人站在原地手提一桶水,理論上未做功,為什麼人還有能量消耗?

雲想衣裳1964


這個問題問一個文盲,他會當你是傻子。只有學習了初中物理動能方程而又沒有完全理解的人才會問出這樣的問題。典型的讀書讀傻了。

人體結構是一個複雜柔軟的動力傳導系統,各個肌肉群是發動機和彈簧,骨骼是傳動裝置,皮肉是緩衝墊,人不可能像死物一樣完全不動,即使是射擊冠軍一樣,瞄準的時候槍依然在微微顫動,這種顫動只要向下,你就要相應的微微上提恢復高度,就是在反覆的小幅度做功。


murphy839


人站在原地手提一桶水,理論上未做功,為什麼人還有能量消耗?

這個問題很簡單,從下面兩個方向回答。

01

人對水桶的確未曾做功

我們都知道做功的定義,W=Fs,其中F為使用的力,s為這個力移動的距離。

那麼,人站在原地,提著一桶水不動,F不等於0,但是s等於0。因此,W必然等於0。

所以,人對水桶是沒有做功的。


同樣的情景還有:
  • 我們擔著水桶向前走;(F和s垂直,所以在F的方向上,位移s為0,因此W為0)

  • 我們揹著一個書包站在地面上,甚至我們揹著書包向前走;(同理)

  • 將自己吊在單槓上

  • 平板支撐

  • 舉起槓鈴不動

等等

這些都是人體姿勢保持固定,不對外做功的情景。

02

人對自己做了功

人對外物沒有做功,不代表人體沒消耗能量——因為,人對自己做了功。

我們知道,人體可以對外施力是由於肌肉收縮造成的。(注意,肌肉幾乎只能收縮產生力)所以,當我們對外施力時,人體的部分肌肉就會收縮,處於緊繃狀態,不然就會在力的作用下被拉的很長。

當然,如果力太大了,肌肉就會被“抻壞”,造成肌肉拉傷。

維持肌肉的收縮狀態,是需要能量的。

這種能量來源於一種稱為腺嘌呤核苷三磷酸(ATP adenosine triphosphate的物質,也就是我們俗稱的ATP。

ATP是由腺嘌呤、核糖和3個磷酸基團連接而成,水解時釋放出能量較多,是生物體內最直接的能量來源。

通俗的講,ATP水解會變成ADP,釋放能量;ADP會吸收能量,變成ATP。人體內約有50.7gATP,只能維持劇烈運動0.3秒,ATP與ADP可迅速轉化,保持一種平衡。

人體就是消耗了能量,才會感覺累的。

我是宇宙物理學,這就是我的回答!


宇宙物理學


什麼鬼雞巴問題!做功和耗能是一回事嗎!

舉個栗子,發動機耗油,推著車子跑,這是發動機消耗化學能轉化為動能,並做功。如果把車子懸空,車胎原地打轉,請問,這時候汽車不耗油嗎!

換成自行車,健身房裡的健身車原地未動,你就不用蹬它消耗腿力做功減肥了嗎!

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另外,做功是個初中學的籠統概念。到了高中大學,你還要知道做功不是特指做有用功,做功要分為“做有用功”和“做無用功”。比如電燈,電能一部分轉換為光,這是有用功,一部分是內能,屬於“對照明無任何作用的無用功”。你原地蹬健身車,使車子前進的有用功你一點沒做,但是是車胎原地旋轉的無用功你一點也沒少做!克服車胎旋轉的阻力消耗的能量一點也不會少。

做無用功不要耗能嗎!即使是不做功,同樣也要耗能!宏觀上沒有位移的東西,微觀上也有位移,宏觀上未做功,微觀上在不停做功!(宏觀上你原地不動沒做功,微觀上你沒有心跳嗎,心臟不做功嗎)

原地提水桶,水桶位移的有用功你一點沒做,但是身體內部肌肉維持這個拉力而作的各種無用功和微觀部分每個細胞的做功,你一點也省不了!


