雪地摔跤后，我开始跟“高雅人士”学走路

本文来自微信公众号： 中科院物理所 ，编辑：二分，作者：二分

北京的初雪悄然降临，朋友圈瞬间被雪景刷屏。

小编也兴致勃勃出门赏雪，却没想到在物理所门口积雪的路面上演了一场“优雅”的摔跤。

站起身时我突然想到：这个跤我难道就真的非摔不可吗？那些在雪地上稳步前行的“高雅人士”，究竟掌握了什么秘诀？

人是怎样滑倒的

在看人类是怎样失控滑倒之前，我们先看看人是怎样走路的。这时可能就有小可爱提意见了：长这么大，走路谁不会啊？别着急，让我们猜测一下，看完这段走路的过程，你试着走走，看看还利索不？

人走路是一个复杂的运动过程，假设从站立开始向右走，先迈右脚时，总是把重心先移到左脚上，再提起右脚，同时使身体前倾，重心前移，这时重力对左脚产生一个力矩，使人以左脚为支点向前跌倒，重心下移，动能增加，直到右脚落地。 人体行走过程示意图 [1]

在这个过程中，左脚有向后滑动的趋势，所以受到向前的摩擦力。右脚着地前具有向前的速度，落地后静止，有向前滑动的趋势，所以受到向后的摩擦力。

右脚着地静止后，由于人的重心还有速度，身体会继续向前移动，当人的重心刚好在支撑点，正上方时，人体只受重力和支撑力作用。由于惯性，人体重心越过最高点后继续前移，由于重心的向下向前移动，使人以右脚为支点向前跌倒，直到左脚落地。

同理，在这个过程中右脚则受到向前的静摩擦力，左脚落地受到向后的摩擦力。人体的行走过程就是这样一个左右脚交替着地、离地的过程。

步态周期 [2]

从人走路的过程可以看出，人体滑倒的本质是行走过程中摩擦力不足导致的失衡，其核心机制可归纳为“摩擦系数供需失衡”。

研究表明，行走时脚部与地面的摩擦系数呈现双峰变化 [1] ：当脚着地时，由于制动作用，摩擦系数迅速升高至峰值；随后在脚部推进阶段，摩擦系数再次升高以维持稳定。若此时实际摩擦力（由路面材料、湿度等决定）低于人体维持平衡所需的最小摩擦力（与步长、步速、重心偏移角相关），滑倒便会发生。

不同速度下步态周期中的地面反作用力 [2]

实验数据显示，滑倒风险最高的两个阶段是：

脚着地时的制动阶段（易向后滑）；

脚部推进时的起步阶段（易向前滑）。

例如，在湿滑路面（如水膜覆盖）或踩实雪地中，润滑液的粘度会显著降低摩擦系数，而鞋底与地面的粗糙度匹配度（如微凸峰结构）则直接影响液膜的排开效率。此外，坡道行走时，上坡滑倒多表现为“向后滑”，而下坡滑倒则易导致“向前滑”，且坡度越大，前后滑倒风险越高。

值得注意的是，滑倒并非单纯由摩擦力决定。人体步态参数（步长、步速）、鞋底设计（花纹深度、材料弹性）以及地面表面特性（如石材的Ssk参数，即表面谷深）均会通过改变摩擦系数的“供给-需求”关系，间接影响滑倒概率。例如，儿童因重心偏移角较大，滑倒倾向高于成人；而波浪形路面（如船舱甲板）则会因摇摆频率加剧脚部起步时的失稳风险。

这些区域容易滑倒

日常生活中，易滑区域可依据其滑倒机制分为三类：

雪后踩实的冰层或积水形成连续液膜，显著降低鞋底与地面的摩擦系数（μ）。例如，雪天斑马线因漆面反光被踩实后更滑，停车场出入口因车轮碾压形成冰面，均属于此类。此时，液体粘度（η）越低（如水<去污剂<油），滑倒风险越高。

表面微凸峰（Sa参数）过低或磨损后凹陷（Ssk绝对值增大），无法有效排开液体或提供足够的机械咬合。例如，厨房瓷砖因长期清洁导致花纹磨损，雪天瓷砖因鞋底雪融水未及时清除而骤滑，均因表面微观结构失效。

