¿Por qué correr gasta más energía que caminar?

La razón básica es que un objeto ideal funciona en el sentido de la física, pero una entidad biológica tiene tantas, muchas formas en que no se comporta como un objeto ideal .

Uno puede estimar y calcular, pero otras respuestas lo intentan. Voy a tratar de resumir algunos de estos grandes comportamientos de objetos no ideales

• Correr implica más y más variados movimientos, es una forma de andar muy diferente. Definitivamente no es solo el mismo movimiento que caminar, sino más rápido. Algunos de esos movimientos son verticales o se relacionan con el salto, algunos tienen componentes de absorción de impactos y se relacionan con el aterrizaje. Gran parte de esa energía adicional se disipa en ambos sentidos: usamos energía tanto para saltar como para amortiguar y detenernos al aterrizar. También aceleramos nuestros pies para igualar nuestra velocidad de avance y debemos reducir la velocidad a cero en cada paso, luego acelerar y levantar el otro sentido también, no solo depender de la gravedad y la actividad del péndulo. El hecho de que sea en extensión y no en impacto con el suelo no cambia nada. Una vez más, la energía se pierde en ambos sentidos. También voy a suponer que es más difícil ser eficiente en un rango de movimientos más amplio en comparación con uno más estrecho, por lo tanto, el rango más amplio de movimientos y sistemas utilizados al correr significa que
• El manejo/metabolismo de la energía del movimiento muscular grueso humano no es eficiente y no se comporta como un objeto ideal . Tenemos múltiples vías de energía y cambiamos entre ellas según las necesidades. Esto sucede menos al caminar, más con el ejercicio vigoroso como correr. El ciclo de energía de "emergencia" o "actividad sostenida" al que cambian nuestros cuerpos, cuando corren, es menos eficiente; si fuera más eficiente, probablemente habría evolucionado como nuestro principal, no nuestro respaldo. Y, por supuesto, muchas reacciones bioquímicas y respuestas corporales simplemente no son lineales; también pueden tener tasas o duraciones mínimas/máximas.
• Como resultado se pueden activar otros sistemas, que no se activan, o no se activan igual, al caminar. Por ejemplo, puede haber cambios en el flujo sanguíneo cerebral, la presión arterial y el uso de energía simplemente debido a una tasa metabólica más alta. Es posible que tengamos que activar los sistemas de dispersión de calor cuando corremos pero no caminamos (¿sudamos?), cambiamos la producción/captación de algunos neurotransmisores (¿estimulantes? U otros que afectan los niveles de actividad de otros sistemas corporales y el uso de energía como subproducto), o cambiamos el tono de nuestro sistema sanguíneo (constreñido o relajado para controlar el flujo de manera diferente). Podemos desactivar sistemas completos: digestión, actividad intestinal. La tasa de producción de productos de descomposición metabólica (¿ácido láctico?) es más alta y tal vez necesite actividad adicional para tratar de manejarla. Se debe canalizar más agua para mantener todos estos metabolitos y productos adicionales en solución en el torrente sanguíneo, o para reemplazar otra agua perdida o utilizada. Si se necesitan otros productos para activar las vías (ni idea, ¿las enzimas, por ejemplo?), entonces también se deben activar los procesos para producirlos en el cuerpo. Correr, como cualquier actividad física vigorosa, también provoca más desgarro de las fibras musculares y otros daños/desgaste microscópicos, por lo que puede haber una reparación adicional después. En otras palabras, en segundo plano, nuestro cuerpo puede iniciar o detener muchos otros procesos.
• Correr rara vez se optimiza . También hacemos otros movimientos, por costumbre o por necesidad. Respiramos de manera diferente, podemos apretar los puños u otros músculos, o apretar un poco los dientes (músculos de la mandíbula). Relacionado, podemos encontrar que necesitamos mantener algunos músculos esqueléticos más rígidos, no relajados, para evitar que las partes del cuerpo "se muevan" (movimiento brusco y quizás daño mientras corremos), lo que no sería necesario al caminar.

