人走路时是怎样前进的
在学习牛顿第三定律时，学生经常会问：人走路时是怎样前进的？对这个问题，高中物理课本中是这样解释的：人走路时用脚蹬地，脚对地面施加一个作用力，地面同时给脚一个反作用力，使人前进。而有些资料上讲得更加明确：地面给人一个向前的摩擦力，使人向前运动。但这样的解释还是不能让学生真正理解：人走路时受到的是静摩擦力还是滑动摩擦力？如果是静摩擦力，与地面没有相对位移，人又是怎样前进的？
实际上，人的走路是一个相当复杂的运动过程，下面就从动力学角度来剖析人走路时的各个过程。为了研究方便，我们不考虑空气阻力，且假设不出现双脚离地的情况(跑步或快走时双脚会同时离地)，同时认为路面足够粗糙。假如，我们从站立开始向左走路，先迈左脚时，总是把重心先移到右脚上，再提起左脚，同时使身体前顷，重心前移，这时重力对右脚产生一个力矩(以右脚掌为支点)，使人向前跌倒，重心下移，动能增加，直到左脚落地，如图1所示。在这个过程中，右脚有向后滑动的趋势，所在右脚受到向前的摩擦力，由于没有相对滑动，所以是静摩擦力。想象一下，当右脚踩在西瓜皮上而迈左脚时，人就会向前顷，右脚向后滑，如果左脚不迅速向前落地支撑，人就会向前跌倒。
左脚着地前，左脚有向前的速度(人在转动的同时左脚前伸，但速度不一定向正前)，落地后左脚静止，在静止之前有一相对地面向前滑的过程(相对位移极小，时间极短，走路有拖地习惯的人比较明显，鞋底较容易磨损)，所以左脚先受到一个向后的滑动摩擦力，直到静止。静止后左脚仍具有向前滑动的趋势，所以这时受到向后的静摩擦力。如果此时前脚踩到西瓜皮或光滑的冰面上时，前脚就会打滑而一直向前运动，不能建立一个新的支点。此时右脚已具有向前运动的趋势，由于人有一定的反应时间，右脚不可能在极短时间向后支撑，人就会向后仰面摔倒(人走得快或跑步时，左脚落地之前右脚已离开地面向前运动，更容易摔倒)。
左脚着地静止后，左脚掌作为支点，左脚仍受到向后的静摩擦。由于人的重心还有速度，靠惯性人会继续向前转动，考虑左脚落地时的能量损耗，右脚离地前一般要向后/使力蹬0地面，这时腿上的多个关节肌肉收缩(为了简化，不一一画出)，给右脚一个向后的作用力F1(不一定是小腿的方向)，如图2所示。右脚也同时给关节一个向前的反作用力F2，如果没有力来平衡F1，则人的重心是无法移动的(一个人用绳子挂在空中走路的样子就是这种情况)，而此时粗糙的地面给脚一个向左的摩擦力f1和一个向上的支持力FN平衡了F1，于是右脚不动，F2使人的重心向前!向上移动，从右脚的平衡条件可知，右脚离地前(各关节和脚底的缓冲，使脚与地面有一较短的接触时间)，地面对右脚的静摩擦力f1始终等于F1的水平分量。但如果出现猛力地蹬地!跨大步!F1与地面的夹角较小或是地面摩擦系数不是足够大等情况时，就会出现F1的水平分量大于地面对右脚的最大静摩擦力，右脚出现滑动，所以少数人在离地前的极短时间内还会出现极小的相对滑动，导致前脚底磨损。而人在冰面上走路时也是这种情况：在冰面上走时，最大静摩擦力较小，蹬力就不能太大，当然也不能跨大步，如果步子越大，需要克服的重力势能就越多，就必须增大蹬力，从而出现打滑现象。当然，如果地面足够粗糙时蹬力越大，在脚离地前蹬力对人做的功就越多(也可从冲量或力矩角度来分析)，能够克服的重力势能越多，跨的步子也就越大。如果蹬力做的功大于克服重力做的功时，就能转化为人前进的动能，即重心到达最高点时具有的速度，人走路的速度也会加快(人走路的速度还与人的质量等其它因素有关，由于重心的上下变化，人前进时有加速也有减速，一般以平均速度计算)。
由于惯性，人以左脚掌为转动支点，向前转动，同时重心上升，动能减少，此时左脚仍受到向后的静摩擦力。当人的重心刚好在支撑点正上方时，人体只受重力和支持力作用，不受摩擦力，此时左脚着地，右脚具有向前速度而即将向前迈出。此后，由于人体惯性，人的重心越过最高点后继续前移，同时，由于重心下降，使人以左脚为支点向前跌倒，此时左脚则受到向前的静摩擦力，重复前面的过程。如果此时，右脚受阻不能向前跨出(如碰到石块等)，人体的上部由于惯性继续向前运动，人会向前摔倒。
从以上分析可知，人的走路是一个比较复杂的过程，其中有静摩擦力也有滑动摩擦力，而静摩擦力方向有向前和向后。当然滑动摩擦力与地面相对位移极小，能量损耗也极少，而静摩擦力与地没有相对位移，对人不做功，静摩擦力的作用是使脚保持静止，为人体施力前进提供保障，而人前进的动力主要是由人体内部生物能通过肌肉施力做功来提供的。
参考资料：http://phys.cersp.com/XSTD/JYZ/200606/1038.html