李木子
左右腿一前一后邁出,是人類和許多動(dòng)物共同的走路姿勢(shì)。不過(guò),如果你觀察得更加仔細(xì),就會(huì)發(fā)現(xiàn)二者還是有很大的不同。
大多數(shù)哺乳動(dòng)物,比如一只狗或者一只貓?jiān)谛凶邥r(shí),都是腳跟抬起,腳掌先著地。而像馬和鹿這樣的有蹄類動(dòng)物,行走時(shí),最先與地面接觸的是趾骨末端的蹄子,相當(dāng)于“腳尖”。人類則非常不同,腳各部位著地的順序,首先是腳后跟,緊接著是腳掌,最后才是腳趾。為什么人類走路姿勢(shì)這么獨(dú)特呢?
腿變長(zhǎng)了!
如果你是一個(gè)“小短腿”,想跟上一個(gè)“大長(zhǎng)腿”,就會(huì)發(fā)現(xiàn)“大長(zhǎng)腿”總會(huì)比你走得更快一點(diǎn)。這是因?yàn)槠骄裕仍介L(zhǎng),每步邁出的距離越大,在給定的時(shí)間內(nèi),如果你步數(shù)跟他一樣,將會(huì)被甩得很遠(yuǎn),只能小跑跟上。所以,腿長(zhǎng)的人,一般而言,走路會(huì)更省力,也更有效率。靠腳后跟落地的走路方式,也暗含這一規(guī)律,因?yàn)檫@樣的行走方式,可以讓腿“變長(zhǎng)”。
然而,腿長(zhǎng)不就是一個(gè)人從臀部到腳部的長(zhǎng)度嗎?走路怎么會(huì)讓“腿”變長(zhǎng)呢?實(shí)際上,你沒(méi)有將腳的作用考慮進(jìn)去。因?yàn)槿似鸩綍r(shí)會(huì)抬起一只腳的腳跟,腳尖著地,提高了臀部離地面的距離,無(wú)形中加長(zhǎng)了腿的長(zhǎng)度,然后另一條腿邁出去,就會(huì)邁得更遠(yuǎn)一些。研究表明,這樣腿可以延長(zhǎng)達(dá)15厘米。
更節(jié)能
除此之外,腳后跟先著地,可以將大部分人體重量直接通過(guò)腳后跟傳到地面,能增加穩(wěn)定性,減少身體走動(dòng)時(shí),上下“搖擺”的幅度,臀部、膝蓋和腳踝的肌肉活動(dòng)會(huì)更少。女士穿高跟鞋走路,看起來(lái)好像腳尖著地,但實(shí)際上還是腳后跟先于腳尖落地,并且比穿平底鞋走路更累。
實(shí)驗(yàn)也證明了這一點(diǎn)。美國(guó)猶他大學(xué)、耶拿大學(xué)的研究者曾一同做了個(gè)實(shí)驗(yàn),他們找來(lái)年齡在20~40歲的27個(gè)受試者,測(cè)試他們分別用腳后跟著地、腳掌著地、腳趾著地時(shí)氧氣消耗、肌肉活動(dòng)量、對(duì)地面作用力的大小。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,當(dāng)受試者用腳趾,或者用腳掌先著地時(shí),走的步伐會(huì)更小,步數(shù)會(huì)更多,腳踝、膝蓋、臀部、背部的活動(dòng)量都增加了。肌肉活動(dòng)量增加,消耗的能量也會(huì)更多。在相同的距離內(nèi),那些腳掌先落地的會(huì)多消耗53%的氧氣量,而那些腳趾先落地的效率則更低,能多消耗83%的氧氣量。這就是為什么你踮著腳尖走路會(huì)非常累的原因。
走路高效,跑步不一定
然而,如果腳后跟先著地的走路方式這么高效,為什么其他動(dòng)物不采用這一姿勢(shì)呢?
這是因?yàn)橛媚_后跟先著地的方式走路的動(dòng)物們,雖然是走路好手,但并不是跑步高手。想象一下動(dòng)物界的跑步健將們,比如瞪羚、鹿、馬、狗,它們都是用腳掌或者腳趾跑步。人類許多優(yōu)秀運(yùn)動(dòng)員,無(wú)論是長(zhǎng)跑,還是短跑時(shí),都不會(huì)用腳后跟先著地的方式。這又是為什么呢?
這是因?yàn)榍澳_掌先著地,身體會(huì)自然前傾,有助于提高速度。腳后跟不著地,也可以更大限度地增加每一步的距離。同時(shí),前腳掌著地可以借助腳跟的下落增加著地時(shí)的緩沖,將地面沖擊力轉(zhuǎn)向腳踝和腿部肌肉,減少損傷。
即便人類采取了前腳掌先落地的跑步方式,依舊在速度上比不上高速度的動(dòng)物運(yùn)動(dòng)健將。人類跑步速度最快的應(yīng)該是百米賽跑世界冠軍,目前世界紀(jì)錄保持者牙買(mǎi)加運(yùn)動(dòng)員博爾特。根據(jù)計(jì)算,博爾特的最高時(shí)速是45千米,但這只是瞬時(shí)速度,而一匹馬最快時(shí)速大約可達(dá)60千米,老虎奔跑的時(shí)速大約是80千米,遠(yuǎn)超過(guò)人類。
不過(guò),雖然人類不是優(yōu)秀的高速度運(yùn)動(dòng)健將,但動(dòng)物健將們沒(méi)法長(zhǎng)時(shí)間地高速度奔跑,獵豹全速奔馳速度雖然能達(dá)到113千米每小時(shí),但只能保持20秒左右。
而人類的腳后跟行走方式,非常適合遠(yuǎn)距離遷移,腳的解剖結(jié)構(gòu),比如較短的腳趾,在奔跑時(shí)保持穩(wěn)定需要更少的能量,產(chǎn)生的沖擊也更小,跟腱在奔跑時(shí)相應(yīng)地儲(chǔ)存與釋放能量,等等,使得人類非常擅長(zhǎng)長(zhǎng)距離奔跑,是優(yōu)秀的耐力狩獵者,能夠捕捉到耐力不足的動(dòng)物們。這些藏在“腳里”的小技能,在人類進(jìn)化中也扮演著重要作用。endprint
大科技·科學(xué)之謎2017年9期