關于人走路時摩擦力問題的辨析

一、人走路受到的是什么摩擦力的作用

實際上，人的行走是一個相當復雜的運動過程，為了研究方便，假設不出現雙腳同時離地的情況來研究人走路時的摩擦力性質。假設，我們向前走路先邁左腳時，總是習慣性將把重心先移到右腳上，再提起左腳，同時使身體前傾，重心前移，這時重力對人有一個作用效果，使人向前跌倒，直到左腳落地。在這個過程中，右腳是一個支撐點，有向后滑動的趨勢，大家可以想象一下，如果當人邁左腳的時候，右腳恰踩在西瓜皮上時，人就會向前傾，右腳向后滑，這說明右腳有相對地面向后運動的趨勢，故右腳所受的摩擦力是靜摩擦力，靜摩擦力的方向是向前的。再看看左腳，左腳著地前，左腳有向前的速度（當然這個速度不一定向正前），落地后左腳靜止，在靜止之前有一相對地面向前滑的過程，所以左腳先受到一個向后的滑動摩擦力，直到靜止，當然由于相對位移很小，作用時間非常短。對于走路有拖地習慣的人才較明顯，鞋底較容易磨損。靜止后左腳仍具有向前滑動的趨勢，大家同樣可以想象，如果此時左腳踩到西瓜皮或光滑的冰面上時，左腳就會打滑，身體后傾摔倒，這就說明此時左腳相對于地面有向前運動的趨勢，此時左腳受到的摩擦力是靜摩擦力，方向向后。左腳靜止后很短時間，由于重心的轉移，此時左腳成為支撐點，人邁開右腳，同理可得：此過程左腳受到向前的靜摩擦的作用，而右腳接觸地的短暫時間內先受到向后的滑動摩擦力的作用，后受到向后的靜摩擦力的作用。這樣循環下去。

人的行走是一個比較復雜的過程，其中有靜摩擦力也有滑動摩擦力，而靜摩擦力方向有向前和向后。當然滑動摩擦力與地面相對位移極小，向后的靜摩擦力的作用時間也很短，對人起主要作用效果的是向前的靜摩擦力，所以一般認為人走路時受到的是向前的靜摩擦力作用。

二、人走路時摩擦力產生不產生加速度

首先解決人能不能勻速前進的問題。第一，假如人能夠勻速前進，那么人受到的一定是平衡力，根本不能受到摩擦力的作用。但事實上，在走路時，兩腳是交替和地面接觸的，同時接觸地面的時間很短，絕大多數時間都是一個腳接觸地面，肯定受到摩擦力的作用（詳細分析前面已經說過了），不是平衡力，所以人不能勻速前進。第二，我們通常所講的勻速前進，指的是人作為質點組在運動時整體速度保持不變。但人作為質點組，由于組成人的各個質點的運動情況并不完全一樣，所以各個質點的加速度并不完全一樣，因此整體并不能看作為一個牽連體（質點組能看作牽連體的必要條件是組成質點組的各個質點的運動情況完全一樣，具有相同的加速度），根據牛頓第二定律求加速度時，不能將人作為整體列動力學方程。也就是說，人走路時所受到的摩擦力并不產生人作為整體運動的加速度。第三，人走路時，向前的摩擦力作用在支撐腳上，以支撐腳（質點）為研究對象，它受到的力有很多，重力、地面對它的支持力、摩擦力和其他質點給它的作用力（可以認為是彈力），這些力的合力為零，這樣保證支撐腳在接觸地面時是靜止的，只有運動趨勢。

人走路時摩擦力對于整體而言并不產生加速度。對于支撐腳來說，它所受到的摩擦力只是多力平衡中的一個力。

三、人走路時摩擦力做不做功

人走路時受到的靜摩擦力是作用在支撐腳上的，腳和地面相對靜止，腳相對于地面這個參照系沒有位移，故摩擦力不做功。當腳離開了地面，雖然此時腳相對于地面運動了，也產生了位移，但這個過程中，腳已經離開了地面，并不受摩擦力的作用。也就是說，有力的時候無位移，而有位移的時候不受力，故人走路時摩擦力是不做功的。人走路時，之所以獲得動能，是因為人作為一個質點組，可以看作是由若干個有相互作用的質點組成，對于人這個系統，有內力和外力之分，人所受的重力、支持力、摩擦力是外力，而人體內各部分之間的作用力（如，小腿肌肉與大腿之間的相互作用力）是內力。依據系統的動能定理，不僅要考慮外力的功，也要考慮內力的功。正是由于內力做的正功，使人的化學能轉化成人運動所需要的動能。

人走路時，摩擦力并不做功。人運動時的動能是由于質點的相互作用（內力）做功，使人的化學能轉化成人運動時的動能。