今天在網(wǎng)上沖浪的時(shí)候看到了下面這樣一段話(huà)。

爬山的時(shí)候會(huì)發(fā)現(xiàn)這樣的現(xiàn)象：挑擔(dān)子的往往比散步的游客走得要快。之所以如此，是因?yàn)槎咝膽B(tài)不同，挑夫肩上有擔(dān)子，眼中有想到達(dá)的目標(biāo)，不用揚(yáng)鞭自?shī)^蹄；散步者往往一身輕松，到達(dá)目的地的愿望也并不急切，走到哪里算哪里，自然放慢了腳步。

作為一個(gè)物理專(zhuān)業(yè)出身的科普作者，對(duì)這段話(huà)很不以為然。所以，我決定用物理學(xué)來(lái)為您解釋一下，為什么挑擔(dān)子的人走得要快？

人在行走過(guò)程中，由于人體姿勢(shì)不停地發(fā)生改變，人的肩部位置也在不停地發(fā)生變化。由于人的行走運(yùn)動(dòng)具有周期性，所以人的肩部在人的行走過(guò)程中的位置變化也應(yīng)有這一特點(diǎn)。在行走過(guò)程中，雙腿的支撐和擺動(dòng)交替進(jìn)行，再加上上肢的擺動(dòng)以及軀干的扭動(dòng)使得人體的肩部產(chǎn)生移動(dòng)。

在與地面垂直方向上，肩部的的運(yùn)動(dòng)呈現(xiàn)出上下波動(dòng)，波動(dòng)頻率與步頻相同；在與前進(jìn)方向垂直的左右方向同樣存在這樣一個(gè)頻率的晃動(dòng)，只是幅度比較小；同時(shí)肩部還有一個(gè)以人體垂直方向的中軸為軸的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。

當(dāng)然了，肩部還跟隨整個(gè)人體一起存在一個(gè)前進(jìn)方向上的直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)。只不過(guò)這個(gè)運(yùn)動(dòng)并非一個(gè)勻速直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)，而是一個(gè)速度在某個(gè)小范圍內(nèi)的變速運(yùn)動(dòng)。觀(guān)察這個(gè)運(yùn)動(dòng)，只要你端一杯水走路就能看出來(lái)，不論你多小心都不能保證水面一動(dòng)不動(dòng)。

這里之所以要先說(shuō)肩部的運(yùn)動(dòng)，是因?yàn)樘魮?dān)子的時(shí)候，肩部是人體與擔(dān)子的連接處，也是擔(dān)子的支點(diǎn)。挑擔(dān)子行走與正常行走時(shí)肩部運(yùn)動(dòng)的區(qū)別是運(yùn)動(dòng)幅度減小，但同樣存在前面所說(shuō)的4種肩部運(yùn)動(dòng)方式。

估計(jì)大多數(shù)讀者都沒(méi)挑過(guò)擔(dān)子，我也僅有寥寥幾次經(jīng)驗(yàn)，不過(guò)這不妨礙我們觀(guān)察，鄉(xiāng)下或者一些景點(diǎn)仍然能看到挑擔(dān)子的人，城市里也偶爾有挑著擔(dān)子走街串巷的賣(mài)貨人。

如果你仔細(xì)觀(guān)測(cè)會(huì)發(fā)現(xiàn)扁擔(dān)有這樣的運(yùn)動(dòng)規(guī)律：1、整根扁擔(dān)像一根上下振動(dòng)的琴弦，振動(dòng)頻率與挑擔(dān)人的步頻相同；2、扁擔(dān)的方向與前進(jìn)方向的夾角基本保持不變。

如果你同時(shí)觀(guān)察挑著擔(dān)子的人，會(huì)發(fā)現(xiàn)這個(gè)人的動(dòng)作也與正常走路有區(qū)別：1、步幅比較小；2、步頻比較高；3、行進(jìn)接近勻速直線(xiàn)；4、上身除了無(wú)法避免的垂直方向的起伏運(yùn)動(dòng)之外，左右的搖擺幅度沒(méi)有或者非常微弱，更看不見(jiàn)肩部以身體中軸為軸的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。

當(dāng)人挑著擔(dān)子站立不動(dòng)的時(shí)候，扁擔(dān)兩端在重物的作用下自然向下彎曲，保持靜止。一旦人行走起來(lái)，擔(dān)子的中心支點(diǎn)就會(huì)隨著肩部的運(yùn)動(dòng)而運(yùn)動(dòng)。前文我們說(shuō)了，正常行走的時(shí)候肩部運(yùn)動(dòng)是4個(gè)運(yùn)動(dòng)的合成。但挑著擔(dān)子的時(shí)候，肩部的主要運(yùn)動(dòng)是上下的起伏運(yùn)動(dòng)。

