Это физика того, что произошло в тот день, но исследование, проведенное в Университете штата Огайо, пытается объяснить человеческую сторону явления: почему — сознательно или бессознательно — люди попадали в одну и ту же каденцию и продолжали идти этим путем? даже когда мост качнулся под ними?В тот день раскачивание нервировало многих пешеходов, и власти закрыли мост на два года для внесения изменений.
Но ходунки сделали это сами, потому что ходьба по покачивающейся поверхности экономит энергию — около 5 процентов — по сравнению с ходьбой по неподвижной поверхности, — сказал Манодж Сринивасан, доцент кафедры машиностроения и директор Лаборатории движения в штате Огайо.«Мы обнаружили, что когда на мосту всего несколько человек, энергетически оптимально идти, не раскачивая мост. А если на мосту достаточно людей, лучше встряхнуть мост и тем самым снизить вашу энергию. затрат ", — сказал Сринивасан.Исследование опубликовано в февральском выпуске журнала Proceedings of the Royal Society A.
Он объяснил, что до того, как инженеры добавили амортизаторы к мосту и снова открыли его в 2002 году, конструкция имела определенную «упругость», напоминая беговую дорожку. Но в отличие от стационарной беговой дорожки, мост мог качаться из стороны в сторону на своих стальных тросах.
Что-то в этой ситуации побуждало людей идти определенным путем.Войдите в Шринивасан и его команду, которые пытаются разработать полную теорию передвижения на ногах, чтобы объяснить, почему люди ходят так, как мы. Стабильность, конечно, является первоочередной задачей, когда мы ходим.
Но помимо этого исследования, проведенные Movement Lab, показывают, что следующим главным приоритетом людей является экономия энергии, независимо от ситуации.Эффект, который он и его коллеги начали в шутку называть «принципом максимальной лени». Люди склонны корректировать такие факторы, как частота вращения педалей, длина и ширина шагов, если это сэкономит даже крошечное количество энергии.«Конечно, люди должны быть стабильными, но когда они станут стабильными, они захотят двигаться так, чтобы они меньше всего устали», — сказал Варун Джоши, докторант и ведущий автор статьи. «Пять процентов — это не большая экономия энергии, но это примерно эквивалентно ходьбе со школьным рюкзаком или без него.
Это не большая нагрузка, но то, что люди замечают».В конце концов, Джоши и Сринивасан хотели бы проверить, как люди двигаются по покачивающейся поверхности в лабораторных условиях, хотя это будет сложно настроить. Но для этого анализа они создали компьютерную модель, которая делает то же самое — упрощенное человеческое тело, идущее по плоской поверхности.
Они сравнили модель, идущую по типичной беговой дорожке, с моделью, обладающей упругостью и раскачивающейся способностью оригинальной конструкции моста Миллениум.На обычной беговой дорожке модель-человек подпрыгивала вверх и вниз, как мы обычно делаем при ходьбе.
Вот как мы расходуем большую часть своей энергии, когда идем, отталкиваясь от земли. Но на беговой дорожке, которая раскачивалась из стороны в сторону, модель качалась немного меньше, чтобы добиться того же поступательного движения, так что ногам требовалось меньше усилий и экономилось около 5 процентов энергии.Частота раскачивания и свойства моста должны быть подходящими, чтобы произошло снижение энергии.Отчасти Шринивасан так очарован дебютом «Мост Тысячелетия», потому что люди каким-то образом спонтанно попадали в каденцию, которая создавала такое колебание, которое заставляло больше людей впадать в ту же каденцию, что еще больше усиливало колебание моста.
Люди на мосту в тот день, казалось, расширили свой шаг, неосознанно увеличивая поперечные силы, которые, в свою очередь, увеличивали раскачивание.«В конечном счете, поведение, вероятно, является компромиссом между стабильностью и энергией. Более широкие шаги могут повысить стабильность, но оказывается, что когда вы идете по покачивающемуся мосту, более широкие шаги также экономят энергию», — сказал он.
Еще предстоит проделать большую работу, прежде чем исследователи смогут полностью понять все силы, которые заставляют нас ходить так, как мы идем, но ответы помогут при разработке протезов и других вспомогательных устройств, а также роботов.