摘 要：有不少人討論人走路時與地面間的摩擦力，但不是很詳細。本文則在人能不能勻速前進和人行走時所受的摩擦力方向以及什么力做功這三個方面從人的運動機理來詳細討論這一問題。

關(guān)鍵詞：摩擦力；方向；人走路

中圖分類號：G633.7 文獻標識碼：A文章編號：1003-6148(2008)3(X)-0044-2

曾見到不少習題書提到“某人勻速前進”的內(nèi)容，初時并未留意，但是細究起來卻發(fā)現(xiàn)問題不少，本文就從這里說起。

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，那么人必定受到了平衡力的作用。為方便分析，現(xiàn)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，大部分時間是兩只腳底交替和地面接觸，兩只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(chǎn)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么方向？

既然人不能勻速前進，那么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 ，同時右腳對地向后用力，相對地面有向后的運動趨勢，人就受到地面的向前的靜摩擦力，也就向前加速運動。那么人是不是總是這樣受力呢？也不是?？梢栽O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(fā)出抬腿的神經(jīng)指令到運動肌肉開始運動，再到腿抬起后在人的前方放下，是需要一定的時間的。如果人在低速慢行，那么放下去的那一只腳相對于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，可以相對于地面向后運動，也可以是相對于地面靜止。不過，一般情況下總是相對于地面靜上或者相對于地面向前運動。如果人的速度已經(jīng)夠快了，例如以5m/s的速度奔跑，那么跨出去的那一只腳落地的時候必定相對于地面向前運動，因為沒有足夠的時間讓人以大于5m/s的速度跨出腳并在落地前用力使腳相對于地面的速度迅速變?yōu)榱闵踔磷優(yōu)橄蚝蟮乃俣龋且呀?jīng)超出人的肌肉運動所能產(chǎn)生的加速度了。所以，一般情況下，伸到人前方的那一只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后的滑動摩擦力。

一般情況下，在人的前腳落地之后，總是由后腳用力向后蹬獲得向前的靜摩擦力，而前腳并不用力向后蹬，人在潛意識里總是要勞逸結(jié)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(zhuǎn)變?yōu)橄蚝蟮撵o摩擦力。當后腳提起來之后，前腳已經(jīng)處于人質(zhì)心的下方，這時候才會用力向后蹬獲得繼續(xù)前進的摩擦力。接下來就是重復前面的過程。

所以，人走路的時候，既不是持續(xù)地加速，也并非持續(xù)地減速，而是加速和減速交替出現(xiàn)。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，不至于跌倒，也能使人勞逸結(jié)合，從而能夠長時間地向前運動。這里很有一番哲學道理。

3 人行走時究竟是什么力在做功？

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，那么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，力的作用面卻并沒有位移，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并不是摩擦力對人做功。那么是什么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(fā)生位移引起腿腳運動，所以應該是人自身的肌肉對人做功。這里對應的功能關(guān)系是，人自身的生物能通過肌肉做功轉(zhuǎn)化成為人的機械能。像這種自身的其他形式的能通過做功轉(zhuǎn)化為自身的機械能的情況還有很多很多。例如，子彈被激發(fā)，大部分的化學能通過壓力極大的熱氣推動子彈做功轉(zhuǎn)化為子彈的機械能。動物的運動無一不是將自身的生物能轉(zhuǎn)化為自身的機械能。人如果需要獲得比轉(zhuǎn)化自身生物能獲得的機械能更大的機械能，就只能借助于轉(zhuǎn)化人自身生物能以外的其他形式的能了，例如乘坐火車、飛機，例如從山頂乘雪橇滑下來。

行進中的人總是在不自覺地根據(jù)不同時間的不同需要在自身能力范圍內(nèi)尋求最快的運動和最長久的運動的不同的平衡。

參考文獻：

［1］全日制普通高級中學教科書（試驗修訂本·必修）人民教育出版社

［2］《人體運動科學研究進展》北京體育大學

［3］《骨骼肌肉》（第二版）河南科學技術(shù)