То, что вы делаете десятки тысяч раз в день в течение
всей жизни, должно быть вам прекрасно известно. Так принято думать,
но это далеко не всегда верно. Лучший пример — ходьба и бег. Есть
ли что-нибудь более нам знакомое, чем эти движения? А много ли найдется
людей, которые ясно представляют себе, как, собственно, передвигаем
мы свое тело при ходьбе и беге и в чем разнятся эти два рода движений?
Послушаем же, что говорит о ходьбе и беге физиология [Текст отрывка
заимствован из “Лекций по зоологии” проф. Поля Бера; иллюстрации
прибавлены составителем.]. Для большинства, я уверен, это описание
будет совершенно ново.
Рис. 17. Как человек ходит. Последовательные положения
тела при ходьбе.
“Предположим, что человек стоит на одной ноге, например, на правой.
Вообразим себе, что он приподнимает пятку, наклоняя в то же время
туловище вперед [При этом идущий человек, отталкиваясь от опоры,
оказывает на нее добавочное к весу давление — около 20 кг. Отсюда,
между прочим, следует, что идущий человек сильнее давит на землю,
чем стоящий. Я. П.].
При таком положении перпендикуляр из центра тяжести,
понятно, выйдет из площади основания опоры, и человек должен упасть
вперед. Но едва начинается это падение, как левая нога его, оставшаяся
в воздухе, быстро подвигается вперед и становится на землю впереди
перпендикуляра из центра тяжести, так что последний, т. е. перпендикуляр,
попадает в площадь, образуемую линиями, которыми соединяются точки
опоры обеих ног. Равновесие таким образом восстанавливается; человек
ступил, сделал шаг.
Рис. 18. Графическое изображение движений ног при
ходьбе.
Верхняя линия (А) относится к одной ноге, нижняя
(В) — к другой. Прямые линии отвечают моментам опоры о землю, дуги
— моментам движения ног без опоры. Из графика видно, что в течение
промежутка времени а обе ноги опираются о землю; в течение b — нога
А в воздухе, В продолжает опираться; в течение с — вновь обе ноги
опираются о землю. Чем быстрее ходьба, тем короче становятся промежутки
а, с (ср. с графиком бега, рис. 20). Он может и остановиться в этом
довольно утомительном положении. Но если хочет идти дальше, то наклоняет
свое тело еще более вперед, переносит перпендикуляр из центра тяжести
за пределы площади опоры и в момент угрозы падения снова выдвигает
вперед ногу, но уже не левую, а правую — новый шаг, и т. д. Ходьба
поэтому есть не что иное, как ряд падений вперед, предупреждаемых
вовремя поставленной опорой ноги, остававшейся до того позади
.
Рис. 19. Как человек бежит. Последовательные положения
тела при беге (есть моменты, когда обе ноги находятся без опоры.
Рассмотрим дело несколько ближе. Предположим, что
первый шаг сделан. В этот момент правая нога еще касается земли,
а левая уже ступает на землю.
Рис. 20. Графическое изображение движения ног в
беге (ср. с рис. 18).
Из графика видно, что для бегущего человека существуют
моменты (b, d, f), когда обе ноги витают в воздухе. Этим и отличается
бег от ходьбы.
Но если только шаг не очень короток, правая пятка должна была приподняться,
так как именно это-то приподнимание пятки и позволяет телу наклониться
вперед и нарушить равновесие. Левая нога ступает на землю прежде
всего пяткой. Когда вслед за тем вся подошва ее становится на землю,
правая нога поднимается совершенно на воздух. В то же время левая
нога, несколько согнутая в колене, выпрямляется сокращением трехглавой
бедренной мышцы и становится на мгновение вертикальной. Это позволяет
полусогнутой правой ноге продвинуться вперед, не касаясь земли,
и, следуя за движением тела, поставить на землю свою пятку как раз
вовремя для следующего шага.
Подобный же ряд движений начинается затем для левой
ноги, которая в это время опирается на землю только пальцами и вскоре
должна подняться на воздух.
Бег отличается от ходьбы тем, что нога, стоящая на земле, внезапным
сокращением ее мышц энергично вытягивается и отбрасывает тело вперед,
так что последнее на одно мгновение совсем отделяется от земли.
Затем оно снова падает на землю на другую ногу, которая, пока тело
было на воздухе, быстро передвинулась вперед. Таким образом, бег
состоит из ряда скачков с одной ноги на другую”.
Что касается энергии, затрачиваемой человеком при ходьбе по горизонтальной
дороге, то она не равна кулю, как иные думают: центр тяжести тела
пешехода при каждом шаге поднимается на несколько сантиметров. Можно
рассчитать, что работа при ходьбе по горизонтальному пути составляет
около одной пятнадцатой доли работы поднятия тела пешехода на высоту,
равную пройденному пути [Расчет можно найти в брошюре проф. В. П.
Горячкина “Работа живых двигателей”, 1914.]
