為何跑步比骑自行车更費力?跑完一千米後,我們感覺已經耗尽了所有體力,但改為骑自行車却觉得是一件轻而易举的事。这两种运动的最终结果都是将人体移动了相同的距离,所耗费的能量也都是体力(主要靠两条腿)。自行车并没有做什么功,反而增加了运动者的附加质量,但我们明显感觉跑步比骑自行车更费力,这是为什么呢?
有人说,沿着相同路线在水平地面上骑自行车和跑步,在这两种情况下,“移动质量”所需做的总功(或所耗费的能量)是相同的。这种说法实际上是不可靠的。因为所做的功不在于移动质量,而在于克服物理学家所称的“耗散力”,比如风和摩擦等带来的阻力。
为了理解骑自行车和跑步的物理含义,我们不妨进行两种半定量的估算。测量表明,使用一辆相当轻便的自行车匀速骑行,必须用大约1牛的力来克服轮轴的摩擦,用约2牛的力来克服轮胎的滚动摩擦。车速为8千米/小时,风的阻力大约也是1牛。因此克服这些“耗散力”所需的总力大约是4牛。骑行1千米,所需的总功约为4000焦。如果车速增加1倍(即16千米/小时),则风的阻力会增加4倍,总功约为7000焦。如果车速增加2倍(即24千米/小时),则风的阻力会增加到9牛,骑行1千米所需的总功约为12,000焦。
跑步的情况更为复杂,至少包含两种主要的运动:人体的水平运动,以及每跑一步运动者质心的垂直跳动。正是后者耗费了跑步者的大量能量。对于体重70公斤的运动者来说,如果他们跨步时向上跳约15厘米,那么每跨一步就消耗约100焦的能量。这份能量最终在脚触地时转化为热能和声能。若以每千米跨925步估算,那么脚撞击地面所花费的总能量约为92,500焦。与上述骑自行车所花费的总能量相比,答案显然是显而易见的。
我们还可以从另一个角度进行考察,即两种运动所做的功都来自运动员的有氧呼吸消耗。根据运动生理学家的测算,跑步的消耗约为26万焦/千米,几乎是克服外界“耗散力”所花费能量的3倍!这部分额外能量被用于克服身体内部的“摩擦力”,比如跑步时的排汗,就表明机体产生了大量的热量,因此跑步者会感到越跑越热,甚至大汗淋漓。而骑自行车时,这部分能量消耗就很少。如果以8千米/小时的速度骑车,那么骑车者每分钟大约踩踏板32次(周期),这与一般散步者的跨步频率接近,骑车者除了腿部周期性踩踏板外,其上半身基本没有运动。如果车况和路况都比较好的话,其有氧呼吸的消耗只比步行者略多,而连跑步者消耗的1/10都不到。
上述估算和实测表明,通过相同的距离,骑自行车确实比跑步省力得多。

