文档介绍：生活中的力学
为毛人们走路的时候要甩手呢?
为了身体平衡?
A simple question
一个简单的问题
这个回答
似乎和没说一个样
……
角动量与角动量定理
为了讲清楚这个问题,
我们引入角动量的概念。
当然,只能是简化版。
不明觉厉啊
角动量与角动量定理
对于一个质量为 m 质点,以任意一条直线作为参考轴,设被研究的质点到这条轴的距离为 r ,如果质点 垂直于 r 方向 的速度为 v ,那么这个质点(相对于这条参考轴)的角动量则为 L = rmv 。
m
r
v
L = rmv
物体的角动量变化率等于它所受的外力矩(大家应该记得力矩是什么吧,就是 r 乘以垂直于 r 方向的力)。
因此,倘若系统没有外力矩作用,那么角动量守恒。
选取过人的质心与地面垂直的直线作为参考轴。
右脚踩在地上而左脚往前迈时,左脚一个相对于轴向前的速度,而右脚有一个相对轴向后的速度。
假设我们的手不甩的话,它们对身体总角动量就没有影响,于是身体有了一个绕参考轴顺时针旋转的角动量。
根据角动量定理,角动量只要发生改变,就必须有力矩作用在系统上。
因此,脚底必须给身体一个让其逆时针旋转的力矩,这是走路时身体受到外力矩的唯一方式。
人在匀速走路时,我们把Ta所受的合力近似当成为 0 。因此这个力矩就必须是由一对等大、反向的力产生,而这个力就需要由脚底板和地面有个相对的旋转运动才能产生。
如果不甩手,脚底板就要承受很别扭的转着搓地的运动。一般来说人们在走路时是不会选择后者的。
当我们认可了脚底不会去转着搓地之后,人的身体整个就没有外力矩了,进而有角动量守恒并且等于零。
当两腿让身体有顺时针旋转时,双手就必须让整体再有个逆时针旋转,即哪边的腿往前迈,哪边的手就必须往后甩,这样才能让整体角动量保持为零,这就是人走路时习惯甩手的原因。
角动量是如何影响走路的呢
涨姿势了!
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最后来一张xkcd的漫画
Thank You !