BIOFYSICA
natuurkunde
II HET LOPEN IN EEN NATUURKUNDIG MODEL
Loopcyclus:
1. Been A naar voor -> been B blijft staan
2. Been A komt neer -> been B zet af
3. Been B naar voor -> been A blijft staan
4. Been B komt neer -> been A zet af
Er staats steeds slechts één voet op de grond. Bij hardlopen is dit niet zo.
Natuurkundige eigenschappen:
- Stapfrequentie
- Staplengte
- Stapbreedte
Loopmodel:
In het figuur zie je de stap, waarbij
‘been A naar voor -> been B blijft staan
& been A komt neer’.
Je ziet in de figuur dat het standbeen
been B, naar voren verschuift,
wanneer been A (zwaaibeen), zwaait.
Dit is de beweging, waarmee been B
zich afzet. Hierbij verschuift het
zwaartepunt met een boogje -> zie
verder Energie, staplengte en
stapfrequentie
De schommelfrequentie hangt af van
de lengte van de slinger, net als de loopfrequentie afhangt van de beenlengte. Iedereen heeft dus
een ‘eigenfrequentie’.
Het kost weinig energie om te lopen op ongeveer het tempo van je ‘eigenfrequentie’. Wanneer je
hier overheen wilt gaan, gaat dit meer energie kosten. De stapfrequentie van mensen ligt dus dicht
bij hun ‘eigenfrequentie’.
De gehele loopcyclus wordt beschreven met T.
FORMULE: T =2 π
T = tijd in seconde
√ l
g
l = lengte
g = valversnelling
1
, De stapfrequentie is:
1
FORMULE: f =
T
Deze hangt dus af van de lengte van het been, want T hangt daar ook vanaf.
Kleine kinderen hebben hierdoor ook een hogere stapfrequentie, dan lange mensen, omdat hun
beenlengte kleiner is, waardoor T kleiner wordt en f groter. Hierdoor worden kleine kinderen snel
moe, als ze op het tempo van een volwassene moeten (ze gaan dan boven hun ‘eigenfrequentie’,
waardoor het extra energie kost).
Energie, staplengte en stapfrequentie:
Zoals al eerder genoemd veranderd je
zwaartepunt met een boogje. In deze
afbeelding zijn dat punten A, B & C.
Je ziet alleen het zwaaibeen.
Op het hoogste punt heb je zwaarte-
energie. Deze energie wordt van punt A
naar B, omgezet in kinetische energie.
Als de het zwaartepunt weer omhoog
gaat (wanneer been B->voor) wordt de
kinetische energie weer omgezet in
zwaarte-energie.
Wanneer het zwaaibeen, de grond raakt, moet het zwaartepunt van richting veranderen. (Niet meer
naar schuin beneden, maar naar boven, voor de volgende stap.) Dit kost energie. En vooral de
veerenergie van de pezen, waarbij chemische energie zorgt voor het samentrekken van de spieren.
De hoeveelheid energie, die het kost, hangt af van je staplengte. Is die kort, dan hoeft het
zwaartepunt minder snel en minder steil te bewegen bij B, aan het eind van de stap.
Wanneer je staplengte dus lang, is, moet het zwaartepunt meer van richting veranderen en dit kost
meer energie.
Het is logisch dat we niet met mini stapjes gaan lopen, want deze frequentie ligt niet dicht bij onze
‘eigenfrequentie’. Als we dit wel doen, is de stapfrequentie onnatuurlijk hoog, wanneer je met een
normale snelheid wilt lopen en voor het lichaam kost het dan teveel energie om de snelheid op te
voeren.
Het lichaam moet de zorgen dat je niet te grote stappen maakt (dat kost veel energie om het
zwaartepunt van richting te veranderen), maar ook niet te kleine (dat kost energie om op een
redelijke frequentie te lopen).
Van lopen naar rennen:
Om te meten hoeveel chemische energie wordt verbruikt bij lopen. Meet je de zuurstof- en
stikstofconcentratie van de omgeving en de lucht die de persoon uitademt. Dit meet je tijdens het
lopen op de loopband, maar ook bij stilstaan, omdat het lichaam ook energie verbruikt voor hartslag,
2
