Mergeți cu entuziasm pentru Știință
Walkerul economisește energie atunci când leagăn picioarele profită de acțiunea gravitației.
Spune tată, este încă departe? „Taci și mergi!”. Astfel lacomi, copiii percep mersul pe jos ca pe o activitate dureroasă și plictisitoare. Această mișcare, care ni se pare firească, nu este așa pentru bebelușii care dobândesc abilitățile: stăpânirea acestei pierderi de echilibru care tocmai a fost prinsă necesită luni de antrenament. Pe măsură ce copiii cresc, merg mai natural, cu o regularitate a mișcării similară cu cea a unui pendul. Printr-o analiză a mecanicii sale, vom înțelege mai bine interesul unui pendul, „natural”, pas eficient energetic.
Piciorul este similar cu o tijă rigidă care pivotează în jurul șoldului. Sub singurul efect al gravitației, acest pendul oscilează cu propria perioadă, timpul necesar pentru a face o călătorie dus-întors, o perioadă proporțională cu rădăcina pătrată a lungimii. Galileo observase acest fenomen, numit izocronie, exact pentru micile oscilații ale pendulului.
La fel ca în majoritatea fenomenelor guvernate de gravitație, masa piciorului nu este implicată (dacă este neglijată fricțiunea). Într-adevăr, variația energiei cinetice (1/2mv 2, unde m este masa și v viteza) este egală cu cea a energiei potențiale (mgh, g fiind accelerația gravitației și h înălțimea căreia pendulul se ridică în raport cu poziția sa în repaus), astfel încât masa m este eliminată.
Un picior de 90 de centimetri are o perioadă de oscilație a pendulului de aproximativ 1,6 secunde. Mergând cu un pas la fiecare jumătate de perioadă, adică 0,8 secunde, gravitației i se permite să facă cea mai mare parte a muncii necesare mișcării piciorului, care pare a fi cea mai economică. Dacă ritmul real al mersului este mai greu de definit, deoarece depinde de mulți factori (forma piciorului, mișcarea articulațiilor, timpul de contact cu solul), este ușor să ne convingem că influența naturală a picioarele noastre adoptă o cadență apropiată de jumătatea pendulară.
Cât de rapid este un mers? Este coeficientul lungimii a pasului și a timpului necesar pentru al face (v = a/T). Lungimea pasului, care depinde în mod evident de lungimea piciorului, adică de înălțimea mersului, este produsul lungimii piciorului și a amplitudinii unghiului pe care îl mătură. Astfel, pasul unui locuitor din Brobdingnag, giganții de peste 20 de metri înălțime întâlniți de Gulliver în călătoriile sale, măsoară în jur de 9 metri, de aproximativ douăsprezece ori pasul mediu al unui om (0,75 metri). Deoarece perioada de oscilare variază ca rădăcină pătrată a lungimii piciorului, viteza este proporțională cu rădăcina pătrată a dimensiunii piciorului.
Persoanele înalte au, prin urmare, o viteză de mers naturală mai mare. Copiii o experimentează în fiecare zi: jumătate din mărimea unui adult, merg de 1,4 ori mai încet. Un alt exemplu: o muscă se mișcă pe sol cu aproximativ 10 centimetri pe secundă. Mergând cu 5 kilometri pe oră, parcurgem 1,4 metri într-o secundă, de 14 ori mai mult decât musca. Mersul nostru ar fi la fel ca o muscă dacă am fi 1/200 din înălțimea noastră reală, sau aproximativ 0,9 centimetri. Rețineți în treacăt că nu este implicat numărul de picioare sau picioare: „centipedul” nu s-ar mișca mai repede dacă ar avea doar patru picioare.