小六先生


表面上看,人在提水桶時,雖然有力的存在,但卻缺少力方向上的位移,因此不做功;但這並不表示人體內部沒有做功現象的出現,或者說人手提水桶是存在位移的,只是很微小,肉眼識別不出而已。

手提重物或者搬運物體時,人的力量都是來自肌肉的收縮,而肌肉的收縮是由肌動蛋白纖維和肌球蛋白纖維的相對滑行完成的,這個過程是需要消耗人體內能量的,當我們拿著重物時,在一開始能量供應迅速的情況下,這個滑動發生的頻率很快,所以表面看上去我們似乎是靜止不動。


而當能量供應跟不上時,這個滑動頻率就慢了,從而我們的肌肉開始顫抖,一般這種顫抖是肉眼能看的出來的,這時候如果還咬牙堅持,頂多再維持一段時間,最後還是會把物體給“扔掉”,也就是拿不動了。

所以這樣說來,人體還是對水桶做功了,只是不明顯或者說不是我們習以為常的那種做功罷了,而人體也會有生理反應出現,比如出汗,肌肉酸脹等,這些都是能量消耗的表現。

期待您的點評和關注哦!


賽先生科普


看了很多回答,扯得太遠,但並沒有說出問題的實質。人體站立本身是不穩定的,保持站立穩定本身就需要做功。下面來詳細解釋一下。

人體負重有的時候感覺很累,有的時候並不是這樣,比如踩背按摩。

如果是站立著舉起一個人,一小會都會很累,而被踩背時人體同樣負擔一個人的體重,但卻不是很累。原地提一桶水和坐在椅子上把這桶水放在大腿上,勞累程度相差也很大。

這其中的主要差別是不同姿勢下人體穩定性不同,坐著和趴著人體為維持穩定做功更少。所以減肥時候總會被提示,能坐著別躺著,能站著別坐著。


那麼維持站立為什麼需要做功呢?大家小時候都玩過拿手指頭頂個竹竿,讓竹竿保持平衡不倒下來的遊戲吧!

如何保持平衡呢,那就是需要不斷調整竹竿的重心,使其保持垂直向下。調整竹竿重心的過程就是對竹竿底部施加力(F)並使得竹竿底部順著力的方向移動(S)的過程。這個聽起來很熟悉吧,力產生位移就是個做功(W=FS)的過程。

人體保持直立的狀態做功的過程和立竹竿保持平衡的狀態做功過程是一樣的。

保持軀體平衡是小腦的功能,軀體的平衡調節是一個反射性過程。軀體平衡變化的信息由前庭器官所感知,經前庭神經和前庭核傳入小腦的絨球小結葉,小腦據此發出對軀體平衡的調節衝動,經前庭脊髓束到達脊髓前角運動神經元,再經脊神經到達肌肉,協調了有關頡頏肌群的運動和張力,從而使軀體保持平衡。

人體的一般平衡狀態不由大腦控制,也就是我們很多情況下意識不到保持平衡的狀態。所以我們會誤認為站立不需要做功。


人站在原地手提一桶水,人體負重除了需要維持自身平衡以外,還需要維持重物的平衡。人體不是剛性的,是彈性的,提重物過程類似彈簧懸掛重物拉伸之後鬆開的過程。

也就是說跟人體無法保持重物真的不動,肌肉拉伸收縮需要克服重物做功。


綜上所述,人站在原地手提一桶水,是需要做功的,因為人體維持平衡和維持重物平衡均需要做功。但這種做功並沒有使水桶的動能或勢能增加,而是消耗在水桶和人體重心調整之上,來來回回的微調。

這個也可以用來解釋為什麼走路比騎車累,騎車獲得的動能反倒更大。走路時候不僅人體前移,同時伴隨重心上下移動,很多功都消耗在這上面,騎車則沒有這個消耗,因此更省力,也能積累更多的動能。


至於原地提一桶水很累還不僅僅是做功與否和做功多少的原因,肌肉有彈性,但也需要恢復,長時間拉伸即使保持不動也會產生疲勞感,拉伸的越厲害疲勞感越強,這是人體的一種保護機制。極限拉伸大肌肉群一小會兒就會渾身冒汗。


知識與見聞


簡單來說,引力會給水桶施加一個向下的作用力,它會對水桶做功,使水桶向下運動;人力會給水桶施加一個向上的作用力,它也會對水桶做功,使水桶向上運動。

此時是人力做功讓水桶向上運動,還是引力做功讓水桶向下運動,取決於人力、引力這兩個相反的作用力哪一個的強度更大;當兩者的強度相等時,則合力為零,合力為零就意味著沒有任何力在對水桶做功,水桶則會不上不下保持靜止。

