人走路静摩擦力是不是做功

2016-11-01 18:30:00 作者:采采(网友上传) 分类 : 科普

  如果问:人行走时地面对人的摩擦力是否做功?许多人一定会说:这还用问,一定做功,否则人的动能从哪儿来;人的动能真是通过摩擦力做功获得的吗?

  让我们从物理学中功的定义入手来分析这个问题,普通物理学告诉我们:力对物体做的功与力和力的作用点的位移有关,显然在人走路的过程中,受摩擦力作用的脚掌在受摩擦力时位置没有变化,因此力的作用点就没有位移,所以摩擦力对人是不做功的。

  为什么会有许多人认为“人行走时地面对人的摩擦力做功”呢?原因是在分析这个问题时,常把人当作质点模型来处理的;质点模型是我们为了研究问题的方便,而提出的一种理想化的模型,物体能否当作指点看待,要具体问题具体分析;当我们研究人行走时摩擦力是否做功的问题时,由于力的功与力的作用点的位移有关,而摩擦力的作用点在人的两个脚掌上,并且行走时摩擦力和其作用点是变化的,所以这里是不能把整个人当作质点看待的。那么如何解释人走路时能量的变化呢?这里应从能量守恒的观点来分析;能量守恒是自然界的普适规律,行走时人的肌肉间的内力作功,使人体内的生物能转化为人体的动能和其他形式的能。

  通过上述分析可知,看似简单的问题,其实并不简单;它告诫我们:在分析问题时,不能仅停留在问题的表面现象,而应深入分析,由表及里,才能揭示现象的本质。

  类似的情况:人由一楼匀速走到五楼,地面对人的支持力是否做功?是什么形式的能转化为人的重力势能?

  从做功的角度来看,不能把人看作一个质点处理,对脚局部处理,地面对脚底有支持力时,脚没有发生位移,脚腾空向上运动时,支持力消失,故支持力不做功。那人的重力势能从哪儿来的呢?从质点组的动能定理角度来看,人所受外力和身体各部分之间内力做功之和等于人的动能增量,即内力做功与重力做功之和为零,这说明人的身体各部分之间的内力做正功,从功和能的关系角度,如果地面的支持力做功,则地面必然给人提供能量,事实上地面不可能给人提供能量,因此地面不可能对人做功。事实上是肌肉收缩做功,也就是人的内力做功从而把人体内的化学能转化机械能和内能(人体五分之四的热能来自肌肉收缩),即人的重力势能是通过消耗人体的生物能来转化来的。

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