物理学|科普：挑担子中的物理学今天在网上冲浪的时候看到了

今天在网上冲浪的时候看到了下面这样一段话。
爬山的时候会发现这样的现象：挑担子的往往比散步的游客走得要快。之所以如此，是因为二者心态不同，挑夫肩上有担子，眼中有想到达的目标，不用扬鞭自奋蹄；散步者往往一身轻松，到达目的地的愿望也并不急切，走到哪里算哪里，自然放慢了脚步。
作为一个物理专业出身的科普作者，对这段话很不以为然。所以，我决定用物理学来为您解释一下，为什么挑担子的人走得要快？

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人在行走过程中，由于人体姿势不停地发生改变，人的肩部位置也在不停地发生变化。由于人的行走运动具有周期性，所以人的肩部在人的行走过程中的位置变化也应有这一特点。在行走过程中，双腿的支撑和摆动交替进行，再加上上肢的摆动以及躯干的扭动使得人体的肩部产生移动。
在与地面垂直方向上，肩部的运动呈现出上下波动，波动频率与步频相同；在与前进方向垂直的左右方向同样存在这样一个频率的晃动，只是幅度比较小；同时肩部还有一个以人体垂直方向的中轴为轴的旋转运动。

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当然了，肩部还跟随整个人体一起存在一个前进方向上的直线运动。只不过这个运动并非一个匀速直线运动，而是一个速度在某个小范围内的变速运动。观察这个运动，只要你端一杯水走路就能看出来，不论你多小心都不能保证水面一动不动。
这里之所以要先说肩部的运动，是因为挑担子的时候，肩部是人体与担子的连接处，也是担子的支点。挑担子行走与正常行走时肩部运动的区别是运动幅度减小，但同样存在前面所说的4种肩部运动方式。

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估计大多数读者都没挑过担子，我也仅有寥寥几次经验，不过这不妨碍我们观察，乡下或者一些景点仍然能看到挑担子的人，城市里也偶尔有挑着担子走街串巷的卖货人。
如果你仔细观测会发现扁担有这样的运动规律：1、整根扁担像一根上下振动的琴弦，振动频率与挑担人的步频相同；2、扁担的方向与前进方向的夹角基本保持不变。
如果你同时观察挑着担子的人，会发现这个人的动作也与正常走路有区别：1、步幅比较小；2、步频比较高；3、行进接近匀速直线；4、上身除了无法避免的垂直方向的起伏运动之外，左右的摇摆幅度没有或者非常微弱，更看不见肩部以身体中轴为轴的旋转运动。

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当人挑着担子站立不动的时候，扁担两端在重物的作用下自然向下弯曲，保持静止。一旦人行走起来，担子的中心支点就会随着肩部的运动而运动。前文我们说了，正常行走的时候肩部运动是4个运动的合成。但挑着担子的时候，肩部的主要运动是上下的起伏运动。
随着行进中肩部的上下起伏，由于扁担两端的重物拥有惯性（物体保持原来运动状态的能力），所以扁担两端是在受迫状态下开始跟随运动。这种运动连贯起来，看上去就像扁担在发生上下振动一样了。
这也能解释“为什么挑担子的人都选用软扁担”的原因。如果是一根硬扁担，行进中当肩部上升时，腿部肌肉就不仅仅要克服自身的重量和担子的压力，还要克服由于肩上担子所传递的物体加速运动所带来的额外压力。而一根软扁担，传递给腿的压力只是人体的重量加上担子的重量。
所以说，用软扁担，挑担子人迈步前进的时候，腿部需要的力量比用硬扁担小。
在行进方向上，扁担以及所挂的重物与人体同步保持一种接近匀速的运动状态，这也是因为惯性的原因。挑在肩上的扁担，一旦方向与前进的方向固定，在惯性的作用下，就会保持这个方向。如果挑担子的人，突然变向，很容易被保持惯性运动的扁担拉扯而摔倒。

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人向前走路其实就是一次又一次向前旋转“跌倒” ，这个旋转的中心就是支撑腿与地面的接触点。这种倾跌趋势，跟人体的重量和跨出步子的大小是有关的。向前倾跌的趋势越厉害，迈出的那只脚，在着地时与地面冲击得越重，这样不但人要感到吃力，步子也不容易跨稳。