El estudio gasto energético de caminar y correr concluye que correr gasta más energía que caminar.
Para mí, aunque correr hace que uno se sienta más cansado, eso solo indica que la potencia fue mayor (ya que el tiempo de desplazamiento fue más corto), pero al final del día la energía total dispensada para moverse hacia adelante por fricción debería ser la misma.
Dado que el estudio muestra lo contrario, ¿cuál podría ser el error en mi razonamiento?
Un obstáculo común señalado en otras respuestas y comentarios es la inapropiación de modelar a un corredor como un objeto puntual (un corredor esférico en el vacío), como se hace en la mecánica clásica simple. De hecho, la descripción cinemática o dinámica (en términos de las leyes de Newton) de un corredor puede requerir modelos más complejos. Por otro lado, los argumentos energéticos y termodinámicos no sufren de esta limitación.
Una respuesta bastante general dada en la mecánica básica (y aplicable a objetos que no son puntuales) es que la potencia es proporcional a la fuerza por la velocidad: $$ P=\mathbf{F}\cdot\mathbf{v}, $$ es decir, moverse con una velocidad mayor, dado la misma fuerza, resulta en un mayor gasto de energía.
Ya sea que la fuerza sea constante o aumente con la velocidad depende de cómo modeleemos la carrera. Es nuestra experiencia cotidiana que, si no aplicamos ninguna fuerza (por ejemplo, si dejamos de mover nuestras piernas), nos detenemos. La razón probable es la resistencia del aire. Por lo tanto, podríamos escribir la ecuación de Newton como $$ m\dot{v}=-F_{drag}(v) + F. $$ La opción más simple para la fuerza de arrastre es $F_{drag}(v)=m\nu v$, donde $\nu$ es el coeficiente de arrastre. Sin embargo, podríamos limitarnos a una declaración general de que esta fuerza está dirigida en contra de la dirección de nuestro movimiento y aumenta con la velocidad, es decir, $$ F_{drag}(v)>0,\\ \frac{d}{dv}F_{drag}(v) >0. $$ La ecuación de Newton da $$ F=F_{drag}(v) \Rightarrow P(v)=F_{drag}(v)v,\\ $$ y la potencia aumenta con la velocidad: $$ \frac{dP}{dv} >0. $$
Observación
Como corredor durante varias décadas, puedo confirmar que se genera una cantidad significativa de calor corporal, y cuanto más rápido se va, más calor se produce. A menos que se haga en clima relativamente frío, esto significa que el cuerpo tiene que deshacerse del calor, lo que cuesta aún más energía.
Marcha atlética: cuando caminar usa más energía que correr a la misma velocidad.
Otras respuestas tratan tanto de correr como de caminar a la velocidad habitual de la actividad correspondiente.
Uno puede correr a cualquier velocidad entre 0 y su máximo y caminar a cualquier velocidad entre 0 y su máximo de caminar.
Y hay un rango de velocidades donde caminar es posible, pero correr es más eficiente.
Los humanos (así como otros animales, principalmente caballos que pueden moverse de varias formas diferentes) cambian instintivamente entre diferentes modos a más o menos la velocidad adecuada.
¿Por qué existen diferentes modos en primer lugar?
Los músculos humanos pueden hacer dos tipos de trabajo:
Al aumentar la velocidad, caminar requiere más y más trabajo estático solo para mantener los pies en el suelo. En algún punto, correr se vuelve más fácil, incluso con el trabajo adicional necesario para saltar más alto (parte de la energía de saltar se recupera al botar en la siguiente pierna).
Como ejemplo extremo: los canguros. Sus músculos tienen un tercer tipo de acción: elástico. (Los músculos humanos pueden hacer lo mismo, pero de manera menos eficiente). Pueden usar sus músculos como resortes y utilizar esta habilidad para sus famosos saltos.
Efficiencia biomecánica.
Caminar tiene una eficiencia mayor, es decir que generas más unidades de desplazamiento útil por unidad de energía gastada. Considera el movimiento con ruedas y auto-propulsado, como andar en bicicleta: Es aún más eficiente, y por eso puedes viajar más lejos y más rápido con el mismo esfuerzo.
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