引力的強度對於這個水桶而言是固定不變的,因為它取決於物體的質量;而人力的強度對於這個水桶而言是可變的,其大小取決於人每秒消耗掉多少能量。

可見要讓水桶保持靜止,人就需要消耗相應程度的能量,來給水桶施加一個與引力等效的作用力;假如人不消耗能量,向上的作用力就會消失,則引力開始做功使水桶向下運動。

因此人站在原地手提一桶水,即使未對水桶做功也會消耗能量。

其實就“提水桶”這件事情來說,無論站在原地還是在行走,都沒有對水桶做功。

當一個力作用在物體上,並且使物體在力的方向上通過了一段距離,才算是這個力對物體做了功。

譬方說我們向南推動一個箱子,就給箱子施加了一個向南的作用力,同時箱子也向南移動了,這才算是對箱子做了功。

而人在提著水桶向南行走的時候,水桶雖然也向南移動了,可是提水桶的力是朝上的,與水桶移動的方向並不一致,而是垂直關係,所以此時是另一個向南的力在對水桶做功,而向上的力仍然沒有對水桶做功。

至於為什麼我們只要提著水桶時會消耗能量,這就跟水桶是否移動沒有什麼關係了。

假如用一輛汽車來進行類比,你就會發現這其實是非常容易理解的問題。

一輛位於坡道上的汽車,如果掛在空檔,傳動系統中的齒輪是分離的,無法給車身施加任何作用力,於是它就會由於引力的緣故滑下山坡——此時發動機處於怠速狀態,沒有對車身做功,燃油消耗量也是最低的(不考慮熄火)。

當我們掛上檔位之後,傳統系統中的齒輪就合併了,發動機的作用力被施加給了車身,於是汽車開始朝坡上行駛——此時發動機對車身做了功,燃油消耗量也隨之而增加了。

然而當油門處於某個臨界點時,我們即使掛上檔位,讓傳統系統給車身施加一個作用力,汽車也不會朝坡上移動,而是會在坡道上保持靜止——此時汽車並沒有移動,發動機也就沒有對車身做功,燃油消耗卻大於怠速狀態。

所以發動機的能量消耗關係為:

上坡(做功)>靜止(不做功)>下坡(不做功)。

如果我們將怠速狀態的低消耗視為沒有消耗燃油,就會發現在坡道上保持靜止的汽車,會在發動機沒有對車身做功的情況下開始消耗燃油了。

這超級合理,對吧。因為發動機雖然沒有對車身做功,卻一直在給車身施加作用力,只不過它施加的作用力正好跟引力相互抵消了而已。而發動機是必須要消耗能量才會產生作用力的。

人提著重物就會消耗能量也是同樣的道理。

一個被人拎著,既不上升也不掉落的水桶,與一個被髮動機推著,既不前進、也不滑落的車身毫無區別。推著車身的發動機需要消耗能量;拎著水桶的人當然也需要消耗能量。

我們的肌肉系統中也有一個讓傳動系統分離與合併的“離合”。

生物的“肌原纖維”是由兩種不同粗細的肌絲組成的——粗肌絲其實就是“一大捆”帶有“橫橋”和“杆部”的纖維體,它的主要成分是肌球蛋白;細肌絲的主要成分則是肌動蛋白。

人在平靜的狀態下,粗肌絲和細肌絲是分離的,此時肌肉處於鬆弛狀態,無法產生任何作用力——這就好比汽車被掛在了空檔。

而大腦產生“用力”的意識後,會通過神經纖維傳遞一個信號,讓粗肌絲和細肌絲合併起來,於是兩者便產生了相互作用,細肌絲會在粗肌絲上滑動,此時肌肉會開始收縮,同時產生作用力——這一過程就好比汽車被掛上了檔,於是靜止的傳動齒輪開始運轉,向外輸出作用力。

