Когда человек тянет или толкает тележку, почему его телу выгодно наклоняться вперед?

Он добавляет горизонтальную составляющую к вертикальной силе, создаваемой вашими ногами.

Когда вы стоите прямо, сила, создаваемая вашими ногами, направлена ​​вверх и вниз. Ваши ноги созданы для того, чтобы противодействовать весу вашего тела и позволять вам стоять вот так, поэтому они довольно сильны в противодействии этой силе.

Когда вы наклоняетесь вот так, каждый шаг, который вы делаете, восстанавливает вашу наклонную версию стоячего прямого положения, и это позволяет вам приложить эту силу стояния, которую ваши ноги прилагают в горизонтальном направлении — на каждом из этих изображений вы можете видеть человека с одной ногой выпрямленной назад, а другой согнутой перед ней; в завершении каждого шага вы можете считать, что они стоят с обеими ногами прямо назад на короткое время, прежде чем они переместят следующую ногу.

Вероятно, самый простой способ проанализировать это с точки зрения баланса крутящего момента.

Итак, вы уже знаете, что твердое тело, имеющее постоянный импульс, это постоянство требует, чтобы сумма всех внешних сил равнялась нулю: это баланс сил. (Его иногда путают с третьим законом Ньютона; третий закон Ньютона здесь просто говорит: «Не нужно учитывать все силы, только внешние. Внутренние силы компенсируют друг друга».)

Ну, то же самое можно сказать о любой сохраняющейся величине, это не обязательно должен быть импульс. Если моя раковина немного забита и в моей раковине постоянный уровень воды, сохранение массы воды будет гарантировать, что если уровень воды не меняется, то вода, поступающая из крана, в равной степени уравновешивается водой, выходящей из крана. , либо путем испарения, либо путем скольжения по засору. Имеется состояние водного баланса. Все эти балансы называются условиями «динамического равновесия».

Сохраняющаяся величина, которая имеет значение в случае крутящего момента, называется угловым моментом, крутящий момент — это свойство силы, которая может передавать угловой момент, и если мы заметим, что человек сохраняет постоянную ориентацию, то мы можем сделать вывод, что он находится в состоянии крутящего момента. баланс.

Как только вы научитесь смотреть здесь, остальная часть анализа будет очень простой. Силы примерно сопоставимы: горизонтальная составляющая силы на ноги всегда направлена ​​вперед при ходьбе вперед и должна обеспечивать также горизонтальную составляющую силы на тележку. Таким образом, сила реакции тележки на человека направлена ​​назад, сила на ноги направлена ​​вперед, и они примерно одинаковой величины. Крутящий момент говорит, что мы должны умножить на плечо рычага, то есть на расстояние примерно от пупка этого человека, где его пересекает линия силы. Проблема в том, что сила, действующая на ступни, настолько велика, насколько это возможно, в то время как если я хватаюсь за что-то руками примерно на уровне талии, это происходит настолько близко к моему центру масс, насколько это возможно.

Наклон вперед позволяет человеку использовать гравитацию для противодействия крутящему моменту.

Речь идет об ускорении.

Вам не нужно тянуть груз за собой. Вы видите это, когда хотите значительно ускориться ¹ и не упасть.

Если вы не ускоряетесь, вы не должны наклоняться (иначе вы упадете). В конце достаточно длинной гонки вы будете ехать так быстро, как только сможете. Так что больше не разгоняюсь. Нет больше наклона. ²

Когда вы двигаетесь по кривой, вы ускоряетесь к центру кривой. Чтобы не упасть, вы наклоняетесь в поворот.

Если вы не ускоряетесь, вам не нужно наклоняться. Вы можете двигаться так быстро, как вам нравится. Пока ваша скорость не меняется, нет ускорения и, следовательно, нет наклона.

Вы можете доказать это себе, балансируя палкой на руке. Пусть он наклоняется в любом направлении, и чтобы вернуть его в равновесие, вам придется ускорить его в направлении наклона.

Сделайте это в движущемся поезде или летящем самолете, и вы обнаружите, что палка ведет себя точно так же. Если вы не испытываете турбулентность (которая также является ускорением), джойстик будет вести себя так же, как когда вы стояли на месте.

Но сделайте это в космосе, и наклон больше не будет иметь значения. Это потому, что вам нужна гравитация, чтобы склонение имело какое-либо значение. Это притяжение дает вам потенциальную энергию, которую вы можете превратить в горизонтальную кинетическую энергию при падении. Когда вы опираетесь на ускорение, вы используете его, чтобы сохранять равновесие.

Следует понимать, что наклоны не добавляют непрерывный источник энергии. Скорее это позволяет вашим ногам работать как вертикально, так и горизонтально. Вертикально вы теряете и восстанавливаете потенциальную энергию, когда ваши ноги работают. Наклон превращает эту энергию в ускорение вперед. В горизонтальном положении ваши ноги просто толкают вас вперед. То, что они не могут сделать, если вы стоите прямо. По крайней мере, не выходя из-под вас.

Вы можете почувствовать, что наклон кажется более выраженным с тяжелой тележкой. Для этого есть веская причина. Тележка добавляет массу, которую вы не можете опереться. Таким образом, вы должны наклоняться больше и дольше, чтобы достичь той же скорости. Это потому, что добавленная масса добавляет инерцию. Вот почему наклон во время ускорения тяжелой тележки выглядит гораздо более драматично. Даже когда земля ровная. С добавленной массой вы можете наклоняться дальше и иметь больше времени до окончания ускорения.

Вы не хотите, чтобы ваше тело вращалось.

Сила прямого трения стремится повернуть ваше тело назад.

Вы наклоняете свой центр масс вперед, так что нормальная сила создает уравновешивающий крутящий момент, который стремится повернуть ваше тело вперед. Два крутящих момента компенсируются, и ваше тело находится в вращательном равновесии.

Это похоже на то, почему, когда вы тянете что-то с помощью веревки по земле, оно никогда не может быть вертикальным. Он должен иметь горизонтальную составляющую для приложения горизонтальной силы.

Это не совсем так с жесткими структурами, такими как ноги, но это похоже на то, что это снижает изгибающие нагрузки на кости ног и крутящие моменты на колени и бедра. Это эффективно уменьшает плечо рычага, образованное нашими ногами, между бедрами и ступнями, что увеличивает силу, которую можно приложить. Колесо (круглый рычаг) является примером того, где это не происходит: прямой рычаг, который давит параллельно земле, будучи перпендикулярным ей.

Если вы посчитаете внутренние силы на костях ног и силу/крутящий момент в суставах, вы обнаружите различия. То, что вы сейчас делаете, похоже на вычисление силы на краю большого и малого колеса и невозможность найти разницу. Разница заключается в крутящем моменте на валу.

Объяснить это проще простого.

Используя ваши схемы:

Вы пытаетесь переместить тележку влево или вправо, а не вверх или вниз.

Таким образом ............. вы должны нажать влево или вправо.

Это так просто.