【原】负重静止为什么会累？人对重物没做功啊！

肌丝滑行

1 引言

近日，一个困扰笔者30余年的物理问题基本上得到了解决。该问题在笔者上中学的时候就有了，那是1990年前后。

1997年任教之后，也常常受到学生的质问，自己的回答十分勉强，既说服不了学生，也说服不了自我。

问题是这样的：人负重上楼过程中，对重物做正功；人负重静止过程中，对重物不做功；人负重下楼过程中，人对重物做负功。从能量转化与守恒的角度看，人负重上楼过程中，是人体化学能转化为了重物的机械能，会感到累。但是在人负重静止的时候，人对重物不做功，为什么也会感到累呢？特别是人负重下楼过程中，重物对人做正功，人的能量增多，为什么也会感到累呢？

春节前后，咨询了不少专业人士，查阅了不少专业文献，观看了不少专业视频，逐渐悟出了这其中的道理。

2 肌丝滑行理论

肌丝滑行理论

3 负重静止不做功为什么也累？

人体由于新陈代谢，存在一个基础能耗，这种基础耗能维持生命活动的必须。人体对外做功是在这个基础耗能之上另外增加的，这些能耗是由人体内的化学反应提供的。

当人们提着重物静止时，从宏观上来看，重物的重力与肌肉收缩的拉力是平衡的。但是从微观上，物体向下的重力与肌肉向上的拉力属于动态平衡的。

每当粗肌丝上的横桥消耗ATP，牵拉细肌丝向上发生微小位移后，在横桥断开的瞬间，重物的重力会把细肌丝拉回原处。为了保持肌肉的紧张状态，维持与重物重力的二力平衡，粗肌丝上的横桥需要不断活化，不断消耗ATP牵拉细肌丝发生细微位移，循环往复，周而复始。

这个过程中人体对重物虽然没有做功，但是肌肉内部的大量粗肌丝及其上面的大量横桥都在不断的摆动牵拉细肌丝做功。粗肌丝中的大量横桥在反复结合断开过程中不断地消耗能量。

利用高速透视摄像机可以拍到肌肉微弱的高频振动，但是人们却感受不到这个持续做功的微观过程，因为肌球蛋白的长度大约160nm，整个肌节的长度大约2~3μm，远远小于人体的运动感知范围。

由于了大量的肌原纤维是并联在一起的，当某一根肌原纤维上的横桥去活化时，还有其它的肌原纤维处于活化状态，这也可以弱化震动幅度，使得物体在宏观上看起来位置不变。

在维持拉力的过程中，肌肉在不断地消耗ATP。由于肌肉中储存的ATP是有限的，很快就会消费干净。ATP供能之后会脱掉一个磷酸基变成ADP，而磷酸肌酸可以向ADP提供磷酸基，从而再次形成ATP，以继续给肌肉供能。

但随着磷酸肌酸的耗尽，ATP供应不足，活化的横桥越来越少，就会逐渐脱力，肌肉会发生不自主的颤抖。当活化横桥数目完全不足以平衡重物的重力时，肌肉就会彻底脱力，重物掉落在地。

随着供能磷酸肌酸和ATP的不断减少，以及代谢产物不断增多，会引发新的反应刺激到神经，使人体产生疲劳感。这时就需要休息、进食、排泄，等待细胞内新的反应补充供能的反应物和代谢掉无用的产物。当处于休息状态时，肌肉中的磷酸肌酸和ATP会通过葡萄糖以及其它营养物质的转化而恢复。

人体的做功效率一般在10%~30%之间，也就是说肌肉收缩做功消耗100焦耳化学能，最多有30焦耳转化为机械能，剩余的70焦耳都转化成内能。当人处于负重静止状态时，消耗的化学能则100%地转化成了内能。

4 结论

你以为你提着重物没有动，实际上你体内的大量肌球蛋白在不断地消耗能量，利用横桥牵拉肌动蛋白纤维前进做功，横桥与肌动蛋白纤维解离后，肌动蛋白纤维因重物的重力作用而滑落，继而横桥再次牵拉肌动蛋白纤维向前移动、再滑落的循环过程。

从宏观上看，人体确实没有对重物做功；从微观上看，大量的肌球蛋白在不断做功，不断耗能。