1. Energická prechádzka vzorové riešenie

Áno, prvý Newtonov zákon nám hovorí o tom, že teleso sa pohybuje rovnomerným priamočiarym pohybom, pokiaľ nie je vonkajšími silami nútené tento pohybový stav zmeniť.¹ Spomeňme si však na situácie, v ktorých sme ho používali. Išlo buď o hmotný bod alebo o kvádrik kĺzajúci sa po podložke, či kotúľajúcu sa loptičku… jednoducho o čokoľvek s jednotným pohybom, čo sme pri zadaní úlohy vedeli aproximovať hmotným bodom. Predstavte si však kráčajúceho človeka. Je možné vnímať tento pohyb jednoducho iba ako rovnomerný priamočiary pohyb ťažiska? Dúfam, že po krátkom zamyslení si každý z vás povedal „nie“.

Ľudské kráčanie je samo o sebe veľmi komplexný problém. Môžete si všímať, ktoré svaly pri ňom používate, ako sa napínajú a uvoľnujú. Každý z týchto pohybov je navyše vyvolaný rýchlymi nervovými signálmi, pričom sa v tele dejú všelijaké biochemické a fyzikálne procesy. Zahľaďme sa však na tento problém očami vonkajšieho pozorovateľa. Ten vidí ako prešľapujeme z jednej nohy na druhú, pričom v momente ako jednu nohu pokladáme, druhú už zdvíhame. Cez položenú nohu sa ako inverzné kyvadlo prehupujeme opäť na druhú, ktorá z momentu pokoja, kedy sme sa ňou prehupovali, musela počas prehupovania sa cez druhú nohu predbehnúť naše telo, kde sa opäť zastavila a začala ju predbiehať druhá.

Každá z nôh teda polovicu nášho pohybu stojí. Ak sa pohybujeme rýchlosťou \(v\) dopredu, každá z nôh musí mať počas svojho pohybu priemernú rýchlosť \(2v\). Jej pohyb však nie je rovnomerný, môžete si všimnúť, že väčšinu času zrýchľuje a potom sa veľmi rýchlo a hladko zastaví. Vidíme tu, že pohybový stav nôh sa neustále mení a teda na ne musíme pôsobiť nejakou silou.². Tu prichádza na svet otázka: „Súvisí sila s energiou?“.

Kľúčovým slovom v tomto momente je práca \(W\). Ak pôsobíme na teleso silou \(F\) na nejakej dráhe \(s\), povieme, že konáme prácu \(W = F \cdot s\). A práca už úzko súvisí s energiou. Pri konaní práce totižto energiu strácame. Často teda v rôznych materiáloch nájdete vzťah \(\Delta W = \Delta E\). Ako sme si už napísali, počas celého nášho pohybu nohy buď zrýchľujú, alebo spomaľujú.

Pôsobíme na ne silou a strácame pri tom energiu. Závisí to však od rýchlosti chôdze? Správna odpoveď je „áno“ a dôvodom nie je nič iné ako to, že čím rýchlejšia chôdza, tým väčšie zrýchlenie/spomalenie je potrebné docieliť, čo znamená, že musíme pôsobiť väčšou silou. Úbytok energie je priamo úmerný sile a teda čím rýchlejšia chôdza, tým viac strácame energie.

Nohy však nie sú jediné, čo urýchľujeme. Pri chôdzi taktiež hýbeme rukami, ramenami, prsnými svalmi, bokmi, … Všetky tieto pohyby veľmi hrubo pripomínajú pohyb kyvadla. Na jednej strane zastavíš, aby si mohol zmeniť smer na opačný. Každý z týchto pohybov si teda tiež vyžaduje nejakú prácu. Čo je však najdôležitejšie, ani samotné naše ťažisko sa nepohybuje rovnomerným priamočiarym pohybom, ale skôr po akejsi sínusoide. Tento fakt som chcela naznačiť už aj samotným prirovnaním ku kyvadlu. Pri kráčaní teda neustále kmitáme ako pružinka medzi stavom s najvyššou potenciálnou energiou a najnižšou potenciálnou energiou, pričom sa zároveň pohybujeme dopredu rýchlosťou \(v\).