Biomechanik : Geht's nicht schneller?
Abheben ist verboten! Denn sobald nicht wenigstens ein Fuß Kontakt zum Boden hat, ist aus dem Gehen ein Laufen geworden. Das setzt der Geschwindigkeit eine obere Grenze, die sich nach den Gesetzen der Physik berechnen lässt. So ungefähr zumindest.
© Richard Zinken (Ausschnitt)
Die Chancen sind ungleich verteilt: Meine Frau ist etwa 1,60 Meter groß, ich fast 1,90 Meter. Was meinen Sie, wer schneller gehen kann? Nun, ich werde Ihnen das Grübeln ersparen. – Es kommt nämlich darauf an, ob meine Frau gerade Hunger hat und wir am Ziel etwas essen wollen. Ehrlich! Unter diesen Bedingungen hängt sie nicht nur mich, sondern auch alle Freunde und Bekannte (darunter Basketballspieler und Marathonläufer) locker ab. Motivation ist eben alles.
Oder zumindest fast. Für einen Physiker spielt sie bei seinen Berechnungen eher gar keine Rolle. Da wird die Welt theoretisch – und ist mit den Augen des realen Menschen mitunter kaum wiederzuerkennen. Um die simple Frage zu beantworten, wie schnell ein zweibeiniger Mensch gehen kann, bevor er aus Versehen mit beiden Füßen gleichzeitig vom Boden abhebt und somit läuft, hat beispielsweise James Usherwood von der Universität London den Menschen, seine Beine und Bewegung kurzerhand ein bisschen vereinfacht: Stellen Sie sich eine Kugel vor (das sind Sie), die an einem masselosen Stab (das sind Ihre Beine) vor und zurück pendelt (das ist Ihr Gehen).
So sieht die Welt der Theorie aus, und so kann Usherwood nun bequem kalkulieren. Für einen Nicht-Physiker und Nicht-Mathematiker sind die Rechnungen trotz des reichlich reduzierten Systems weiterhin alles andere als bequem – es wimmelt von trigonometrischen Funktionen, Winkelgeschwindigkeiten und dimensionslosen Kenngrößen. Doch ein geschulter Geist erkennt schnell, dass eine Geschindigkeit von 2,2 Metern pro Sekunde mit einer Schrittlänge von 0,9 Metern und einer Schrittfrequenz von 2,5 Hertz die Grenze zwischen Gehen und Laufen darstellt. Schuld daran ist die große Fliehkraft, wenn wir gerade so schön in Fahrt voran sind. Bei zu hohem Tempo kann die Gravitation entlang des Beines dem nicht genug entgegensetzen, und wir verlieren den Kontakt.
Im Prinzip könnte der Mensch übrigens doch ein bisschen flinker sein. Allerdings muss er dafür kleinere Schritte mit höherer Frequenz machen. Genau das könnte der Trick meiner Frau sein. Denn mit 1,60 Metern Körpergröße ist es offenbar leichter, die Beinchen schnell vor und zurück zu schleudern, während es oberhalb von 1,85 Metern mit der Zentrifugalkraft, den Hebelwirkungen und der Koordination schwieriger wird.
Und noch jemand durchbricht die theoretisch berechnete Geh-Mauer regelmäßig: Sport-Geher. Wie die ihr Renntempo erreichen, kann Usherwood jedoch überhaupt nicht erklären. Irgendwie kommen da wohl Gelenke, Muskeln und sprungfederähnliche Mechanismen ins Spiel. Die gab es ja alle nicht in dem vereinfachten Rechenmodell – in der komplizierten Natur schon.
So verrät uns die Forschung, was große Leute und Eltern entdeckungsfreudiger Dreikäsehochs irgendwie schon geahnt hatten: Wenn jemand mit kurzen Beinen hochmotiviert losgeht, dann musst du laufen, um dranzubleiben. Welch Triumph der Wissenschaft!
Oder zumindest fast. Für einen Physiker spielt sie bei seinen Berechnungen eher gar keine Rolle. Da wird die Welt theoretisch – und ist mit den Augen des realen Menschen mitunter kaum wiederzuerkennen. Um die simple Frage zu beantworten, wie schnell ein zweibeiniger Mensch gehen kann, bevor er aus Versehen mit beiden Füßen gleichzeitig vom Boden abhebt und somit läuft, hat beispielsweise James Usherwood von der Universität London den Menschen, seine Beine und Bewegung kurzerhand ein bisschen vereinfacht: Stellen Sie sich eine Kugel vor (das sind Sie), die an einem masselosen Stab (das sind Ihre Beine) vor und zurück pendelt (das ist Ihr Gehen).
So sieht die Welt der Theorie aus, und so kann Usherwood nun bequem kalkulieren. Für einen Nicht-Physiker und Nicht-Mathematiker sind die Rechnungen trotz des reichlich reduzierten Systems weiterhin alles andere als bequem – es wimmelt von trigonometrischen Funktionen, Winkelgeschwindigkeiten und dimensionslosen Kenngrößen. Doch ein geschulter Geist erkennt schnell, dass eine Geschindigkeit von 2,2 Metern pro Sekunde mit einer Schrittlänge von 0,9 Metern und einer Schrittfrequenz von 2,5 Hertz die Grenze zwischen Gehen und Laufen darstellt. Schuld daran ist die große Fliehkraft, wenn wir gerade so schön in Fahrt voran sind. Bei zu hohem Tempo kann die Gravitation entlang des Beines dem nicht genug entgegensetzen, und wir verlieren den Kontakt.
Im Prinzip könnte der Mensch übrigens doch ein bisschen flinker sein. Allerdings muss er dafür kleinere Schritte mit höherer Frequenz machen. Genau das könnte der Trick meiner Frau sein. Denn mit 1,60 Metern Körpergröße ist es offenbar leichter, die Beinchen schnell vor und zurück zu schleudern, während es oberhalb von 1,85 Metern mit der Zentrifugalkraft, den Hebelwirkungen und der Koordination schwieriger wird.
Und noch jemand durchbricht die theoretisch berechnete Geh-Mauer regelmäßig: Sport-Geher. Wie die ihr Renntempo erreichen, kann Usherwood jedoch überhaupt nicht erklären. Irgendwie kommen da wohl Gelenke, Muskeln und sprungfederähnliche Mechanismen ins Spiel. Die gab es ja alle nicht in dem vereinfachten Rechenmodell – in der komplizierten Natur schon.
So verrät uns die Forschung, was große Leute und Eltern entdeckungsfreudiger Dreikäsehochs irgendwie schon geahnt hatten: Wenn jemand mit kurzen Beinen hochmotiviert losgeht, dann musst du laufen, um dranzubleiben. Welch Triumph der Wissenschaft!
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