Esta respuesta puede ser completamente incorrecta. Ver discusión en comentarios. La fórmula del poder en la mitad de la página es definitivamente incorrecta. Si un moderador desea eliminar la respuesta, estaría bien, pero lo dejaré hasta entonces, ya que creo que la discusión a continuación tiene valor. Creo que mi fórmula para la potencia promedio debería ser 1/8 de lo que usé, lo que ya no calificaría como la mayor parte del gasto de energía, incluso teniendo en cuenta la ineficiencia muscular.

La mayor parte del gasto de energía adicional para correr es el componente de salto, no el componente gastado en la fuerza de propulsión horizontal. Una vez que esté en su velocidad máxima, no se necesita mucha más potencia aplicada horizontalmente para seguir adelante que para caminar. Pero para mantener esa velocidad, debe pasar gran parte del tiempo en el aire, y el movimiento hacia arriba y hacia abajo tiene un alto costo de energía.

Anexo con cálculo real:

Un corredor típico gasta aproximadamente la mitad de cada zancada (alrededor de 0,15 s) en el aire cuando corre a velocidades superiores a 6 m/s.$^1$Es decir, la gravedad está trabajando sobre ellos durante 0,15 segundos de cada 0,3 segundos. Si asumimos que la colisión del corredor con el suelo en cada zancada es perfectamente inelástica, entonces, para no caer plano, debe aplicar un empuje vertical promediado en el tiempo con la mitad de la potencia que la gravedad le está aplicando durante cada período de caída de 0,15 s. .

de$Pt = T = 1/2 mv^2, a = dv/dt$

tenemos:

entonces:

Eso es alrededor de 7 vatios por kilogramo del corredor. Extrapolando los datos en (1), sería significativamente menor si estuviera trotando lentamente (más tiempo de contacto con el suelo y menos tiempo en el aire por zancada) y ligeramente menor si estuviera corriendo muy rápido (menos tiempo en el suelo y en el aire por zancada , pero aproximadamente la misma proporción de tiempo de tierra y aire). Por supuesto, la fuerza muscular no es 100% eficiente, por lo que esperaría que el valor real fuera algo considerablemente mayor.

Las personas en el estudio en realidad estaban "corriendo" muy lentamente: 2,8 m/s, que es más un trote perezoso y casi no incluye tiempo de aire por zancada. Por lo tanto, no sorprende que su diferencia en la potencia de salida frente a caminar sea pequeña (245 vatios).

Introduciendo 0,05 s de tiempo en el aire y 0,35 s de tiempo en el suelo por zancada (de (1)) en la fórmula anterior se obtiene, para un corredor de 70 kg,$P \approx 45\mathrm W$, dejando alrededor de 200 W como energía desperdiciada.

1: http://gsnider.blogspot.com/2014/01/running-physics-redux-part-1-running.html

Cometí un error matemático la primera vez que publiqué este anexo.$P = 2m\Delta ta^2$como dije, pero queremos potencia promediada en el tiempo, mientras que la potencia aplicada por la gravedad aumenta con el tiempo de caída según la fórmula. La fórmula que debería haber usado (ahora arreglada) es$\langle P \rangle = m\Delta ta^2$

Sobre pensar en los extremos

A muchos físicos les gusta pensar primero en los extremos. Darle un ejemplo, a menudo puedo ver que algún vector es una proyección de algún otro vector, entonces a menudo mi primer pensamiento es "¿cuál es la respuesta si$\theta = 0$? Qué pasa$\pi/2?$” y esos suelen ser casos extremos: algo está rodando “hacia abajo” en un plano no inclinado, en lugar de que esa cosa esté en caída libre. Pero en base a hacerme esas preguntas yo, con mi experiencia, puedo escribir algo como$-\sin\theta.$Sabía que era un componente de una rotación, así que era un seno o un coseno o algo así, era cero en el plano y$-1$en caída libre, esta es la única función que satisface todos mis requisitos.

Entonces, en este caso, ¿cuál es la forma más extrema de llegar del punto A al punto B? Tal vez "pasos de bebé" frente a "Supero toda la distancia en un salto increíble".