坡度增加使脚部承受的法向力分布不均，坡度>5°时，上坡易向后滑、下坡易向前滑。而波浪形路面（如船舱）因摇摆频率加剧脚部起步时的失稳风险，尤其在雪天因摩擦系数降低，滑倒概率倍增。

这些区域的共同点是摩擦系数供给不足，可通过调整步态（如小步快走）、使用防滑材料（高Sa值地砖）或消除润滑液（及时清理积水）来防控。

防滑姿势推荐“企鹅步”

“企鹅步”是一种模仿南极企鹅行走姿态的防滑步态，其核心特征为：身体微微前倾、双脚外八字、步幅短且缓慢、双手自然张开以保持平衡。这一姿势并非简单模仿，而是基于力学原理设计的科学防滑策略。

“企鹅步”示意图 [3]

为何“企鹅步”能有效减少滑倒风险？

：企鹅步通过外八字站立和膝盖微屈，将双脚间距拉宽至肩同宽，形成更大的“底盘”。这种低重心、宽基底的步态显著提升了稳定性，类似于企鹅在冰面行走时的平衡机制。研究表明，重心降低10%可使滑倒临界摩擦系数需求减少15%。

：企鹅步强调“小碎步”和“慢节奏”，使脚部与地面的摩擦系数在双峰变化的关键阶段（脚着地/起步）更易维持在安全阈值内。有实验数据显示，步长缩短20%可使滑倒概率降低37%，而步速减缓则避免了因惯性导致的突然失稳。

动态平衡与主动调整

：企鹅步中身体前倾和手臂外展的配合，形成了类似企鹅摇摆行走的“动态平衡”机制。这种主动调整能实时响应路面微小变化，防止因突发滑动导致的重心偏移。

：外八字步态使脚掌与地面的接触区域从脚尖向全脚掌过渡，避免因局部压力集中导致的滑动。尤其在雪地或冰面，全脚掌着地可减少液膜形成的连续润滑效应。

“企鹅步”是雪天防摔最有效的策略之一。这一结论已被多项实验证实：采用企鹅步的行人，在湿滑路面的滑倒率较常规步态下降42%。无论是老人、儿童还是户外工作者，学习“企鹅步”都是应对冬季滑倒风险的实用选择。

这些途径也有助防滑

雪天行走，除了“企鹅步”，其他防滑措施也同样重要：

三十六计走为上

：易滑区域能避则避。走路时注意观察路况，小心斑马线、地铁或地下通道出口、汽车通行频繁处、铺瓷砖的地方……光滑的地面能避则避。

穿戴防滑鞋

：选择鞋底纹路深（Sa值≥50μm）、材质摩擦系数高的防滑鞋（如橡胶/聚氨酯）。实验表明，鞋底花纹深度增加20%，湿滑路面摩擦系数提升18%。雪天可优先选用雪地靴、登山鞋或带有冰爪设计的鞋款。

使用辅助工具

：老年人或行动不便者可借助多脚拐杖或防滑手杖。拐杖的三点支撑原理能显著降低重心偏移风险，尤其在坡道或冰雪路面，辅助工具可使滑倒概率降低50%以上。

改善地面材料

：对公共区域（如台阶、坡道），采用高粗糙度石材（Sa值>80μm）或铺设防滑垫（如陶瓷颗粒涂层）。研究表明，Sa值从20μm提升至80μm，积水路面摩擦系数可增加30%。

控制环境因素

：及时清理路面积水、积雪，避免液膜形成。雪天可撒融雪剂或粗盐，通过降低冰点减少结冰。此外，坡道角度应控制在5°以内，超过时需设置防滑条或警示标识。

：上下坡时采用“小步慢行+身体后倾”（抵消重力矩），波浪路面则需主动调整重心节奏。研究表明，坡度>10°时，后倾角度每增加5°，滑倒风险降低12%。

学了这么多一定再也不会滑倒了吧？

参考文献

[1]贾利晓.人体行走过程中的滑摔倾向及其机制与防控研究[D].机械科学研究总院，2013.

[2]Uchida T K，Delp S L.Biomechanics of movement:the science of sports，robotics，and rehabilitation[M].Mit Press，2021.

[3] 冰雪天，请向呆萌企鹅学习走路技巧|上海六院骨科