為什麼人拎著很重的東西站著不動還會覺得很累？事實上幾乎沒有做任何功？

作者：由李治林發表于歷史時間：2015-10-19

李治林2017-07-22 18:54:48

很有趣的問題，我在中學剛學物理時也有類似的疑惑。

如果把肌肉看成一個點，那確實沒做功；可肌肉不是質點呀，它是一個複雜的、具有內部結構的

質點系

呢，其內部相互作用也會做功。實際上，要能提起水桶，肌肉就需要

繃緊

。而肌肉本身是由許多纖維蛋白交錯排列組成的，包括粗肌絲、細肌絲、橫橋等，具體結構請自行搜圖。大腦命令肌肉繃緊時，纖維之間不斷地相對滑動以保持繃緊狀態，這一過程是要消耗ATP的，即

消耗了人體內物質的化學能，轉化為機械能和內能

。

當然，手腕上戴著手錶自然下垂，不引起肌肉繃緊，也就不會額外做功。

一個有趣的現象是，

很多鳥類是抓著樹枝睡覺的

，為了不把寶貴的能量消耗在無聊的抓樹枝事業上，它們的腿腳擁有一套特殊的由肌腱和骨骼組成的鎖釦機關，

肌肉放鬆時腳部自然抓緊

，而放開樹枝時才需要用力，這與我們正好相反。

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第59期第2題

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nusc1002015-10-17 13:27:39

樓主這個問題問得非常好。

宏觀上看好像我們拎著東西站著沒有做功，但你肌肉內的微觀結構此時正忙得不可開交呢。它們不斷做機械功並消耗化學能。你需要了解一定的有關肌肉構造的知識，才能理解這個現象。

肌肉為什麼能收縮呢？簡單說就是有兩種互相穿插的蛋白纖維能做相對位移。兩種纖維相向滑動時肌肉緊張收縮，消耗ATP，長度縮短。那麼是什麼讓肌纖維相向運動呢？在其中一種肌纖維上，安裝有一種肌動蛋白，它是個分子馬達，工作過程非常像拔河，或登山的人抓著繩子向上爬。兩種纖維就是他們拉動的。那肌肉收縮後靜止時，長度不變，也做功嗎？也做！此時肌動蛋白為了維持緊張狀態還在不斷攀爬做功，但你拎著重物又在向反方向拉扯，此時兩種肌纖維相對位置處於動態平衡狀態。就好比一個人爬山，剛爬一米又脫手掉下來一米，雖然總體上沒有縮短與山頂距離，但為了維持高度，人必須不斷向上爬。這過程當然是消耗能量的。這些ATP能量一部分轉化為肌動蛋白的動能，一部分轉為熱，被血液帶走，耗散掉。

知乎使用者2015-11-07 14:57:05

不邀怒答一發～手機碼字不太舒服，說的不清楚的話見諒

從完全物理的角度這個事情是說不清楚的，我想題主的意思是“為什麼肌肉不做功只產生力也會消耗能量、會累”以及“為什麼站著不動肌肉會用力”。（聽說題主是改過題目的…誒不管了）

首先為了回答這個問題，我們來看一看肌肉收縮的原理。

咱們常說的肌肉中主要含有兩種纖維蛋白，分別叫粗肌絲和細肌絲，兩種纖維含量都很多，交錯排列。粗肌絲的末端有“橫橋”，伸向細肌絲。當來一個訊號的時候，肌肉裡的橫橋就會水解ATP，然後抓住細肌絲，就向後拽，導致細肌絲粗肌絲髮生相對滑動。當肌肉中無數個粗細肌絲相互滑動的時候，肌肉就“收縮”了。

肌肉收縮分為兩大類基本形式：等長收縮和等張收縮。等張收縮指肌肉收縮過程中長度減小，而張力不變。這個很好理解，比如你揮一下手就主要是等張收縮。等長收縮則指由於外力限制，收縮過程中肌肉長度不變的而張力改變的收縮，比如你用力握拳，儘管你的手指手掌沒有相對位移，但你也明顯感到你的肌肉是“用了力的”。在等長收縮的時候，儘管肌肉不發生縮短，橫橋同樣會在刺激下水解ATP，拽著細肌絲向後拉，產生張力。

這時候你可能會覺得不對：咦明明我拎著東西的時候拉力和長度都沒有發生改變啊，那是哪種呢？其實上面所說的等長收縮中張力的改變，指的是在“單收縮”中張力發生的變化。當一個單一刺激到達長度無法改變的肌纖維後，肌纖維發生等長收縮，張力從0上升到一個峰值，這個過程叫收縮期。然後張力逐漸下降至0，這個過程叫做舒張期。上升的然而在我們拎著東西的時候，我們的大腦一直在給肌肉發高頻率的訊號，訊號的間隔甚至小於收縮期的時間。也就是說當肌肉受到一個訊號開始收縮時，還來不及舒張，下一個訊號又來了，於是肌肉只能跳過舒張期而又開始另一個收縮期。這個過程稱之為強直收縮。仔細想一想，這個過程其實強度是很高的，因為神經要連續傳送高頻訊號，而肌肉也要一直收縮。