Ahora, si su corazonada es correcta, estos dos probablemente deberían tener exactamente los mismos requisitos de energía, pero si su corazonada es incorrecta, probablemente sean muy diferentes. Probablemente no necesite ejecutar el experimento real. Es decir, probablemente tenga suficiente intuición para no tener que cronometrarse caminando a las cuadras de la ciudad con los pasos de bebé más pequeños que pueda dar, luego mida la distancia del salto de pie más grande que pueda realizar y luego trate de espaciar esos saltos sobre el mismo intervalo de tiempo para ver si conducen al mismo nivel de agotamiento. Probablemente tu intuición te diga que uno de esos te va a doler al día siguiente y el otro lo podrías seguir haciendo indefinidamente.

Aspectos biofísicos

Entonces como buenos físicos nos preguntamos, ¿por qué duele más el salto? Bueno, tengo estas fibras musculares y se dañan cada vez que salto. Está bien, pero ¿por qué sucede eso? Bueno, cuando aterrizo tengo una cantidad considerable de energía cinética excedente, y la energía se conserva, por lo que es necesario disiparla. Y se está disipando en esas fibras musculares, a menos que yo quisiera disiparme por la rotura de mis huesos o el roce de mi piel contra el pavimento. El problema más grande aquí es que mis fibras musculares pueden convertir ATP en ADP y usar eso para impulsar una contracción muscular, pero no usan extensiones o contracciones musculares para hacer lo contrario y convertir ADP nuevamente en ATP. No somos capaces de "frenar regenerativamente", por lo que cualquier energía cinética que generemos debe disiparse.

Esto es realmente muy interesante porque es un comportamiento de un sistema termodinámico que está lejos del equilibrio. En el equilibrio termodinámico los procesos tienden a ser reversibles, y también lentos. Entonces, en cierto sentido, sus músculos solo funcionan porque se enfrían constantemente. Y es probable que la razón evolutiva de esto sea que queremos que estos procesos sucedan muy rápido, más rápido que los músculos de nuestros depredadores históricos y más rápido que los músculos de nuestras presas históricas.

Volvamos a la física. Entendemos el desperdicio de energía de saltar y aterrizar después de saltar, ahora. Pero saltar no es un modelo perfecto para el desperdicio de energía al correr, por razones que podemos explorar en la siguiente sección. Pero tenemos una pista, nuestros músculos no son reversibles. Aquí hay algunas otras pistas:

• Es posible correr en una caminadora, y esto no es significativamente más difícil que correr en una superficie plana. Esto indica que la energía involucrada está involucrada en el mantenimiento del estado de funcionamiento, no en la energía cinética directa real.
• También es posible correr —al menos, hacer un baile que en la Tierra habría causado correr— en gravedad cero en la Estación Espacial Internacional. Pero, esto parece haber sido un medio ineficaz para hacer ejercicio, porque tienen una caminadora y te atan a un arnés con bandas elásticas que te sujetan a la caminadora. Por lo tanto, ciertamente está restableciendo en parte el paso, pero al menos la mitad tiene algo que ver con nuestro peso. -Las personas pueden alcanzar velocidades mucho más altas con “botas de canguro” o taloneras que actúan como buenos mecanismos elásticos de almacenamiento de energía.

Al restablecer la zancada: su pie debe ir a cierta velocidad hacia atrás cuando toca el suelo para que su zapato no se deslice y pueda transferir efectivamente la fuerza que lo impulsa hacia adelante. El problema es que esto deja tu pie al final de la zancada con mucha energía que necesita regresar muy rápidamente al frente de tu cuerpo para estar preparado para otro paso, y aunque parte de ella puede redirigirse, la mayor parte de esta parece estar absorbido como en un salto. Pero, de nuevo, si eso fuera todo, ¿por qué enviar la caminadora a la ISS y no solo algunas bandas que lo suspenderían en un solo lugar?

¿Qué transferencias de energía induce la gravedad?

Afirmé anteriormente que saltar es un modelo pobre y esto se cuestionó un poco en los comentarios, así que quería comprobarlo ya que la biofísica a menudo desafía mi sentido común. En ese punto, un artículo interesante que encontré fue Gullstrand et al. (2009) "Medidas de desplazamiento vertical en carrera, una comparación metodológica". Gait & Posture 30: 71-75 ( enlace ), que trata principalmente de un tema diferente, básicamente si puede usar un reflector o un acelerómetro en lugar de un modelo sofisticado de centro de masa para encontrar el desplazamiento vertical durante la carrera. La figura 4 de ese documento es:

Fig. 4. La relación entre la duración del paso (s) y CoM V _disp (m) para cada sujeto en todas las velocidades de carrera.

