Por que cansamos quando caminhamos ou corremos na horizontal?

15 de junho, 2010 às 21:01 | Postado em Atrito, Mecânica, Termologia, termodinâmica

Bom dia Lang!

Eu sou seu ex-aluno da Eng. Elétrica e gostaria de resolver uma dúvida.

Eu compreendo que quando caminhamos subindo uma rampa cansamos pois armazenamos energia potencial gravitacional. Mas quando caminhamos em uma superfície dura, plana e horizontal não armazenamos energia potencial e também cansamos. E quando corremos na horizontal, cansamos mais ainda. Seria consequência do atrito que resiste quando caminhamos e corremos?

Abraços

A tua pergunta é interessante e tens razão em parte sobre as forças de resistência (atrito, …). Entretanto cabe destacar que em sistemas mais complexos podem acontecer processos internos, envolvendo trocas de energia que não dependem das forças externas ao sistema. Mesmo em repouso despendemos energia para manter nosso corpo funcionando.

Quando subimos uma rampa, despendemos energia e  parte da energia despendida aparece sob forma de energia de potencial potencial gravitacional. Para o mesmo deslocamento na mesma velocidade, o dispêndio de energia é maior na rampa do que na horizontal devido a termos que executar um trabalho contra a gravidade.

Nota que quando caminhamos ou corremos, quem nos propulsiona para frente e para cima é a superfície sobre a qual nos movemos, exercendo a força de atrito e força normal entre o solado do sapato e a pista. A força de atrito é uma força externa ao nosso corpo que pode acelerá-lo (isto é acelerar o centro de massa de nosso corpo) na direção horizontal ou compensar forças que resistem ao nosso avanço. Mas tanto a força de atrito estático, quanto a força normal NÃO realizam trabalho no sistema de referência da pista. Lembremos que o trabalho total em um sistema depende também do trabalho das forças internas ao sistema. Vide Girando e aumentando a energia cinética. Como surge a energia cinética extra? e Ganho de Energia Mecânica por um skatista e pelo incensário de Santiago de Compostela.

O ar resiste ao nosso avanço mas essa resistência não é suficiente para explicar o nosso dispêndio de energia (e consequente cansaço) quando nos deslocamos sobre uma pista dura e horizontal.

Quando caminhamos e, principalmente, quando corremos o centro de gravidade de nosso corpo descreve, a cada passada, um movimento de subida e de descida, além de sofrer acelerações horizontais contra e favor da nossa marcha. Ou seja, apesar de nos deslocarmos na horizontal, temos que realizar um trabalho contra a gravidade quando elevamos o nosso centro de gravidade e também para variar, aumentando e diminuindo alternadamente, a velocidade horizontal do nosso centro de massa. Quando baixamos o nosso centro de gravidade, temos que absorver parte da energia cinética que ganhamos pelo nosso centro de gravidade estar descendo. Esta absorção é maior na corrida pois notoriamente elevamos mais o nosso centro de gravidade e o impacto contra o solo tem que ser mais amortecido do que na caminhada.

Também, dado que o nosso centro de massa não se encontra em movimento retilíneo uniforme paralelamente à pista sobre a qual nos movemos, temos que despender energia pela realização de trabalhos internos ao nosso corpo. De fato do ponto de vista dinâmico a caminhada e a corrida são muito complexos pois o nosso corpo não é uma corpo rígido. A cada momento partes do corpo tem movimentos diferentes do centro de massa do corpo.

Sintetizando, devido a esse movimento de subida e descida do nosso centro de gravidade temos que constantemente trabalhar, despender energia internamente a nosso corpo. Adicionalmente despendemos um pouco de energia para vencer a resistência do ar mas esse gasto é pequeno quando comparado ao anterior. Se tivéssemos rodas, poderíamos nos movimentar sem alterar a posição do nosso centro gravidade na vertical, além de ser possível se deslocar sem sofrer acelerações horizontais,  e assim gastar menos energia. Por fim há gastos de energia para que todos os processos internos ao nosso corpo aconteçam enquanto nos movimentamos.

Nota que um corredor a pé que esteja sendo acompanhado em sua corrida na horizontal por um ciclista, gasta muito mais energia do que o ciclista pois o ciclista consegue se deslocar quase sem movimentar seu centro de gravidade na vertical, vencendo apenas as fracas resistências do ar e ao rolamento.

Vide também Musculação: trabalho realizado pelo sujeito.

OBSERVAÇÃO: Infelizmente há uma questão do ENEM onde os redatores de questão e o os “iluminados” revisores do INEP demonstraram não saber que forças internas ao corpo de um corredor realizam trabalho:

Mais sobre o teorema trabalho-energia e a questão sobre o Bolt no ENEM-2015

Questão 67 sobre a corrida do Usain Bolt – Prova Branca – ENEM2015

“Docendo discimus.” (Sêneca)

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