跑步时,马尾辫为什么会左右摆,而不是前后摆

作者: Mirror

来源: 把科学带回家

发布日期: 2019-09-12

本文探讨了跑步时马尾辫左右摆动的原因,解释了其背后的物理原理,并提到了悬浮背包的设计以减轻背包晃动的问题。

跑步时,马尾辫为什么会左右摆,而不是前后摆?这个问题不仅是喜欢盯着女孩儿身后看的男孩儿们感兴趣,一位喜欢研究各种好玩儿问题的数学家——约瑟夫·凯勒也十分感兴趣,并且因为这项研究获得了2012年搞笑诺贝尔奖中的物理奖。

凯勒表示,要理解这个问题,你还得懂点天体物理学。因为天文学家乔治·希尔从月球运行规律中得出的方程(Hill's equation),正是解决这个问题的关键。

为了便于理解,我们可以把马尾辫想象成一个钟摆,而马尾辫所连接的头部及身体就相当于钟摆的支撑架。我们知道每个物体都有自己的固有频率,马尾辫也不例外。马尾辫的一般长度在25厘米左右,它的固有频率约为1.4个运动周期每秒。普通人慢跑时的速度约为140~160步每分钟,由此产生的身体摆动频率大概是2.5次每秒。

根据希尔提出的方程,如果钟摆与它的支撑物的频率之比为1:2,那么钟摆的侧向运动幅度就会被大大增加。而马尾辫固有频率和身体摆动频率之比就接近这一数值,因此在慢跑时由交叉移动的四肢所产生的小幅侧向运动趋势,在马尾辫那里就会被放大。

快速前行时,不仅只是马尾辫会左右摆动,有时背包也会跟着晃动给身体增加负担。为了改善背包晃动的问题,有公司设计出了一款悬浮背包。这种背包后面安装了滑轨,与背带相连。当我们背着背包运动时,背带会一起上下摆动,但是由于滑轨的存在,背包本身的晃动就得到了缓冲,从而减轻给身体带来的额外压力。

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