从人类行走的慢动作谈起

简单地说，人类行走的过程实际上是一个不断发生可控的摔倒的过程，也就是说，走路就是可控的摔跤。这看起来很违背常识，但是事实就是如此。为了证明这一事实，我们可以看看人类行走的分解动作。

人类行走分解动作

在这个动作中，人体的重心不断发生前后摆动，在（3）的过程中实际上如果不加以合适的反应，人将会摔倒；好在此时步行者将他的后腿移至前方抑制了摔倒的趋势，这证明了人类的行走确实是可控的摔倒过程。

接下来我们讨论摩擦力是否对步行者做功。力对物体做功的条件有两个，其一是力的存在，其二是物体在力的方向上通过一段位移。在这个问题中，摩擦力的存在是无疑的，但是摩擦力是否做功呢？

在正常行走过程中，人与地面间的摩擦力是静摩擦力（至于为什么不可能是滑动摩擦力，读者可以参考汽车在雪地里打滑的情况，这时候地面与轮胎或者鞋子之间发生相对滑动，实际上就是打滑和摔跤的过程），静摩擦力在物体不发生相对运动的时候存在，所以当静摩擦力存在的这段时间物体（也就是人的脚）相对于地面一直没有发生相对运动，而当脚抬起而与地面发生相对运动的时候，二者不发生接触，因而摩擦力消失。也就是说，力做功的两个条件在这个过程中不能被同时满足，所以我们得到结论：摩擦力在人类行走过程中不做功。

如果我们想讨论一下特殊情况，也就是存在滑动摩擦的情况，那么我们将会需要这样一个场景：小明同学穿着拖鞋摩擦着地向前挪动（听起来像是腿断了），这个过程中地面对人体做功吗？答案是做功，但是别急，在这个过程中脚的运动方向和静摩擦力的方向相反，也就是说地面对小明做负功（这么一来走着就更累了）。

究竟是谁在做功？

在前一节中我们通过了动态的物理过程分析否定了地面对步行者做功的可能性，本节我们试图从能量这种更加抽象也更加反映物理魅力的角度探讨上面的结论。

首先我们先假设：确实是地面对步行者做功使其获得向前的速度。

这样一来，我们就面临一个问题，由于功是能量转化的量度，所以步行者的动能增加实际上就是地面做功的结果，那么这就表示在行走这一问题上人不花费能量。也就是说，一个人不吃不喝饿得奄奄一息，他也能行走，毕竟地面会对他做功增加他的能量嘛，他又不需要从食物中补充能量来完成行走活动了。

上面的推论显然荒谬，这也就说明了原假设错误——地面对步行者并不做功。那么到底是谁在对步行者做功呢？总不能是什么妖魔鬼怪或者看不见摸不着的生物吧？这样虽然听起来很酷但是一点也不科学（强行假设一些不存在的东西显然不是科学家所为，对这个问题可以参阅车库中的火龙与模型的实在性）。实际上，做功的正是步行者本身。这个结论其实很容易接受，我们很明显地感觉到走路需要消耗我们吃下去的食物，许多人在散步之后因此而大吃一通，彻底毁灭了他们减肥的希望。

举哑铃真是劳而无功吗？

在上一节我们已经找到了生物运动过程中的做功来源——生物内力做功。这对我们接下来的讨论非常有帮助。

设想一下，你现在拿着一个很重的哑铃把它举在半空，你拼命地维持手臂和其它地方不乱动，试图让这个哑铃静止地呆着。这时候你的高中物理老师走了过来，嘲笑你是个傻瓜——举着哑铃但是不动，弹力就不会对它做功，所以啊，肌肉就不做功，也就是没有任何的锻炼效果。

你已经累得直喘粗气了，手臂也酸得难以忍受，听到你老师说的风凉话迫不及待地想要反驳一通，因为你知道肌肉酸痛是乳酸堆积导致的，而乳酸的存在本身就是肌肉中发生大量耗氧也就是大量能量转化的结果，所以老师的结论显然是错的，可是究竟错在哪里呢？

实际上，老师所谓的“弹力不做功”是正确的，弹力确实不做功，但是这并不意味着“肌肉不做功”。虽然肌肉没有发生什么变化，但是我们的肌肉实际上在发生一个叫做“等长运动”的生理过程。既然是个“运动”，自然是有能量转化，至于能量的来源在上一节的讨论中已经给我们了提示——生物内力。事实上也确实如此，等长运动需要消耗大量的能量保持肌肉处于收缩状态，虽然肌纤维长度不变，但是这个状态的保持本身就需要消耗身体的能量，这就是所谓的生物内力做功。

所以，在考察人体内力是否做功的时候一般不能从做功的两大条件进行探讨，而是应该结合生物知识综合分析能量变化做出合理推断。