mercoledì 13 febbraio 2013

Fisica del tapis roulant

Ovvero perché quando inchino il tapis roulant verso l'alto faccio più fatica.

La domanda non è retorica.
Quando cammino in salita (tipo in montagna), compio  del lavoro (concetto fisico, ovvero forza per spostamento, oppure, trascurando gli attriti, variazione di energia potenziale) contro la forza gravitazionale. Contemporaneamente "compro" energia potenziale della quale posso fare ciò che voglio.
Quando invece cammino sul tapis roulant, lo spostamento verticale (quindi lungo la forza peso)  è nullo, quindi è nullo anche il lavoro, quindi perché faccio fatica? O meglio, perché faccio più fatica di quanta ne faccio camminando in piano?
I movimenti delle gambe sono sostanzialmente identici, ma la fatica è decisamente diversa e le velocità che riesco a tenere in salita sono ben diverse rispetto a quelle al piano.
Sono sicuro che delle due l'una: ho scritto una marea di fregnacce, oppure ho trascurato qualcosa che era meglio non trascurare.
Qualcuno sa darmi una spiegazione?

4 commenti:

Paolo Restuccia ha detto...

Passami il paragone scemo: è come salire le scale.

Quando alzi il tapis roulant compi comunque lavoro (o meglio, devi compiere lavoro contro la forza peso), perché hai una componente del moto che è in direzione verticale (parte in salita) e una orizzontale (la "spinta" in avanti). È quella componente verticale che ti frega perché, pur piccola, esiste e ti fa fare una gran fatica. Quindi è come salire le scale: hai una componente verticale del moto che ti fa fare più fatica rispetto a una camminata in piano.

Dimmi se ho interpretato male quello che hai scritto, ma credo che in realtà la spiegazione è abbastanza semplice. Nel caso posso fare un disegnino schematizzato con le forze in gioco. :-)

Camicius ha detto...

Eh, ma io in realtà sono fermo rispetto alla forza peso. Nel senso il mio baricentro non sale e non scende.
Quando faccio le scale guadagno energia potenziale che posso vendere per avere energia cinetica su uno scivolo, ma su un tapis roulant non guadagno nulla...

La riflessione mi viene perché in aereo si ragiona spesso di energia come "somma" di velocità e quota, e di come posso vendere quota per avere velocità o vendere velocità per avere quota....

Paolo Restuccia ha detto...

Giusto, il baricentro non si muove, il fatto è che il tuo movimento (che può essere schematizzato come una forza) il quale ti permette di mantenere il baricentro fermo, non è più parallelo al suolo, ma ha anche una componente lungo l'asse verticale. Hai quindi una componente della forza che eserciti sul tapis roulant diretta verso l'alto (che non esiste nel caso "orizzontale") che va contro la forza peso ed è la causa della maggior fatica prodotta dal tapis roulant inclinato.

Forse la cosa migliore per risolvere l'apparente paradosso è quella di considerare un sistema di riferimento esterno fermo rispetto a tu che sei sul tapis roulant. Se usi questo risulta più chiaro il perché dell'esistenza della componente verticale che compie lavoro contro la forza peso e del perché, pur essendo fisso il baricentro del tuo corpo, tu faccia più fatica rispetto al caso "orizzontale" (dove questa componente del moto non c'è, poiché tutta la forza che produci è diretta in un'unica direzione, quella orizzontale, mentre in questo caso la stessa forza viene divisa lungo i due assi di riferimento).

Spero di essere stato un po' più preciso nella spiegazione. :-)

Anonimo ha detto...

Spiegazione a paroloni:
il sistema di riferimento a cui tu sei solidale e' il tapis-roulant, e rispetto ad esso stai andando in salita.

Spiegazione a parole povere:
se cammini o corri dentro un treno, tu fai un certo lavoro, che e' indipendente dal fatto che il treno sia fermo o si muova. Presumo che questo sia facilmente comprensibile. Un tapis-roulant e' come un treno infinito, che si muove alla stessa velocita' a cui tu corri. Se il treno si muove a 10km/h in una direzione e tu corri a 10km/h nell'altra, ti trovi esattamente nella stessa situazione del tapis-roulant, dato che il paesaggio fuori dal treno rimane immobile. Non e' immediato da percepire perche' non e' un ambiente chiuso, ma correre su un tapis e' come se sotto i piedi ti stesse passando il pianale di un treno.

Ora, metti il treno in salita (ok, diciamo che il treno diventa un trenino a cremagliera...): il pavimento del treno e' in salita. Finche' il treno si muove a velocita' costante, e' come se tu stessi correndo all'aperto su un pendio con la stessa inclinazione. Se il treno sta salendo, scendendo o e' fermo, e' indifferente. Il tapis roulant in salita e' come un treno in salita.

Spero di essere riuscito a farmi capire, ma e' davvero semplicemente una questione di sistemi di riferimento.

PS: in realta' la differenza fondamentale tra treno e tapis e' che nel treno, l'aria e' ferma rispetto al pavimento, mentre su un tapis roulant l'aria e' fermo rispetto alla palestra. Questo implica che tu, correndo sul tapis, non hai resistenza areodinamica. E dunque correre a 10km/h sul tappeto equivalgono a correre all'aperto con un vento di 10km/h a tuo favore per tutto il tempo. Puo' sembrare poco, ma non lo e'.