隨著行進(jìn)中肩部的上下起伏，由于扁擔(dān)兩端的重物擁有慣性（物體保持原來(lái)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的能力），所以扁擔(dān)兩端是在受迫狀態(tài)下開(kāi)始跟隨運(yùn)動(dòng)。這種運(yùn)動(dòng)連貫起來(lái)，看上去就像扁擔(dān)在發(fā)生上下振動(dòng)一樣了。

這也能解釋“為什么挑擔(dān)子的人都選用軟扁擔(dān)”的原因。如果是一根硬扁擔(dān)，行進(jìn)中當(dāng)肩部上升時(shí)，腿部肌肉就不僅僅要克服自身的重量和擔(dān)子的壓力，還要克服由于肩上擔(dān)子所傳遞的物體加速運(yùn)動(dòng)所帶來(lái)的額外壓力。而一根軟扁擔(dān)，傳遞給腿的壓力只是人體的重量加上擔(dān)子的重量。

所以說(shuō)，用軟扁擔(dān)，挑擔(dān)子人邁步前進(jìn)的時(shí)候，腿部需要的力量比用硬扁擔(dān)小。

在行進(jìn)方向上，扁擔(dān)以及所掛的重物與人體同步保持一種接近勻速的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，這也是因?yàn)閼T性的原因。挑在肩上的扁擔(dān)，一旦方向與前進(jìn)的方向固定，在慣性的作用下，就會(huì)保持這個(gè)方向。如果挑擔(dān)子的人，突然變向，很容易被保持慣性運(yùn)動(dòng)的扁擔(dān)拉扯而摔倒。

人向前走路其實(shí)就是一次又一次向前旋轉(zhuǎn)“跌倒”，這個(gè)旋轉(zhuǎn)的中心就是支撐腿與地面的接觸點(diǎn)。這種傾跌趨勢(shì)，跟人體的重量和跨出步子的大小是有關(guān)的。向前傾跌的趨勢(shì)越厲害，邁出的那只腳，在著地時(shí)與地面沖擊得越重，這樣不但人要感到吃力，步子也不容易跨穩(wěn)。

挑著重?fù)?dān)走路，等于人體的重量突然增加了許多，向前移步時(shí)的傾跌趨勢(shì)就很厲害。縮小跨出的步子，可以適當(dāng)減小這種傾倒趨勢(shì)；迅速邁出后腳，可以防止真的跌倒。因此，挑重?fù)?dān)的人，走路的步子總是又小又急，這就成了小跑步了。

另外，挑重?fù)?dān)時(shí)步子短促，可以使人在行進(jìn)方向上保持速度均勻，這樣擔(dān)子也可以勻速地跟著人向前移動(dòng)。如果步子又大又慢，擔(dān)子非但不能在前進(jìn)方向保持勻速，更在水平面內(nèi)產(chǎn)生與行進(jìn)方向垂直的左右擺動(dòng)也會(huì)加劇，擔(dān)子就更不好挑了。

說(shuō)實(shí)話(huà)，擔(dān)子真不是那么容易挑的，尤其是，如果你一點(diǎn)經(jīng)驗(yàn)都沒(méi)有，上來(lái)就挑兩桶水這種重量比較大的擔(dān)子，大概率是走不了幾步就要摔跤。

這其中的原因就是，你很難第一次挑擔(dān)子就能找到擔(dān)子的固有頻率。并且保持自己的步頻與擔(dān)子的固有頻率相一致。并且控制好自己的行進(jìn)一直保持一個(gè)近似勻速直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)。

另外，由于肩部受到扁擔(dān)的約束，在挑擔(dān)行進(jìn)中不能同正常走路那樣通過(guò)上身沿著身體中軸旋轉(zhuǎn)和擺臂來(lái)減輕腿部消耗和保持平衡，這進(jìn)一步增加了挑擔(dān)的難度。

人雙腳交替向前，肩部高低變化可以激勵(lì)扁擔(dān)作為懸臂梁牽引荷物上下振動(dòng)；而行走速度的脈動(dòng)可以引起懸掛于扁擔(dān)兩端的荷物前后擺動(dòng)，繩索對(duì)扁擔(dān)的水作用力和豎直作用力均周期變化，后者可引起扁擔(dān)振動(dòng)而得到放大。合適的扁擔(dān)可以使挑擔(dān)者在肩部承載較小時(shí)邁步向前。會(huì)挑擔(dān)的人起肩時(shí)常有意識(shí)地對(duì)扁擔(dān)初始激振，確認(rèn)扁擔(dān)的固有頻率，隨節(jié)奏而邁步。

本文沒(méi)有用實(shí)驗(yàn)的辦法對(duì)扁擔(dān)的慣性和固有頻率對(duì)挑擔(dān)的影響進(jìn)行嚴(yán)格的數(shù)據(jù)論證，有機(jī)會(huì)，我會(huì)單獨(dú)做一個(gè)模擬扁擔(dān)的實(shí)驗(yàn)，并以實(shí)驗(yàn)報(bào)告的形式，對(duì)這個(gè)問(wèn)題進(jìn)行詳細(xì)介紹。

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