При какой поверхностной гравитации космонавты больше не могут делать полные шаги?

Краткий ответ:
вы перейдете к бегу с комфортной скоростью ходьбы на Земле, а на движение потребуется примерно половина энергии, которую оно тратит на Земле ( Источник 1 ). Это не учитывает эффект от ношения гигантского ограничивающего костюма.

Объяснение:
Представьте, что вы идете так, будто вы переключаетесь между опорными точками (ногами) и используете их как перевернутый маятник. Поставьте одну ногу перед собой, она падает вниз, затем касается земли и толкает вас вверх. Как только вы оказываетесь прямо над этой ногой, вы снова начинаете падать, но перед тем, как приземлиться лицом, вы выставляете другую ногу, и цикл повторяется. Когда вы идете, ваш центр масс движется как бы подпрыгивая. Изображение из источника 1.

Из этой идеи мы можем вывести число ходьбы Фруда ( ссылка в Википедии ), которое представляет собой центростремительную силу, необходимую для удержания «маятника» на земле, деленную на силу, доступную от веса человека: , ((m*v^2)/l)/(mg)где mмасса, vпоступательная скорость, и lдлина ноги. Это уравнение упрощается до: v^2/(gl). Значение этого числа больше 1,0 означает, что центр масс (человек) начнет уплывать в космос, когда ступня отрывается от земли.

Теперь оказывается, что определенные значения числа Фруда указывают на переходы движения — от ходьбы к бегу, от бега к спринтерскому бегу и т. д. — и верхняя граница ходьбы соответствует числу Фруда около 0,5 (Источник 2 ) . Это означает, что мы можем рассчитать скорость, при которой ходьба предпочтительнее бега, исходя из местной гравитации. Выбрав длину ноги 1,0 м, скорость пешеходного перехода на земле должна быть около 1,9 м/с, а при 0,38 g она будет около 1,0 м/с. Поскольку у вас было все меньше и меньше гравитации, скорость, с которой вы переходили к бегу/«прыжкам», становилась все медленнее и медленнее.

Это не идеальная модель, и оказывается, что при более низких уровнях гравитации такие эффекты, как размахивание руками, могут привести к большей «прижимной силе», доступной для удержания ваших ног на месте, чем показывает число Фруда, поэтому переход при 0,38 g будет на самом деле происходит при скорости около 1,25 м/с ( Источник 2 ), а при очень низких уровнях гравитации переход фактически происходит при числе Фруда больше 1,0. Источник 2 подвергается более глубокому анализу, если вам это интересно.

Источник 1. Передвижение человека в условиях гипогравитации: от фундаментальных исследований к клиническим применениям; Лакванити и др.; Границы физиологии 2017; PMCID: PMC5682019"

Источник 2. Влияние пониженной гравитации на предпочтительную скорость перехода «ходьба-бег»; Крам и др.; Журнал экспериментальной биологии, 1997; JEB0645