Anonim

Swaying denne måten sparer energi mens du går

Biologi

Darren Quick

3. februar 2015

2 bilder

Undersiden av tusenårsbroen, som svingte på grunn av kadens av de som gikk over det før dempere ble lagt til (Foto: KlickingKarl via Wikimedia Commons CCA-SA 3.0)

I juni 2000 ble London Millennium-gangbroen koblet Bankside med City of London offisielt åpnet med en veldedighetsgange. Deltakerne førte til at broen svingte da de falt i trinn med hverandre, og etter bare to dager var broen stengt i to år, mens endringer for å eliminere wobble ble utført. Det viser seg at svingene ville ha hatt fordeler, da forskerne har funnet ut at det reduserer mengden energi som brukes når de går over broen.

Fysikken bak broens sving blir lett forklart, med den naturlige side til side bevegelse av folks fotspor når de falt i synkronisering, noe som forårsaker at suspensjonsbroen svinger frem og tilbake. Forskere ved Ohio State University (OSU) satte imidlertid opp for å oppdage hvorfor, selv som folk følte at broen svingte under dem, fortsatte de å gå på samme måte. Svaret er hva Manoj Srinivasan, assisterende professor i maskinteknikk og direktør for Movement Lab på OSU, og hans kolleger har kalt "prinsippet om maksimal latskap."

Srinivasan og hans team forsøker å utvikle en komplett teori som forklarer hvorfor folk går som de gjør, noe som kan hjelpe til med utforming av proteser og andre hjelpemidler, samt roboter. Det som fascinerte ham var hvordan folk som krysset Tusenårsbroen spontant falt i kadence for å starte broen som svingte, noe som førte til at flere mennesker - bevisst eller ubevisst - skulle falle i samme kadence og føre til at broen svinger enda mer.

Selv om stabilitet er forståelig nok, er den primære bekymringen når man går, sier forskerne at neste høyeste prioritet ser ut til å spare energi, og dette er akkurat det de som krysset broen gjorde. Ifølge Srinivasan trenger det å gå på en svingende overflate ca 5 prosent mindre energi enn å gå på en stasjonær overflate.

"Selvfølgelig må folk være stabile, men når de er stabile, vil de bevege seg på en måte som gjør dem minst trette, » sier Varun Joshi, doktorgradsstudent og hovedforfatter av studien. "Fem prosent lyder ikke som mye energibesparelser, men det er omtrent like å gå med eller uten en skolesekk. Det er ikke en stor byrde, men noe folk merker. "

Så selv om det vil resultere i å spare bare en liten mengde energi, sier forskerne at folk sannsynligvis vil endre kadens og lengde og bredde eller deres skritt. For å teste deres teori skapte de en datormodell av en forenklet menneskekropp som gikk på både en flat tredemølleoverflate og en tredemølleoverflate med springiness og svingende evne til den opprinnelige Millennium Bridge-designen.

Mens modellen bobbed opp og ned som vi normalt gjør når du går på en flat overflate, boblet modellen på svingflaten opp og ned mindre mens du oppnådde samme fremoverbevegelse. Med andre ord behøvde modellen ikke å skyve av fra bakken så mye for å oppnå det samme resultatet, noe som betyr at mindre innsats var nødvendig av beina. Forskerne sier imidlertid at svingningsfrekvensen og broens egenskaper må være helt riktige for at slike energibesparelser skal skje - egenskaper som Millennium Bridge mistet med tilsetning av spjeld før den ble gjenåpnet i 2002.

En video som viser datamodellen kan ses nedenfor, mens lagets studie finnes i tidsskriftet Proceedings of the Royal Society A.

Kilde: Ohio State University

Undersiden av tusenårsbroen, som svingte på grunn av kadens av de som gikk over det før dempere ble lagt til (Foto: KlickingKarl via Wikimedia Commons CCA-SA 3.0)

Millennium-broen pleide å kreve mindre energi å krysse (Foto: Emily Caldwell, høflighet av Ohio State University)

Anbefalt Redaksjonens