今天在網(wǎng)上沖浪的時候看到了下面這樣一段話。

爬山的時候會發(fā)現(xiàn)這樣的現(xiàn)象：挑擔(dān)子的往往比散步的游客走得要快。之所以如此，是因為二者心態(tài)不同，挑夫肩上有擔(dān)子，眼中有想到達(dá)的目標(biāo)，不用揚(yáng)鞭自奮蹄；散步者往往一身輕松，到達(dá)目的地的愿望也并不急切，走到哪里算哪里，自然放慢了腳步。

作為一個物理專業(yè)出身的科普作者，對這段話很不以為然。所以，我決定用物理學(xué)來為您解釋一下，為什么挑擔(dān)子的人走得要快？

一、行走中肩部運(yùn)動規(guī)律

人在行走過程中，由于人體姿勢不停地發(fā)生改變，人的肩部位置也在不停地發(fā)生變化。由于人的行走運(yùn)動具有周期性，所以人的肩部在人的行走過程中的位置變化也應(yīng)有這一特點。在行走過程中，雙腿的支撐和擺動交替進(jìn)行，再加上上肢的擺動以及軀干的扭動使得人體的肩部產(chǎn)生移動。

在與地面垂直方向上，肩部的的運(yùn)動呈現(xiàn)出上下波動，波動頻率與步頻相同；在與前進(jìn)方向垂直的左右方向同樣存在這樣一個頻率的晃動，只是幅度比較??；同時肩部還有一個以人體垂直方向的中軸為軸的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動。

當(dāng)然了，肩部還跟隨整個人體一起存在一個前進(jìn)方向上的直線運(yùn)動。只不過這個運(yùn)動并非一個勻速直線運(yùn)動，而是一個速度在某個小范圍內(nèi)的變速運(yùn)動。觀察這個運(yùn)動，只要你端一杯水走路就能看出來，不論你多小心都不能保證水面一動不動。

這里之所以要先說肩部的運(yùn)動，是因為挑擔(dān)子的時候，肩部是人體與擔(dān)子的連接處，也是擔(dān)子的支點。挑擔(dān)子行走與正常行走時肩部運(yùn)動的區(qū)別是運(yùn)動幅度減小，但同樣存在前面所說的4種肩部運(yùn)動方式。

二、行進(jìn)中擔(dān)子的運(yùn)動規(guī)律

估計大多數(shù)讀者都沒挑過擔(dān)子，我也僅有寥寥幾次經(jīng)驗，不過這不妨礙我們觀察，鄉(xiāng)下或者一些景點仍然能看到挑擔(dān)子的人，城市里也偶爾有挑著擔(dān)子走街串巷的賣貨人。

如果你仔細(xì)觀測會發(fā)現(xiàn)扁擔(dān)有這樣的運(yùn)動規(guī)律：1、整根扁擔(dān)像一根上下振動的琴弦，振動頻率與挑擔(dān)人的步頻相同；2、扁擔(dān)的方向與前進(jìn)方向的夾角基本保持不變。

如果你同時觀察挑著擔(dān)子的人，會發(fā)現(xiàn)這個人的動作也與正常走路有區(qū)別：1、步幅比較?。?、步頻比較高；3、行進(jìn)接近勻速直線；4、上身除了無法避免的垂直方向的起伏運(yùn)動之外，左右的搖擺幅度沒有或者非常微弱，更看不見肩部以身體中軸為軸的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動。

三、擔(dān)子振動的物理學(xué)原理

當(dāng)人挑著擔(dān)子站立不動的時候，扁擔(dān)兩端在重物的作用下自然向下彎曲，保持靜止。一旦人行走起來，擔(dān)子的中心支點就會隨著肩部的運(yùn)動而運(yùn)動。前文我們說了，正常行走的時候肩部運(yùn)動是4個運(yùn)動的合成。但挑著擔(dān)子的時候，肩部的主要運(yùn)動是上下的起伏運(yùn)動。

隨著行進(jìn)中肩部的上下起伏，由于扁擔(dān)兩端的重物擁有慣性（物體保持原來運(yùn)動狀態(tài)的能力），所以扁擔(dān)兩端是在受迫狀態(tài)下開始跟隨運(yùn)動。這種運(yùn)動連貫起來，看上去就像扁擔(dān)在發(fā)生上下振動一樣了。

