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天生就会跑,但是为什么? 2条腿适还是4条腿适合跑步? [复制链接]

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发表于 2017-7-27 16:06:35 |显示全部楼层
[size=1em]前言

相信你应该听过一句流传很广的名言:天生就会跑。这句话感觉很对,但是有没有想过为什么?两条腿的人类在跑步上有哪些优势和劣势?接下来,我们将从2条腿 VS 4条腿作为切入点来深入了解下。

2条腿跑步的动物,典型代表就是人类,而4条腿的就很多了,像马、狗、猫、老虎、猎豹等。


这里讨论的不是“跑得快”问题,因为这个问题已经没有悬念,下图的百米成绩单说明了一切:

图片来自网络,数字对应各种动物的百米成绩


论短距离速度,人类远远不是对手。如果把距离拉长,人类的优势会慢慢显现。在一些长距离的比赛,就有人跑过马的记录。


那么问题就来了:2条腿时候跑步还是4条腿适合跑步呢?

01

内脏器官分布

4条腿的动物,奔跑时躯干水平横置,内脏器官整体是横向分布的。

这些动物每跑一步,后肢用力蹬时,内脏因为惯性向后移,肺部空间扩大,吸入空气。当前肢着地缓冲时,内脏又因惯性向前冲,压缩肺部,把空气挤出去,完成一次呼吸的过程。


由于这个限制,4条腿的动物奔跑时,每跑一步都必须呼吸一次(也只能呼吸一次),呼吸被迫与步频一样加快,不能调整。因此,4条腿的动物奔跑时呼吸都非常急促。在快速的移动中,内脏水平位移相对较大,压力大。


2条腿的人类跑步时,躯干直立于地面,垂直排列的内部器官在跑步随着身体水平位移,并没有产生太多的挤压。呼吸本身可以根据每个人的自身情况和运动强度来调整的。典型跑步的呼吸节奏就有:两步一呼两步一吸,三步一呼三步一吸等。


02

阳光照射面积

2条腿的直立跑步,能够大大减少太阳照射在身体上的面积,对应身体吸收的热量就大大减少。英国人类学家皮特·惠勒做过直立姿势和四足行走姿势接受阳光的比较研究。他发现:在中午,直立的方式比四肢着地的方式接受阳光面积减少60%,也就是少吸收60%的太阳光热量。


03

散热效率

4条腿的动物跑步时,躯干离地面相对较近。2条腿的人跑步时,身体是直立的,重心相对较高,离地面更远,这样会带来3个好处:

1)较高的位置比地表的温度要低。在夏季晴天,1.5米处的气温要比水泥地的地表温度低4℃左右。

2)离地面比较高的地方,空气流通快,散热效果更好。

3)离地面近的地方湿润,空气湿度大,汗水不容易蒸发,散热效率慢。


04

能耗对比

在2007年,美国亚利桑那大学等机构的人类学家进行了一场2条腿行走和4条腿行走的能耗对比研究,测量对象是4名成人和5个成年猩猩。研究表明两足行走的步法比四肢行走的步法要节省75%的能量。

05

硬币的另一面

问题总是辩证存在的,硬币也有另一面。

奔跑的实质是身体重心的位移,前进的动力是靠地面的反作用力。重心相对于动力源的位置对速度有这至关重要的关系。


大多数4条腿奔跑的动物,身体重心在后肢(动力源)的前面,只要蹬长后肢就会产生一个有很大水平分力的地面反作用力。


如下图的白马,身体重心在躯干中部,只要后腿一登,就会产生很大的向前动力。


2条腿的人类直立奔跑时,身体重心的投影基本就在双脚(动力源)上。当人蹬腿时,产生的地面反作用力,很多是在垂直方向,水平方向的分力小。要前进,只能靠身体前倾来加大向前的分力,速度越快,前倾幅度就要更大。


重心的前置决定了4条腿动物能用最有力的后肢(动力源)快速地爆发推进,达到快速度。这也解释了为什么大多数的4条腿动物在短距奔跑上都要超过人类。


06

后记

从2条腿 VS 4条腿这个角度来说,2条腿的人类在呼吸方式、散热效率和能耗上比4条腿的动物更加适合长距离奔跑。


这其中,长距离能有多长?比如TDG330公里(健牧的叶子,Ben和小德将出征2017年TDG,敬请关注)。从时间的角度来讲,还有24小时超马。


天生就会跑,2条腿直立奔跑并不是支撑人类跑完330公里或坚持24小时的全部原因。更多内容,欢迎关注近期推送。


参考文献:

1、《马拉松全方位科学训练指南》, 徐国峰;

2、《人类为何要直立行走》,徐娜;

3、《人类祖先为什么直立?》,朱长超;

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