Cuando una persona tira o empuja un carro, ¿por qué es ventajoso que su cuerpo esté inclinado hacia adelante?

Agrega un componente horizontal a la fuerza vertical ejercida por tus piernas.

Cuando estás parado derecho, las fuerzas ejercidas por tus piernas son hacia arriba y hacia abajo. Tus piernas están diseñadas para ejercer una fuerza para contrarrestar tu peso corporal y permitirte pararte así, por lo que son bastante fuertes para contrarrestar esta fuerza.

Cuando te inclinas así, cada paso que das te restaura una versión inclinada de la posición de pie derecho, y te permite ejercer esta fuerza de pie que ejercen tus piernas en una dirección horizontal; en cada una de estas imágenes, puedes vea a la persona con una pierna estirada hacia atrás y la otra doblada hacia adelante; al completar cada paso, podría considerar que están de pie con ambas piernas estiradas hacia atrás por un breve momento antes de mover la siguiente pierna.

Probablemente la forma más fácil de analizarlo es en términos de balance de torque.

Entonces, ya sabes que un cuerpo rígido que tiene un momento constante, esta constancia requiere que todas las fuerzas externas sumen cero: esto es equilibrio de fuerzas. (A veces se confunde con la tercera ley de Newton; la tercera ley de Newton simplemente dice aquí que "No es necesario considerar todas las fuerzas, solo las externas. Las fuerzas internas se anulan entre sí").

Bueno, se puede decir lo mismo de cualquier cantidad conservada, no tiene que ser solo el impulso. Si mi fregadero está un poco obstruido y hay un nivel de agua estancada en mi fregadero, la conservación de la masa del agua garantizará que si el nivel del agua no cambia, entonces el agua que entra del grifo se equilibra igualmente con el agua que sale. , ya sea por evaporación o por deslizamiento alrededor de la obstrucción. Hay un estado de equilibrio del flujo de agua. Todos estos equilibrios se denominan condiciones de "equilibrio dinámico".

La cantidad conservada que importa en el caso del par se llama momento angular, el par es una propiedad de la fuerza que puede transferir el momento angular, y si observamos que un ser humano se mantiene en una orientación constante, entonces podemos concluir que está en un estado de par. balance.

Una vez que sepa mirar aquí, el resto del análisis es muy sencillo. Las fuerzas son más o menos comparables: la componente horizontal de fuerza sobre los pies siempre apunta hacia adelante cuando se camina hacia adelante y también debe proporcionar la componente horizontal de fuerza sobre el carro. La fuerza de reacción del carro sobre la persona es hacia atrás, la fuerza sobre los pies es hacia adelante y tienen aproximadamente la misma magnitud. Torque dice que debemos multiplicar por el brazo de palanca, lo que equivale a decir la distancia desde aproximadamente el ombligo de esta persona donde la línea de fuerza los cruza. El problema es que la fuerza sobre los pies es máxima, mientras que si estoy agarrando algo con los brazos a la altura de la cintura, eso es lo más cerca posible de mi centro de masa.

La inclinación hacia adelante le permite a la persona usar la gravedad para contrarrestar el torque.

Se trata de la aceleración.

No necesita tirar de una carga detrás de usted. Ves esto cuando deseas acelerar significativamente ¹ y no caerte.

Si no está acelerando, no debe inclinarse (o se caerá). Al final de una carrera lo suficientemente larga, irás lo más rápido que puedas. Así que no aceleres más. No más inclinaciones. ²

A medida que avanza en una curva, acelera hacia el centro de la curva. Para evitar caerte, te inclinas hacia la curva.

Si no estás acelerando, no necesitas inclinarte. Puedes moverte tan rápido como quieras. Mientras su velocidad no cambie, no hay aceleración y, por lo tanto, no se inclina.

Puedes probar esto por ti mismo balanceando un palo en tu mano. Deja que se incline en cualquier dirección y para volver a equilibrarlo tendrás que acelerarlo en la dirección de la inclinación.

Haz eso en un tren en movimiento o en un avión volador y verás que la palanca se comporta de la misma manera. A menos que experimente turbulencia (que también es aceleración), la palanca se comportará igual que cuando estaba parado.

Pero haz esto en el espacio y la inclinación ya no es una cosa. Eso es porque necesitas la gravedad para que inclinarte signifique algo. Es el tirón de la gravedad lo que te da energía potencial que puedes convertir en energía cinética horizontal cuando te caes. Cuando te apoyas en la aceleración, lo estás usando para mantener el equilibrio.

Debe entenderse que inclinarse no agrega una fuente continua de energía. Más bien, permite que tus piernas trabajen tanto vertical como horizontalmente. Verticalmente pierdes y recuperas energía potencial a medida que tus piernas trabajan. La inclinación convierte esa energía en aceleración hacia adelante. Horizontalmente, tus piernas simplemente te empujan hacia adelante. Algo que no pueden hacer si te pones de pie. Al menos, no sin salir de debajo de ti.

Puede sentir que la inclinación parece más pronunciada con el carro pesado. Hay una buena razón para ello. Un carro agrega masa que no puede inclinarse. Así que tienes que inclinarte más durante más tiempo para llegar a la misma velocidad. Eso es porque la masa agregada agrega inercia. Es por eso que inclinarse mientras acelera un carro pesado se ve mucho más dramático. Incluso cuando el suelo está nivelado. Con la masa añadida que puede inclinarse más y tener más tiempo antes de que termine la aceleración.

No quieres que tu cuerpo gire.

La fuerza de fricción hacia adelante quiere rotar tu cuerpo hacia atrás.

Inclina su centro de masa hacia adelante para que la fuerza normal suministre un par de contrapeso que quiera rotar su cuerpo hacia adelante. Los dos pares se cancelan y tu cuerpo está en equilibrio rotacional.

Es similar a por qué cuando tiras de algo con una cuerda por el suelo, nunca puede estar vertical. Necesita tener un componente horizontal para aplicar una fuerza horizontal.

Esto no es tan cierto con las estructuras rígidas como las piernas, pero es similar en el sentido de que reduce las tensiones de flexión en los huesos de las piernas y las torsiones en las rodillas y las caderas. Reduce efectivamente el brazo de palanca formado por nuestras piernas entre nuestras caderas y pies, lo que aumenta la fuerza que se puede aplicar. Una rueda (una palanca redonda) es un ejemplo de donde esto no sucede: una palanca recta que empuja paralela al suelo mientras es perpendicular a él.

Si calcula las fuerzas internas en los huesos de las piernas y la fuerza/torsión en las articulaciones, encontrará las diferencias. Lo que estás haciendo en este momento es similar a calcular la fuerza en el borde de una rueda grande y pequeña y no poder encontrar la diferencia. La diferencia es el par en el eje.

No podría ser más fácil de explicar esto.

Usando sus diagramas:

Está tratando de mover el carrito hacia la izquierda o hacia la derecha, no hacia arriba o hacia abajo.

Así que ............. tienes que empujar hacia la izquierda o hacia la derecha.

Es así de simple.