Материал к уроку

Как и почему мы ходим именно так?

Многие, путешествуя по Африке и Азии, бывают поражены, увидев женщин, несущих на голове огромные грузы. Нередко вес поклажи достигает 70% веса носильщицы. Нередко водружают такой груз ей на голову двое, да и то еле-еле. Известно, что показателем энергетических затрат человека может служить скорость потребления им кислорода, при этом 1 л израсходованного кислорода соответствует энергии, равной 20,1 кДж. В опытах на добровольцах было установлено, что при обычном способе ношения груза (за спиной) потребление кислорода растёт пропорционально увеличению ноши: груз, равный 50% веса носильщика, увеличивает на 50% его энергетические затраты. Такая же зависимость отмечалась, и когда не поготовленных к этому добровольцев просили переносить груз на голове.

Каково же было удивление учёных, когда они обнаружили, что африканские женщины при переноске 50%-ного груза на голове увеличивают потребление кислорода лишь на 30%! Почему это происходит?

Ответить на этот вопрос помогли наблюдения. Обычная для тех мест картина: женщина возвращается домой с наполненным до краёв ведром на голове. Как это ни удивительно, но вода не расплёскивается по дороге. А это значит, что при движении отсутствует (или почти отсутствует) вертикальный компонент ускорения! Следовательно, и центр тяжести африканской женщины вместе с грузом не делает движений в вертикальном направлении.

Известно, что при обычной ходьбе высота центра тяжести претерпевает заметные колебания, периодически поднимаясь и опускаясь на несколько сантиметров. Естественно, что на такие никому не нужные колебания центра тяжести мы вынуждены затрачивать значительную энергию. Поэтому такой (обычный для нас) способ ходьбы можно сравнить с ездой начинающего автолюбителя, который, пытаясь сохранить по­стоянную среднюю скорость движения, попеременно нажимает то на педаль газа, то на тормоз, расходуя в результате гораздо больше топлива. В отличие от этого у многих жителей стран Азии и Африки выработалась такая походка, при которой они удерживают свой центр тяжести на постоянной высоте, что значительно уменьшает их энергетические затраты при ходьбе.

Для тех, кто ходит обычным образом, учёные придумали специальное устройство, которое преобразует часть энергии наших вертикальных перемещений в электрическую энергию. Это устройство легко помещается в небольшой рюкзак и представляет собой электрогенератор, который начинает работать, когда его трясут с небольшой частотой вверх-вниз, вверх-вниз. При обычной ходьбе мощность такого генератора составляет около 7 Вт, что вполне достаточно, например, для подзарядки мобильного телефона.

Почему женщины виляют бёдрами? На фото показаны положения шагающей вперёд женщины, соответствующие трём различным фазам ходьбы. Делая шаг вперёд правой ногой (а), женщина сначала приподнимает своё правое бедро, перенося вес тела на левую ногу. В середине шага, когда обе ноги вертикальны (б), бёдра выравниваются. И, наконец, когда она шагает вперёд левой ногой, приподнимается её левое бедро (в).

Смотря на рисунок слева, легко догадаться, что центр масс, расположенный в нижней части туловища, чуть пониже пупка, при ходьбе движется по дуге окружности, радиус которой можно считать равным длине ноги. Вертикальные колебания бёдер должны быть пропорциональны длине ног и длине шага. Однако у женщин «виляние бёдрами» гораздо больше, чем у мужчин. Сравним «средние» скелеты мужчины и женщины. Отрезками показано расстояние между местами соединения больших берцовых костей ног с костями таза. Видно, что у женщин этот отрезок гораздо длиннее: около 20 см в среднем, а мужчин на 3–4 см меньше.

Очевидно, что чем больше расстояние между бёдрами, тем больше их «виляние». На нижнем рисунке изображено положения костей таза человека, который стоит ровно (слева) и делает вперёд шаг левой ногой (справа). Таким образом, женщины вынуждены вилять бёдрами, т.к. их ширина гораздо больше. Всё остальное о способности женщин «вилять» бёдрами отношения к физике не имеет.