小腿连脚算一部分和大腿各占腿重一半。
跑步前进速度4米每秒,也就是不到15公里时速的速度,这个放在当过一般步兵那也只是一个连及格都不算的标准(只要不是草莓兵,各军事强国步兵负重25公斤越野可以这个时速跑5公里,还有体力不休息继续作其它运动)。
跑步是自然迈腿姿态,且假设人跑步过程上身水平运动是匀速的,也就是前迈腿大小腿夹角自然弯曲,多数人这个自然屈膝角度约30度,这里就取15度吧。后腿蹬直。整个迈步没有腾跃离地,一般人胯张角在120度左右,取120度。那么不难算出步长取整是2米,迈到最大步长得时候胯高是0.4米。这是第一步。
将第一步各力做功分解为水平方向做功,这是推进做功。垂直方向做功,这是重力损耗。前腿迈出,这是迈腿损耗。
先求出各物理量:自然屈膝迈出得腿转动惯量20.049 m^2*kg.4米秒速迈出腿得平均转速:4 rad/s.
那么推进平均能量为465J——由后腿用力蹬和重力形成合力推进上身和前腿一同前进的产生推进功率。
重力损耗由后腿受重力做功旋转产生,这个部分损耗为99.225J。
前迈腿迈开然后落地完成第一步,前迈腿的转动能对于推进不做功在前腿落地的时候和地面摩擦制动损耗掉,这个部分损耗是160.392J。
所以算得了以秒速4米跑步,一个腿长1.1米的正常体态成年人推进效率约是64.17%。
结合null84计算,可以看跑步越快效率越低。这里不考虑风阻。
这秒速也没有什么严谨论证,就是来源于生活:去年下半年的时候,我住的小区办了个业主运动会。我参加了1000米的跑步赛,我所在这组是中年组了,要求跑进4分20秒才过及格线拿鼓励奖。我是最后一个够资格拿鼓励奖金的人,成绩就是4分11秒。比我跑的快的人一大把。我看其他组那些跑的快的就是大约这样的步态:120度甚至更大的胯角,基本是没有腾跃离地步子。我在的组第一名是三分二十秒跑完也是一名老退伍兵。比我还慢的就两人,一个人穿着一身豪华跑步衣看上去像是专业跑鞋,跑得一跳一跳地就是那种腾跃步,结果可能是在800米就累岔气了退出比赛,另一个是起步就摔倒了,我算是这一组最后一名了。
人的形状,大腿0.5米,小腿连脚0.6米,体重75千克,其中腿占体重的45%,单腿16.875千克,小腿连脚算一部分和大腿各占腿重一半。
跑步前进速度4米每秒,也就是不到15公里时速的速度,这个放在当过一般步兵那也只是一个连及格都不算的标准(只要不是草莓兵,各军事强国步兵负重25公斤越野可以这个时速跑5公里,还有体力不休息继续作其它运动)。
跑步是自然迈腿姿态,且假设人跑步过程上身水平运动是匀速的,也就是前迈腿大小腿夹角自然弯曲,多数人这个自然屈膝角度约30度,这里就取15度吧。后腿蹬直。整个迈步没有腾跃离地,一般人胯张角在120度左右,取120度。那么不难算出步长取整是2米,迈到最大步长得时候胯高是0.4米。这是第一步。
将第一步各力做功分解为水平方向做功,这是推进做功。垂直方向做功,这是重力损耗。前腿迈出,这是迈腿损耗。
先求出各物理量:自然屈膝迈出得腿转动惯量20.049 m^2*kg.4米秒速迈出腿得平均转速:4 rad/s.
那么推进平均能量为465J——由后腿用力蹬和重力形成合力推进上身和前腿一同前进的产生推进功率。
重力损耗由后腿受重力做功旋转产生,这个部分损耗为99.225J。
前迈腿迈开然后落地完成第一步,前迈腿的转动能对于推进不做功在前腿落地的时候和地面摩擦制动损耗掉,这个部分损耗是160.392J。
所以算得了以秒速4米跑步,一个腿长1.1米的正常体态成年人推进效率约是64.17%。
结合null84计算,可以看跑步越快效率越低。这里不考虑风阻。
这秒速也没有什么严谨论证,就是来源于生活:去年下半年的时候,我住的小区办了个业主运动会。我参加了1000米的跑步赛,我所在这组是中年组了,要求跑进4分20秒才过及格线拿鼓励奖。我是最后一个够资格拿鼓励奖金的人,成绩就是4分11秒。比我跑的快的人一大把。我看其他组那些跑的快的就是大约这样的步态:120度甚至更大的胯角,基本是没有腾跃离地步子。我在的组第一名是三分二十秒跑完也是一名老退伍兵。比我还慢的就两人,一个人穿着一身豪华跑步衣看上去像是专业跑鞋,跑得一跳一跳地就是那种腾跃步,结果可能是在800米就累岔气了退出比赛,另一个是起步就摔倒了,我算是这一组最后一名了。