Esta es una figura realmente fascinante y tuve que mirarla por un rato. Lo primero que hay que ver es lo cercanas que son todas las duraciones de los pasos. Casi todos los datos están entre 300 ms y 375 ms, o 200 pasos/minuto a velocidades rápidas a 160 pasos/minuto a velocidades lentas. Duplicamos la velocidad, pero la tasa de pasos solo aumenta un 25%, ¡habría esperado más! Entonces, esto significa que correr más rápido es en realidad una función de aumentar la longitud de la zancada más que mover las piernas más rápido, pero mover las piernas más rápido es ciertamente parte de eso.

Pero a nuestra pregunta, el desplazamiento vertical del centro de masa es una medida directa de la energía gravitatoria durante un paso, por lo que si divido por la duración del paso obtengo un poder ejercido para luchar contra el movimiento de "salto". Entonces, en el lado rápido, veo que el punto (310 ms, 75 cm) está en el medio del grupo de carreras de alta velocidad, esa relación es algo así como 24 W/kg mientras que quizás (370 ms, 100 cm) es más distintivo de la velocidad más lenta, algo más como 28 W/kg.

Entonces, en base a estas mediciones, tengo dos conclusiones. La primera es, “¡eso es mucho!” ... ¡Estos corredores pesan presumiblemente al menos 50 kg, por lo que los esfuerzos de potencia en la lucha contra la gravedad son de alrededor de un kilovatio de potencia! Solo a modo de comparación, el metabolismo de referencia es un orden de magnitud más bajo: 2000 kcal/día son aproximadamente 100 W, algunos consejos en Internet dicen que debe hacer una hora de ejercicio en el rango de 50-150 W, por lo que el ejercicio suele ser más bajo que esto también.

Pero la otra observación es que parece que a velocidades más altas, en realidad estás luchando menos contra la gravedad por unidad de tiempo , algo así como un 15% menos de potencia ejercida al doble de la velocidad. Ahora, una advertencia, el propósito central del artículo al incluir esta figura es argumentar que los corredores son más descuidados a velocidades más lentas: por lo tanto, parte de esto se debe a la variabilidad individual en lugar de alguna restricción física del problema. Así que no me siento cómodo diciendo "sabemos que luchas menos contra la gravedad a velocidades más altas" como una especie de declaración de la biofísica del problema, ciertamente puedo imaginar que los corredores entrenados son esencialmente un 15 % más descuidados cuando corren a velocidades más lentas. que a altas velocidades.

Pero de cualquier manera, no es 100% más alto o lo que sea, como cabría esperar si este mecanismo de desplazamiento vertical explicara nuestro agotamiento durante la carrera. Plano o decreciente parece respaldado por la evidencia, se requiere un aumento abrupto para que sea una explicación candidata. Entonces, lo que esto indica es que una gran cantidad de energía se almacena y se libera elásticamente en los músculos y las articulaciones de nuestras piernas.

¿Entonces, cuál es la respuesta?

Creo que lo que pasa es que nuestros pasos se vuelven menos eficientes. Está claro que se ejerce tanta potencia de un lado a otro contra la gravedad que debemos ser increíblemente elásticos en nuestra carrera, solo estos números de transferencias de energía de 1 kW en el ejercicio que quema 100 vatios de calorías, significa que debemos tener algo así como 90 % eficiencia.

Así que estoy pensando en las transferencias de energía como una especie de manguera con fugas que va en círculo. Existe este flujo constante de energía entre los resortes de nuestras piernas y la energía potencial gravitatoria, y es mucha energía moviéndose de un lado a otro, pero en realidad no se vuelve mucho más grande o más pequeña a medida que viajas más rápido o más lento. Ese flujo es más o menos fijo. Pero, a medida que damos estos pasos un poco más rápidos y también los hacemos significativamente más largos, estamos empujando a nuestros músculos a un régimen más inelástico, por lo que pierden más y más energía. Y esta energía no puede ser reclamada por nuestros sistemas porque somos sistemas que no están en equilibrio.