故而我們只要一用力,就會感覺肌肉緊繃變硬,並且越用力,細肌絲的滑行的速度就越快,肌肉也變得越緊,作用力也就越大。

由此可見,當我們從地上提起水桶後,是讓水桶繼續上升,還是保持靜止,又或者掉回地面,完全取決於細肌絲的滑動速度。

細肌絲的滑行是由粗肌絲中橫橋來“撥動”的,所以細肌絲的滑行速度取決於橫橋的撥動速度。

而橫橋撥動細肌絲滑行,細肌絲的位置就發生了變化,這就意味著橫橋對細肌絲做了功,那麼當然也就需要消耗能量才能實現。

其實大家都知道,我們身體中的能量是從食物中轉化而來的,運動會消耗能量,進食又會補充能量,所以長時間從事體力勞動就會餓得更快、吃得更多。

而不運動的時候,我們的身體就好比汽車的怠速狀態,能量消耗也是最低的。

因此嚴格來說,你即使沒有把水桶提起來也仍然在消耗能量,只是將水桶提起後能量消耗得更快一些而已,並且你如果不斷增加水桶的高度,能量還會消耗得更快。

這個能量消耗的關係也跟前面例子中的汽車一模一樣。

提高水桶(做功)>提著不動(不做功)>放下水桶(不做功)。


科學矩陣


人並未對水桶做功,即便有微小抖動也是可以忽略的,根據作用力與反作用力,手需要一個上提的力,這個力的維持需要肌肉收縮,你學過生理生化就懂了,這個過程需要消耗能量。

結論:人未對水桶做功,但是人體有大量能量消耗


瀟灑哥zhy


人的力量是由肌肉收縮產生的,肌肉收縮會持續消耗能量,這種能量消耗是人體內部微觀的做功,固定部位的長時間肌肉收縮,還會讓肌肉產生疲勞、疼痛等等。


在物理學上,機械做功W=F*S,如果一個力沒有產生位移,那麼說明這個力沒有做功。

現在我們假設一個人提著一桶水,並且原地站著不動,人對這個桶施加了一個向上的拉力,但是沒有產生位移,所以理論上這個拉力沒有對桶做功。但是我們還是會感覺到累,並且人體消耗了能量,這是為何呢?

從宏觀上看,人對桶確實沒有做過,但是人要持續施加這個拉力,人體內部是有微觀變化的;人體通過加肉收縮產生力量,肌肉的收縮是由肌球蛋白纖維和肌動蛋白纖維相對滑行實現,這個過程需要肌纖維接受刺激,每次刺激產生一次收縮,持續刺激就可以保持收縮狀態,刺激信號的產生需要消耗ATP,ATP是生物體的能量儲備物質。

人體消耗能量轉變為肌肉的機械能,機械能最終都會轉變為熱能,於是人體會發熱、出汗、呼吸加快、心跳加速等等,當ATP供應不足時,肌肉還會參與無氧呼吸繼續提供能量,其中就會產生乳酸,所以肌肉會有痠痛感,如果繼續堅持的話,刺激頻率會降低,肌肉就會產生顫抖,然後就拿不動了。

人體肌肉正常情況下是處於舒張狀態,只有接受刺激時才會發生收縮,刺激是利用鈣離子與肌鈣蛋白的相互作用完成的;其實肌肉在舒張狀態和收縮狀態下都會消耗能量,只是前者消耗能量少,後者消耗能量大而已,人體的肌肉持續收縮還會產生肌肉疲勞,所以我們無法長時間用一個姿勢提著重物。

再回到我們的題目上,人提著一桶水,在物理學上人對桶沒有做功,但是在生物學上,人體內部卻發生著複雜的生物化學變化,並且消耗了人體內部的能量。

夏日消消氣


你提的實際上是兩個問題,一個是原地提著一桶水,人對桶做功沒有?這是個物理問題,人提桶的力豎直向上,在這個方向上有力但沒有位移,所以人對桶是不做功的;另一個問題是不做功為什麼會消耗能量?實際上人對桶不做功,不表示人不會消耗能量,正常的生命活動都是離不開能量消耗的,你的問題應該是,在其它條件相同時,人提水桶比不提水桶消耗的能量為什麼會多一些?這就涉及到了生物問題,生命存續的過程伴隨著能量的消耗過程,肌肉的收縮情況影響了能量的消耗速度,所以人提桶時消耗能量的速度比不提桶時消耗能量的速度要快,也就是消耗能量的功率要大,相同時間消耗的能量當然就會多一些。


學因思坦


人提桶水雖然沒有動,但水桶有重量,為克服重力保持水桶的位置,手臂的肌肉就要收縮用力。只要肌肉收縮就會消耗能量。能量的消耗和做工沒有必然的聯繫。


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