Energieverbruik bij gaan en lopen
Tijdens het gaan en lopen wordt veel energie verbruikt. Waar gaat deze energie nou eigenlijk aan verloren? In dit artikel wordt ingegaan op waar tijdens het gaan en lopen energie aan verbruikt wordt. Het gaan en lopen in dit artikel is gebaseerd op het Inverted Pendulum Model. Er bestaan ook andere theorieën over het gaan maar deze worden in dit artikel niet besproken.De omgekeerde slinger
Om de transitie tussen het gaan en lopen te verduidelijken wordt er hierbij gebruik gemaakt van een model waarin een been voorgesteld wordt als een massaloze staaf met de lengte L waarop een bol rust met een massa m voorstellend de romp. De standfase van het gaan wordt gemodelleerd door de staaf vanuit een positie van hielcontact, waarbij het been onder een hoek van bijvoorbeeld 65° met de vloer staat, over de vloer te laten kantelen. De massa doorloopt hierbij een cirkelbaan met als straal de beenlengte. Dit model van het gaan staat bekend als ‘the inverted pendulum’ (de omgekeerde slinger).Een massa die langs een cirkelbaan beweegt, bezit een steeds wisselende snelheidsrichting. Deze verandering van de richting van de snelheid van de massa wordt de centripetale versnelling genoemd. Deze versnelling die loodrecht op de baan van de massa staat is het gevolg van een kracht die op de massa moet werken om hem in de baan te houden. Denk hierbij aan een steen die u aan een touwtje ronddraait. De spankracht in het touw levert de noodzakelijke kracht die de steen in de cirkelbaan houdt. Of, met andere woorden: de spankracht veroorzaakt de centripetale versnelling van de steen die nodig is om hem in de baan te houden. De noodzakelijke centripetale versnelling hangt samen met de snelheid. Hoe harder u draait hoe hoger de spanning in het touw. Zo is het ook met de massa van het lichaam die tijdens de standfase een cirkelbaan doorloopt. Hoe sneller u loopt, hoe groter de kracht die nodig is om de massa van uw lichaam in de cirkelbaan te houden. In het geval van het been in de standfase is er geen touw aanwezig dat er voor kan zorgen dat de massa in zijn baan blijft. De voet staat immers los op de grond. De enige kracht die de voet aan de grond houdt is de zwaartekracht.
In het inverted pendulum model is er een ‘single support’ fase en een ‘double support’ fase. In de single support fase tijdens het gaan is er een been wat op de grond staat en het andere been is in de zwaaifase. Wanneer de double support fase begint komt het tweede been op de grond en veranderd de neerwaartse versnelling in de heup in een versnelling omhoog, zodat het andere been in de zwaaifase komt. Dit verschijnsel wordt ‘step to step transition’ genoemd.