КАК НАДО ПРЫГАТЬ ИЗ ДВИЖУЩЕГОСЯ ВАГОНА
Задав кому-нибудь этот вопрос, вы, конечно, получите
ответ: “Вперед, по движению, согласно закону инерции”. Попросите,
однако, объяснить подробнее, причем тут закон инерции. Можно предсказать,
что при этом произойдет: ваш собеседник начнет уверенно доказывать
свою мысль; но если не перебивать его, он скоро сам остановится
в недоумении: выйдет, что именно вследствие инерции надо прыгать
как раз наоборот — назад, против движения!
И в самом деле, закон инерции играет здесь роль второстепенную,
— главная причина совсем другая. И если эту главную причину забыть,
то мы действительно придем к выводу, что надо прыгать назад, а никак
не вперед.
Пусть вам необходимо выпрыгнуть на ходу. Что произойдет при этом? Когда мы прыгаем из двигающегося вагона, то тело наше, отделившись
от вагона, обладает скоростью вагона (оно движется по инерции) и
стремится двигаться вперед. Делая прыжок вперед, мы, конечно, не
только не уничтожаем этой скорости, но, наоборот, еще увеличиваем
ее.
Отсюда следует, что надо было бы прыгать назад, а вовсе не вперед,
по направлению движения вагона. Ведь при прыжке назад скорость,
сообщаемая прыжком, отнимается от скорости, с которой наше тело
движется по инерции; вследствие этого, коснувшись земли, тело наше
с меньшей силой будет стремиться опрокинуться.
Однако если уж и приходится прыгать из движущегося экипажа, то все
прыгают вперед, по движению. Это действительно лучший способ и настолько
проверенный, что мы настойчиво предостерегаем читателей от попыток
проверить неудобство прыганья назад с движущегося экипажа.
Так в чем же дело? В неверности объяснения, в его недоговоренности. Будем ли прыгать
вперед, будем ли прыгать назад, — в том и другом случае нам грозит
опасность упасть, так как верхняя часть туловища будет еще двигаться,
когда ноги, коснувшись земли, остановятся [Можно объяснить падение
в этом случае также и с иной точки зрения (см. об этом “Занимательную
механику”, гл. III, статью: “Когда горизонтальная линия не горизонтальна?”).].
Скорость этого движения при прыжке вперед даже больше, чем при прыжке
назад. Но существенно важно то, что вперед падать гораздо безопаснее,
чем падать назад. В первом случае мы привычным движением выставляем
ногу вперед (а при большой скорости вагона — пробегаем несколько
шагов) и тем предупреждаем падение. Это движение привычно, так как
мы всю жизнь совершаем его при ходьбе: ведь с точки зрения механики,
как мы узнали из предыдущей статьи, ходьба есть не что иное, как
ряд падений нашего тела вперед, предупреждаемых выставлением ноги.
При падении же назад нет этого спасительного движения ног, и оттого
здесь опасность гораздо больше. Наконец, важно и то, что когда мы
даже в самом деле упадем вперед, то, выставив руки, расшибемся не
так, как при падении на спину.
Итак, причина того, что безопаснее прыгать из вагона вперед, кроется
не столько в законе инерции, сколько в нас самих. Ясно, что для
предметов неживых правило это неприменимо: бутылка, брошенная из
вагона вперед, скорее может разбиться при падении, нежели брошенная
в обратном направлении. Поэтому, если вам придется почему-либо прыгать
из вагона, выбросив предварительно свой багаж, следует кидать багаж
назад, самим же прыгать вперед.
Люди опытные — кондукторы трамвая, контролеры — часто поступают
так: прыгают назад, обратившись спиной по направлению прыжка. Этим
достигается двоякая выгода: уменьшается скорость, приобретенная
нашим телом по инерции, и, кроме того, предупреждается опасность
падения на спину, так как прыгающий обращен передней стороной тела
по направлению возможного падения.
Страницы из книги «Занимательная физика», авт. Я.И. Перельман
Глава 2. Книга 1
Тяжесть, вес, рычаг, давление
Встаньте
Ходьба и бег
Как надо прыгать
Поймать пулю
Арбуз-бомба
На платформе весов
Где вещи тяжелее
Вес тела при падении
Из пушки на Луну
Путешествие на Луну
Верно взвесить на неверных весах
Сильнее самого себя
Почему предметы колючи
Наподобие Левиафана
Читаем дальше:
Глава 1. Книга 1. Скорость, сложение движений
Глава 2. Книга 1. Тяжесть, вес, рычаг, давление
Глава 3. Книга 1. Сопротивление среды
Глава 4. Книга 1. Вращение и вечные двигатели
Глава 5. Книга 1. Свойства газов и жидкостей
Глава 6. Книга 1. Тепловые явления
Глава 7. Книга 1. Лучи света
Глава 8. Книга 1. Отражение и преломление света
Глава 9. Книга 1. Зрение одним и двумя глазами
Глава 10. Книга 1. Звук и слух
Глава 7. Книга 2. Тепловые явления
