搬着重物一动不动,并不做功,为什么还会累?
人作为一种生命体,在运动的时候会消耗能量,而随着运动强度和时间的增加,能量供给跟不上,人就会感到疲累。
从物理学上来讲,能量的转化与转移是通过做功的方式来实现的。那么什么是做功呢?当我们对一个物体施加一个力,并且让这个物体在力的方向上发生移动,那么便是对物体做功。现在问题又来了,当一个人搬着重物一动不动,或者在平坦的道路上前行,表面上看,他并没有做功,可为什么还会感觉到累呢?
我最早开始思考这个问题的时候是在高一,当时正值秋季运动会,按照老师的指示,我们几个人去学校外面买了两箱水,千里迢迢地搬到了看台下面,在这里我们碰上了我们的物理老师,他从我们的手中接过了水,搬上了十几级台阶的看台。然后他笑看我们几个汗流浃背的家伙说:“这水算我搬回来的,因为只有我做功了,你们虽然走得远,但没有做功”,看着我们几个懵在原地的家伙,他又补了一句:“想明白了,我请全班吃冰棍”。和预想的一样,冰棍反正是没有吃上。
既然没有使物体沿着力的方向发生移动,也就是没有做功,为什么还会感到累呢?
现在的我终于弄明白了这个问题,遗憾的是已经没有地方去换冰棍了。当人搬着重物的时候,表面上看起来是一动不动,没有做功,但实际上有两个力作用在了手中的重物上。
第一个力来自于我们脚下的地球,它对重物施加了一个万有引力,方向是向下的,此时如果我们放手,那么重物会坠落到地上,于是引力便会对这个物体做功。第二个力就是我们对重物施加的一个向上的力,如果没有万有引力的存在,那么这个力会促使重物向上移动,于是我们便会对这个物体做功。
之所以表面上看起来没有任何力对物体做功,是因为我们施加的向上的力和地球的万有引力相互抵消了,也就是说此时的合力为零。
在合力为零的情况下,没有任何力对物体实现做功,但却有两个力作用于物体之上,而人对物体施加的力是需要消耗能量的,所以人自然会感到疲累。而在人搬着重物移动的时候,虽然向上的力没有对重物做功,但存在着另外一个向前移动的力对重物做了功,可见我们当时被物理老师绕懵了,实际上我们不仅出了力,而且还做了功。
现在我们还可以回过头来深入剖析一下这个问题,当我们搬着重物一动不动的时候,我们真的就没有对这个物体做功吗?其实并不是。
当一个人搬着一个重物一动不动的时候,没有做功只是一个表面的现象,本质上其实是做功的。
想一想,我们为什么能够搬着这个物体呢?是因为我们对这个物体施加了力。那么我们又是如何对这个物体施加力的呢?是通过我们的肌肉系统。那么我们的肌肉系统又是如何来施加力的呢?是通过运动。我们的肌肉是由两种不同的肌丝所组成的,一个是由肌球蛋白构成的粗肌丝,另一个则是由肌动蛋白构成的细肌丝。
在没有发力,也就是肌肉松弛的情况之下,由肌球蛋白构成的粗肌丝和由肌动蛋白构成的细肌丝是相互分离的,而一旦我们开始发力,两股肌丝就会合并在一起,此时我们就会感觉到肌肉的收缩。而肌肉的收缩本质上是肌丝运动的结果,具体一点来说就是细肌丝在粗肌丝上滑动。
我们用力的大小本质上就取决于细肌丝在粗肌丝上的滑动速度,滑动的速度越快,输出的力量就越大。
那么细肌丝为什么能够滑动呢?那么细肌丝为什么会滑动呢?是由于粗肌丝上的“横桥”拨动所导致的,也就是说横桥拨动的速度越快,细肌丝滑动的速度就越快,输出的力就越大。
当我们搬着重物的时候,表面上看起来一动不动,没有做功,但实际上我们对重物施加了一个向上的力,而为了施加这个力,我们手臂粗肌丝上的横桥一直在快速拨动细肌丝,换一种说法就是横桥一直在对细肌丝做功。所以说当一个人搬着重物一动不动的时候,表面上看起来没有做功,但身体内部却是在不停的做功。如果你的物理老师也向你提出类似的问题,记得和他要冰棍。