Al correr, los músculos requieren un mayor consumo de oxígeno, por lo que se espera que una parte importante de la síntesis de ATP tome la ruta de la fermentación, que es a sabiendas menos eficiente que la respiración celular habitual .

Saltando por sí mismo, predice con precisión todos los resultados encontrados en el documento como se muestra a continuación.

El impacto de la fricción es casi insignificante en el gasto de energía al caminar y correr. Para empezar, considere la fricción con el suelo : solo se aplica cuando su pie toca el suelo durante su marcha. En este punto, no hay movimiento relativo entre tus pies y el suelo, y por lo tanto (a menos que te resbales) el trabajo realizado es$\approx 0$. Segunda fricción del aire : aunque hay que tener en cuenta pequeñas correcciones en función de la velocidad a la que corres, no suele ser la causa principal del gasto energético como puedes comprobar corriendo en cinta. Mire el papel y observe que se ejecuta en el molino de hilo:$481 \, \mathrm{J}$y en camino:$480 \, \mathrm{J}$, es decir , no hay diferencia en absoluto.

La razón principal del gasto de energía al correr y caminar es el trabajo realizado contra la fuerza de la gravedad, y dado que el desplazamiento horizontal es perpendicular a la fuerza de la gravedad, no cuesta nada y es completamente irrelevante. Esta es la falla en el razonamiento de los autores del artículo: están moviendo una " masa específica " perpendicularmente a la fuerza relevante.

Causa 1: La razón fundamental de la diferencia observada: Salto

Al contrario del movimiento con ruedas, el movimiento con piernas tiene un componente vertical. Dejar$r$Sea el largo de tu pierna medido desde la cadera hasta el tobillo. Si empiezas derecho hacia arriba con las piernas estiradas, tu centro de masa (aproximadamente en el ombligo) estará a la altura$h_0$. En el momento en que su tobillo delantero toque el suelo con los pies separados al máximo, su centro de masa "caerá" a la posición$h_1$por la cantidad

Dónde$\alpha$es el ángulo que forman tus piernas y la línea normal al suelo. Esta caída no te cuesta nada. Es a expensas de la gravedad. Sin embargo, para recuperar su altura en la mitad de su paso, necesita usar la fuerza muscular y "trepar" de nuevo a$h_0$. Este procedimiento se repite en cada paso y, debido a esto, el movimiento del centro de masa de uno parece una onda de arriba hacia abajo (vea la línea punteada en la imagen a continuación). Incluso pensé que todavía estabas a nivel del suelo, después de$n$escalones que ha subido (y derribado) una altura equivalente a

^{El movimiento con las piernas incluye un componente ondulado vertical hacia arriba y hacia abajo que es el responsable básico del consumo de energía al caminar: ver la línea de puntos. De: "El análisis tridimensional de la marcha puede arrojar nueva luz sobre la forma de caminar en pacientes con hemofilia" , Sebastien Lobet et al, No se realizaron cambios en la imagen}

Y realizó una obra de

Dónde$mg$es el peso de la persona y$\Delta h$es el desplazamiento vertical promedio del ombligo de la persona en cada paso. De$(3)$puede ver que el gasto de energía depende del número total de pasos y del peso de la persona (como se esperaba). Esta dependencia del peso explica por qué las mujeres contabilizan menos gasto energético tras el ejercicio en el trabajo. Ocurrió porque eran más livianos, fíjate que la relación entre el peso promedio del hombre por el peso promedio de la mujer ($76.6 \, \mathrm{kg} / 63.9 \, \mathrm{kg} \approx 1.2$) es igual a la relación entre el gasto energético medio del hombre y la energía media de la mujer ($520.6 \, \mathrm{kJ}/ 441.1 \, \mathrm{kJ} \approx 1.2$).

Durante una carrera, este patrón (el movimiento vertical) aumenta considerablemente, convirtiéndose en pequeños saltos. La relación entre el trabajo realizado al correr y al caminar es

Dónde$N$es el número total de pasos realizados en ejecución.

De este , este y este papel obtenemos$\Delta h_{walk} \approx 5 \, \mathrm{cm}$,$\Delta h_{run} \approx 12 \, \mathrm{cm}$,$n \approx 2352^1$,$N \approx 1882^1$por lo tanto

Causa 2: Disipación de calor.