這也能解釋“為什么挑擔(dān)子的人都選用軟扁擔(dān)”的原因。如果是一根硬扁擔(dān)，行進(jìn)中當(dāng)肩部上升時，腿部肌肉就不僅僅要克服自身的重量和擔(dān)子的壓力，還要克服由于肩上擔(dān)子所傳遞的物體加速運(yùn)動所帶來的額外壓力。而一根軟扁擔(dān)，傳遞給腿的壓力只是人體的重量加上擔(dān)子的重量。

所以說，用軟扁擔(dān)，挑擔(dān)子人邁步前進(jìn)的時候，腿部需要的力量比用硬扁擔(dān)小。

在行進(jìn)方向上，扁擔(dān)以及所掛的重物與人體同步保持一種接近勻速的運(yùn)動狀態(tài)，這也是因為慣性的原因。挑在肩上的扁擔(dān)，一旦方向與前進(jìn)的方向固定，在慣性的作用下，就會保持這個方向。如果挑擔(dān)子的人，突然變向，很容易被保持慣性運(yùn)動的扁擔(dān)拉扯而摔倒。

四、挑擔(dān)子的人的腳步為什么快？

人向前走路其實就是一次又一次向前旋轉(zhuǎn)“跌倒”，這個旋轉(zhuǎn)的中心就是支撐腿與地面的接觸點。這種傾跌趨勢，跟人體的重量和跨出步子的大小是有關(guān)的。向前傾跌的趨勢越厲害，邁出的那只腳，在著地時與地面沖擊得越重，這樣不但人要感到吃力，步子也不容易跨穩(wěn)。

挑著重?fù)?dān)走路，等于人體的重量突然增加了許多，向前移步時的傾跌趨勢就很厲害?？s小跨出的步子，可以適當(dāng)減小這種傾倒趨勢；迅速邁出后腳，可以防止真的跌倒。因此，挑重?fù)?dān)的人，走路的步子總是又小又急，這就成了小跑步了。

另外，挑重?fù)?dān)時步子短促，可以使人在行進(jìn)方向上保持速度均勻，這樣擔(dān)子也可以勻速地跟著人向前移動。如果步子又大又慢，擔(dān)子非但不能在前進(jìn)方向保持勻速，更在水平面內(nèi)產(chǎn)生與行進(jìn)方向垂直的左右擺動也會加劇，擔(dān)子就更不好挑了。

五、挑擔(dān)子走路是一種技術(shù)活

說實話，擔(dān)子真不是那么容易挑的，尤其是，如果你一點經(jīng)驗都沒有，上來就挑兩桶水這種重量比較大的擔(dān)子，大概率是走不了幾步就要摔跤。

這其中的原因就是，你很難第一次挑擔(dān)子就能找到擔(dān)子的固有頻率。并且保持自己的步頻與擔(dān)子的固有頻率相一致。并且控制好自己的行進(jìn)一直保持一個近似勻速直線運(yùn)動。

另外，由于肩部受到扁擔(dān)的約束，在挑擔(dān)行進(jìn)中不能同正常走路那樣通過上身沿著身體中軸旋轉(zhuǎn)和擺臂來減輕腿部消耗和保持平衡，這進(jìn)一步增加了挑擔(dān)的難度。

結(jié)束語

人雙腳交替向前，肩部高低變化可以激勵扁擔(dān)作為懸臂梁牽引荷物上下振動；而行走速度的脈動可以引起懸掛于扁擔(dān)兩端的荷物前后擺動，繩索對扁擔(dān)的水作用力和豎直作用力均周期變化，后者可引起扁擔(dān)振動而得到放大。合適的扁擔(dān)可以使挑擔(dān)者在肩部承載較小時邁步向前。會挑擔(dān)的人起肩時常有意識地對扁擔(dān)初始激振，確認(rèn)扁擔(dān)的固有頻率，隨節(jié)奏而邁步。

本文沒有用實驗的辦法對扁擔(dān)的慣性和固有頻率對挑擔(dān)的影響進(jìn)行嚴(yán)格的數(shù)據(jù)論證，有機(jī)會，我會單獨做一個模擬扁擔(dān)的實驗，并以實驗報告的形式，對這個問題進(jìn)行詳細(xì)介紹。