拔河的力学

想一想:试利用摩擦力、牛顿第三定律、力矩等知识,推测决定拔河胜负的原理。

决定拔河胜负的因素很多。根据牛顿第三定律,双方受到对方的拉力,其大小相等而方向相反,均等于绳的张力T,如图(a)所示。

拔河 

(一)以移动来分析

A所受的水平力为绳张力T及地面对脚底的摩擦力f1及f2。A究竟能维持静止抑或向何方移动,则视乎T与(f1+f2)的大小而定:

若T>(f1+f2),则向对方加速移动;

若T=(f1+f2),则维持静止;

若T<(f1+f2),则向己方加速移动。

同理,B也可同样分析。若以两方拔河者作为一整体而研究,则绳张力T是这体系的内力,它与整体的运动无关。于是,只剩下(f1+f2)和(f3+f4)两组方向相反的外力。故胜负就视乎这两组外力何者较大。

因摩擦力f等于摩擦系数μ与正压力(在此例中正压力等于体重mg)之乘积。即:

f=μmg

故拔河的胜负,主要视乎双方队员的总体重以及鞋底与地面之间的摩擦系数而定。地面较平滑的一方当然吃亏。因此一回合之后就要对调场地。

(二)以转动来分析

拔河时,除了发生移动之外,还有可能被对方拉倒,产生转动。

由图(b)可知,当A刚被拉至转动时,他受到两个方向相反的力矩。以前足踏地点O为支点计算:

顺时针力矩=T×h

逆时针力矩=W×l

A要避免被拉倒,应尽可能减小h(尽量蹲低),而增大l(两脚马步要阔)

(三)拉绳的方向

拉绳的力与绳的夹角应尽量小(最好和绳平行),这可以增大合力。故图(c)是正确的,图(d)是不正确的。

以上各项是拔河的主要物理原理。拔河的胜负除了和物理有关之外,当然还与生理及士气有关。

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发布时间:2007-9-19 14:31:08  阅读次数:14422

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