Como habrás notado, cuando corres hay un poder superior en el juego. Este aumento de potencia haría que una persona se sobrecalentara, lo cual es una condición potencialmente mortal. Para prevenir un evento tan catastrófico, nuestro cuerpo comienza a sudar para crear un sistema de enfriamiento de aire natural, ya que el agua líquida requerirá una sorprendente$2260 \, \mathrm{kJ/kg}$de calor latente de vaporización para vaporizar. Si tal proceso impidiera una regular$65 \, \mathrm{kg}$jogger de sobrecalentamiento por un peligroso$2 \,^{\circ} \mathrm{C}$, esto supondría un gasto energético de$170 \, \mathrm{kcal}$. Este efecto se acumularía a medida que la sesión de carrera se hiciera más larga, hasta el punto de tener un impacto considerable en una media maratón o en una maratón.

Causa 3: Eficiencia metabólica:

Debido a la mayor necesidad de oxígeno, sus células iniciarán algunos atajos anaeróbicos hacia el metabolismo de la glucosa y acumularán ácido láctico, lo que resultará primero en un proceso menos eficiente energéticamente y segundo, ya que este ácido láctico comenzará a causar problemas al corredor, como dolor, por ejemplo, una parte será excretada de su cuerpo sin más metabolización y su energía se desperdiciará.

Causa 4: Arrastre del viento:

La resistencia al viento aumenta con la velocidad.

Causa n: máquina no ideal en un entorno no ideal:

Como una máquina no ideal que se mueve en un entorno no ideal, los cambios en la velocidad pueden causar diferentes tipos de pérdida de energía. Por ejemplo, la intensidad de las ondas de sonido creadas al golpear el suelo, la fricción del suelo, la elasticidad de los músculos y los tendones,... lo que sea...

$^1$Pasos para$1607 \, m \approx 1$milla.

Una diferencia es la resistencia, que tiene un requisito de potencia que se escala con la tercera potencia de la velocidad.

No pude encontrar fácilmente una evaluación de la resistencia al correr, pero esto se calcula comúnmente para andar en bicicleta, y un ciclista también es un ser humano erguido. Por supuesto, las pérdidas en el suelo serán diferentes (rodar es más eficiente que el movimiento intermitente de correr), por lo que esta no es una imagen completa, solo una estimación de un elemento. Poner las cifras del resumen vinculado en la pregunta (1,41 o 2,82 m/s, 1600 m de distancia) en una calculadora de potencia de bicicleta con un corredor de 70 kg y una bicicleta ingrávida da un gasto de 27 kJ al paso y 37 kJ corriendo solo para superar resistencia del aire. En términos de potencia, esto es 7 W durante casi 17 minutos caminando o 16 W durante casi 10 minutos caminando.

Por cierto, esta es la razón por la que los récords de carreras de larga distancia utilizan un equipo de corredores de ritmo . Obviamente, van más rápido, por lo que la resistencia tiene un efecto mayor.

La falla en su razonamiento es simplemente que la mayoría de los sistemas no se comportan como sistemas ideales y simplificados. Esto es especialmente cierto para las criaturas biológicas.

En el caso ideal, la energía necesaria para el movimiento es 0. La energía solo se necesita para aumentar la energía potencial o la velocidad. Sin embargo, este no es el caso para las personas. Caminar es el proceso de algo que simplemente sigue la primera ley de Newton, pero más bien una persona que cae hacia adelante y se atrapa a sí misma.

Claramente, algún método de movimiento será más eficiente que otros. Saltar es menos eficiente que correr, pero más eficiente que rodar por el suelo.

Por qué correr es más rápido que caminar es una pregunta complicada, y probablemente sea más adecuada para biólogos. Sin embargo, aquí hay algunas razones.

Arrastrar

Una velocidad más rápida significa más arrastre. Eso significa que haces más trabajo para contrarrestar el efecto de la fricción del aire. Esta energía se disipa en forma de calor.

