走路為何要揮舞手臂？

走路為何要揮舞手臂？

最佳答案:

　　行走的基本過程已被公眾所了解。每走一步，我們都會以那條相對固定的直立腿為支點，另一條腿向前跨出一步，整個行走過程猶如鐘擺搖晃那樣，身體亦跟著上下移動。行走所需的能量被減到最低，因為在行走的過程中，不斷進行著動能和重力勢能的轉化：開始邁開一步的時候，身體先往上提升，此時腳步減速，完成了前半步，而後，身體又下沉，此時腳步加速，一步才算完整地完成了。在腳步與地面發生碰擦的時候，有一小部分能量不可避免地會以熱量以及聲音的形式流失，但基本上說來，我們還是可以確保行走過程的連續進行，只需要腳稍稍推離地面，行走就可以自如地進行。 　　關手臂什麼事呢？如此看來，揮動手臂不是白白地消耗能量嗎？美國密歇根大學醫用工程力學系的Steven Collins和他的同事曾提出了這個問題(就在離今不久的2009年)。他們輕而易舉地提出了兩種假設。一種假設是這樣的，手臂的揮舞有助於減少行走過程中人體重心垂直方向的移動，進而減小腳尖處的動力作用。另一種假設是，手臂的揮動可以幫助抑制腿部的慣性作用，以防身體在垂直軸方向上產生力矩。 　　要想檢驗上述兩種假設的准確性，就要用到我在本文開頭部分提出的那三種行走方式：手臂自然地揮動；手臂保持固定不動，阻止其前後擺動；同手同腳地行走。Collins團隊的研究人員對十個對象的行走過程進行了拍攝，並同時測算了每一種行走方式的耗氧量，還有為此特別設計的，安裝在地板下方的三維測力板系統(force plates)則可用來測量在腳尖處產生的動力作用。這套系統通過使用電子變形測量器來測量各個維度下產生的瞬間作用力，並能捕捉到身體在垂直軸方向上發生偏轉的時刻。 三維測力板 　　對耗氧量的測試結果顯示，行走時不揮動手臂要比正常行走自然地揮動手臂多消耗10%的能量，而同手同腳地行走則要多消耗26%的能量。下一步輪到解釋其中的原因了。對行走過程的拍攝沒有顯示出三種行走方式下身體和腿部運動的任何差異，但測力板記錄的數據則顯示，當三種行走方式中受力一致時，不揮動手臂行走時在身體慣性軸方向上產生的力矩是正常行走時的兩倍大，而同手同腳行走則將產生三倍大的力矩。因此很明顯，走路時揮動手臂可以降低產生的力矩，並可抵消腿部的慣性作用力，從而減少行走過程中消耗的能量和膝蓋處受到的扭轉力。