說完了肌肉收縮的過程，我們再來看一看疲勞。

肌肉疲勞是指肌肉在較高頻率刺激下，收縮反應越來越弱，直至不再收縮的現象。這種現象是由於肌肉收縮能量轉化率不高有需要很多能量，所以會大量消耗ATP。而產生ATP的速度如果跟不上消耗ATP的速度，ATP濃度降低，最終ATP濃度使肌肉無法完成收縮活動。在像拎東西這種強直訊號的刺激下，很快肌肉就會達到疲勞狀態。

而在較為劇烈的運動中，由於氧供應和其他因素的限制，有氧呼吸提供ATP的速度不足以支援肌肉活動，因此無氧的糖酵解就成為了提供迅速分解的ATP的主要來源。同時這種無氧呼吸會產生大量乳酸擴散到血液中，產生“痠痛感”。

至於“為什麼拎著東西肌肉會用力，直接拽著肉發生彈性形變不就好了嗎？”的想法，答案是因為肌肉受外力牽張、拉長時，會引起“牽張反射”，即肌梭中部神經元受刺激產生訊號，經中樞訊號傳遞給支配肌肉的神經，從而引起肌肉收縮。

感覺說了一大堆但說的都不是很清楚…有時間換電腦補幾張圖吧

如有錯漏還請大神們指正…畢竟我也只是一隻偽競賽狗

參考資料：陳守良第四版

以及，我好像記得神經也會產生“疲勞”，但具體找不到了…還求大神指點

王福霖2015-10-14 11:11:07

肌肉的等長收縮也是要消耗ATP的。

殷若瑜2015-10-17 20:01:58

隨便寫點東西收到這麼多贊有點受寵若驚。。。對於評論裡一些回答，怎麼說呢，對於 W = FS 這種公式就不用給我說啦。。。對一些明顯沒理解物理概念的評論我也不一一糾正了，祝大家天天進步~

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不專業，強行答一次

把重物掛牆上不需要能量，但人提重物卻很累。why？首先題主的思路是對的，人做功嗎？

答案是，做功

為了維持肌緊張，人體需要消耗ATP，換句不準確的話說，由於肌肉本身沒有這個強度，那麼維持這個強度，必須做功。

打個比方，我們用一個噴泉“頂“起重物，使噴泉的衝擊力和重力平衡。顯然，水對重物不做功，但水為了與重物發生“不做功的作用“，它必須先獲得足夠的動能。這個動能不會傳遞給重物，但若沒有這個動能，就無法發生作用。同一個道理，直升機懸停也要燒油

呢喃花2018-05-09 11:50:34

因為你的手臂關節沒有“閉鎖”功能，所以肌肉就靠及其細微的

抽搐運動

來維持關節姿態，實際上你的是“運動的”，但是這個概念不是物理模型上的“做功”，物理上只關心這個水桶的空間與時間問題，同時物理模型上你的手臂應該是個剛體的鉤子，水桶的動能和勢能都沒有改變，而你作為“剛體”的人也沒對他做功。

但是切換回到現實的問題來，考慮生物體的模型，你是對水桶做功的，剛才我說了，你的肌肉要做

極其微小

但是力量很大的“

抽搐”運動

，水桶真實情況是極其微弱的在“垂直

振動

”的。不信你現在就拿起一支筆，然後控制你的手臂讓他保持不動，你仔細看，你的手其實會抖動的。

逝水如刀2015-10-18 10:46:43

有一種功叫內功，以發熱為表現形式。

llun2017-07-06 14:38:54

——《費曼物理學講義》

朱文傑2020-03-24 19:06:21

假設一個人手裡提著一個豬頭站在火車站廣場一動不動

一、設豬頭重mKg，人提起來後高度為h，然後一直保持平衡狀態

二、力在空間上的積累為功力在時間上的積累為衝量

顯然，提著豬頭一動不動，該豬頭在空間上的位移就為0。但是一直提著，力就在時間上積累，設提著的時間為t，人給豬頭的力為F。則豬頭所受衝量為：

I=（F-mg）*t=0

即：Ft=mgt

只要人一直提著豬頭，重力對豬頭就會一直在時間上積累，那麼人也就必須一直給豬頭一個與重力相反的力來抵消，以維持該豬頭一直處於高度為h且一動不動的狀態。既然人一直提著豬頭不動，那麼他就必須一直對豬頭施加一個mg大小的力。一直出力，自然會累。那麼，為什麼會累呢？

三、為什麼會累

人的力來自於肌肉，就當是豎直著胳膊提著豬頭吧，因為這種狀態下肌肉產生的力最大。這個時候肌肉會積極收縮，但是由於提著豬頭，還是會被拉長，即產生離心收縮。肌肉收縮產生張力必須依靠生理作用來維持，透過ATP的不斷水解來實現。不斷消耗ATP那麼ATP也就需要不斷地補上，透過呼吸作用消耗葡萄糖等物質來產生ATP。當然一般提著重物不會重到需要無氧呼吸來維持ATP的供應。

肌肉一直處於興奮狀態就會產生肌肉疲勞，然後透過神經-肌肉接頭將這種資訊傳遞給大腦，大腦就會告訴你，放下吧，就是神經系統給人自身一種保護機制，這就是累，表現出來就是想放下豬頭。當然這個時候如果你看到有一群手持大刀的人向自己跑過來，這種累的感覺會立馬消失，力氣滿滿的撒腿就跑，當然聰明一點的人會把提著的豬頭朝那群人扔過去再跑，恩，然後大概就會感覺到肌肉酸了吧，這個時候必須用上無氧呼吸了，不然被砍了也不一定啊……