Movimiento de péndulo

Tus piernas se comportan como un péndulo. A la velocidad de marcha ideal, las piernas se balancean a la frecuencia natural. A velocidades de carrera, necesitas usar energía para acelerar tus piernas hacia atrás y forzarlas.

movimiento vertical

Tu centro de masa sube y baja más cuando corres. Cuando tu centro de masa está bajando, la gravedad está haciendo trabajo. Sin embargo, no recuperas esta energía. De hecho, necesita usar energía para detener su velocidad descendente. También necesitas energía para volver a levantarte.

Balance

Necesitas gastar más energía para mantener el equilibrio cuando corres. Por ejemplo, necesita mover más los brazos hacia adelante y hacia atrás, y una vez más, no a su frecuencia natural.

Práctica

Correr y caminar son ambas habilidades. Te vuelves mejor en ellos con la práctica. Mejor, en este caso, incluye más eficiente. Debido a que una persona generalmente pasa más tiempo practicando caminar que correr, son mejores para caminar.

Un obstáculo común señalado en las otras respuestas y los comentarios es la inadecuación de modelar un corredor como un objeto puntual ( un corredor esférico en el vacío ), como se hace en la mecánica clásica simple. De hecho, la descripción cinemática o dinámica (en términos de las leyes de Newton) de un corredor puede requerir modelos más complejos. Por otro lado, los argumentos energéticos y termodinámicos no sufren de esta limitación.

Una respuesta bastante general dada en mecánica básica ( y aplicable a objetos que no son puntuales ) es que la potencia es proporcional a la fuerza multiplicada por la velocidad:

Que la fuerza sea constante o aumente con la velocidad depende de cómo modelemos la carrera. Es nuestra experiencia cotidiana que, si no aplicamos ninguna fuerza (por ejemplo, si dejamos de mover las piernas), nos detenemos. La razón probable es la resistencia del aire. Por lo tanto, podríamos escribir la ecuación de Newton como

Observación

• Tenga en cuenta que este simple cálculo mecánico ignora los gastos de energía en el movimiento de las partes de nuestro cuerpo. Dado que nuestros movimientos son bastante diferentes cuando caminamos y corremos, la discusión anterior en realidad es más aplicable a caminar rápido versus lento que a correr versus caminar.

Como corredor durante varias décadas, puedo confirmar que se genera una cantidad importante de calor corporal, y cuanto más rápido se corre, más calor. A menos que se haga en un clima relativamente frío, esto significa que el cuerpo tiene que deshacerse del calor, lo que cuesta aún más energía.

Marcha atlética: cuando caminar consume más energía que correr a la misma velocidad.

Otras respuestas tratan tanto de correr como de caminar a la velocidad habitual de la actividad correspondiente.

Uno puede correr a cualquier velocidad entre 0 y su máximo y caminar a cualquier velocidad entre 0 y su máximo para caminar.

Y hay un rango de velocidades donde es posible caminar, pero correr es más eficiente.

Los seres humanos (así como otros animales, sobre todo los caballos que se pueden mover de diferentes maneras) cambian instintivamente entre diferentes modos a más o menos la velocidad adecuada.

¿Por qué existen diferentes modos en primer lugar?

Los músculos humanos pueden hacer dos tipos de trabajo:

• estático (simplemente tirando de algo sin que se mueva o incluso se mueva en la dirección opuesta)
• dinámico (tirar de algo, hacer trabajo en el sentido físico de la palabra)

Al aumentar la velocidad, caminar requiere cada vez más trabajo estático solo para mantener los pies en el suelo. En algún momento, correr se vuelve más fácil, incluso con el trabajo adicional necesario para saltar más alto (parte de la energía del salto se recupera rebotando en la siguiente etapa).

Como ejemplo extremo: los canguros. Sus músculos tienen un tercer tipo de acción: elástica. (Los músculos humanos pueden hacer lo mismo, pero de manera menos eficiente). Pueden usar sus músculos como resortes y usar esta habilidad para sus famosos saltos.

Eficiencia biomecánica.

Caminar tiene una mayor eficiencia, es decir, generas más unidades de desplazamiento útil por unidad de energía gastada. Considere el movimiento con ruedas, autopropulsado, el ciclismo: es aún más eficiente, y es por eso que puede viajar más lejos y más rápido con el mismo esfuerzo.