С точки зрения физики, есть ли смысл в наклоне беговой дорожки?

С точки зрения физиологии, смысл в наклоне беговой дорожки заключается в переходе с воспроизведения движений человека по равной дороге на имитацию движений на подъём в гору, когда группе мышц, необходимых для восхождения, приходится работать больше. Ноги поднимаются выше, сильнее распрямляется стопа. Согласно физиологам (если им верить) наклон дорожки увеличивает расход калорий на 5-10 %.

1. Поэтому ходьба по такой дорожке эквивалентна реальному подъёму в горку.
2. При увеличении угла наклона беговой дорожки, нагрузка на человека возрастёт.

Казалось бы, бег по кругу как и ходьба по дорожке, тоже не производит никакой работы, центр тяжести возвращается в исходную точку. Однако, с точки зрения физики работа это A = FS. При известных усилиях на перемещение F, имеем S — длину окружности ― и вуаля! ― работа есть. При этом не важно, что кривую окружности свернули в ленту беговой дорожки, отсчитать километраж перемещения по ней нетрудно.

Сложнее разобраться с дополнительной нагрузкой от наклона беговой дорожки, ведь "центр тяжести человека покоится относительно центра тяжести планеты Земля" и не переходит с одной "эквипотенциальной поверхности" на другую. Здесь можно пуститься во все тяжкие с классическим примером из физики, когда тело находится на наклонной поверхности. Но попробуем.

Представим тело зафиксированным в пространстве, под ним находится клин. Снизу на клин давит некая сила F, равная весу тела. Что остаётся делать с клином, чтобы он не выскользнул между двух точек приложения сил и не сместиться ― компенсировать такое смещение, подложить беговую дорожку под тело. Загвоздка только в переводе работы механизма дорожки на работу тела. Получилось не очень наглядно и не убедительно, фиаско.

Тогда обратимся к Эйнштейну, породившему принцип относительности, прочно утвердившемуся в физике. В данном случае, из принципа следует, что раз тело (организм человека) расходует энергию (и почему это не следует доверять физиологии, не такая же что ли наука, как физика, тоже оперирует величинами, полученных путём измерений и экспериментов), то работа совершается.

Слегка подумав, решил, да нет никакого фиаско с классикой. Ведь при наличии дорожки между телом и клином, появляется горизонтальная сила, действующая на тело. Так дорожка старается оттолкнуться от тела и тело работает, сохраняя своё зафиксированное положение.

В общем-то эти размышления предназначены для физика, который приведёт их в упорядоченный, "классный" вид. Моя же ставка делается на принцип относительности Эйнштейна. Его поймёт тот, кто бреется "бритвой Оккама".

Вот Роджер объясняет:

Это утверждение неверное и никакого отношения не имеет к данной теме. Таки да, при ходьбе на несколько сантиметров центр тяжести человека поднимается выше, когда он проходит через опорную ногу и снижается, когда две ноги при шаге образуют «треугольник». В связи с чем, особых усилий на это не тратится (колебательный процесс вроде качелей). У быстро бегущих спортсменов амплитуда колебаний центра тяжести значительно меньше (две ноги одновременно не касаются дорожки, не создадут «треугольника»).

Что касается наклонной беговой дорожки, то ее можно представить в виде этакого длинного транспортера накрытого цилиндрическим колпаком и движущимися вниз вместе. Находясь внутри данной конструкции, человек будет себя считать неподвижным. Если пойдет или побежит вверх, то это будет реальный подъем в гору с повышенной нагрузкой.

Следовательно, относительно беговой дорожки центр тяжести человека поднимается, а относительно помещения зрительно нет. Можно беговую дорожку заменить эскалатором и идти против хода. Вроде как топчемся на месте, а пыхтя, поднимаемся явно по ступенькам, со всеми вытекающими последствиями.

1) Ходьба по наклонной дорожке эквивалентна реальному подъёму в горку.

2) При увеличении угла наклона беговой дорожки, нагрузка на человека возрастёт.

Физика тут - почти не причём, данный вопрос гораздо больше относится к физиологии.

Ответ на вопросы в пояснении: первый - да, но зависит от наклона, второй - да, безусловно.

Но наклон изначально - не для этого и не поэтому.

Когда человек быстро идёт или бежит в естественно среде - он непроизвольно наклоняет корпус вперёд - это вполне естественная реакция организма.

Небольшой наклон позволяет телу в любой точке бегового шага сохранить "динамическое равновесие" - как бы странно это не звучало. И на поддержание этого "равновесия" организм тратит немало сил.

А при занятиях на тредбане человек не наклоняется - нет необходимости, а иногда и возможности - и получается почти обычный бег на месте. Он, конечно, "общепримиряющий", но гораздо менее интересен с точки зрения нагрузки на организм.

Вот для того, что бы сымитировать нормальный бег с наклоном - и поднимают передний край бегового тренажёра на небольшой угол.

А увеличивая это угол - действительно можно увеличить нагрузку, так как ноги придётся не только толкать вперёд, но и поднимать вверх.

Поскольку я одно время ходила в тренажерный зал, могу точно сказать, что да, на оба вопроса.

Действительно, когда у беговой дорожки ощутимый наклон, ощущения похожи на подъем в гору.

И если угол наклона увеличить, то нагрузка возрастает.

Однако, пройдя эти занятия, могу ещё заметить, что особого значения этот "угол" имеет не для всех.

Он хорош для спортсменов.

Чем больше угол, тем больше идёт нагрузка на стопу.

Очень быстро ноги встают.

Потом с непривычки болят.

Так что для любителей и желающих похудеть этот наклон не очень целесообразен.

Мне не понравилось с наклоном бегать по этому тренажёру.

Центр тяжести как раз подвижен в пространстве. Если ничего не делать, то сразу обнаружите это, стоя на движущейся беговой дорожке

Бегун, совершая беговое действие, приводит центр тяжести в квази неподвижное состояние. И для этого бегун совершает работу

Нет принципиальной разницы: бежит ли человек по неподвижной поверхности или движется поверхность, а человек это перемещение компенсирует

Принципиальная разница состоит в том, что при занятиях на беговой дорожке, во-первых, стопа работает недостаточно из-за отсутствия неровностей, впадинок, бугорков и текстуры поверхности; во-вторых, нет сопротивления воздуха, так как основная масса тела не перемещается в пространстве

А что касается угла наклона, то, конечно, эффект ощущается. Но эквивалентным подъёму/спуску с горы я его не считаю, см. абзац выше

Ну с таким подходом и подъём в гору, и спуск с неё не имеет смысла - достаточно взять за точку отсчёта человека, и его центр тяжести будет неподвижен =)

А вообще, думаю, человеку, знакомому с физикой будет всё из рисунка понятно, особенно если ось Х расположить вдоль плоскости беговой дорожки.

И, дорогие отвечающие, обратите внимание, что это работает даже если поставить на беговую дорожу плоского прямоугольного кота или сферического коня в вакууме, то есть, дело не в положении тела или каких-то там движениях мышц - сила тяжести и геометрия, ничего больше.

Посмотрите на рисунок к Вашему вопросу.

Девушка на наклонной беговой дорожке выставила вперёд согнутую в колене левую ногу.

В следующее мгновение девушка вынесет вперёд (дальше левой ноги) свою правую ногу, тоже согнутую в колене, а вот теперь левую ногу ей придётся, поднимая свой центр тяжести, выпрямить, чтобы оказаться в той же позе, что и на рисунке, только в зеркальном отражении (левая нога прямая, правая согнутая).