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[其他相关] 拔河比赛中的力学

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发表于 2019-1-21 10:13 | 显示全部楼层 |阅读模式

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  拔河比赛是学校常常开展的传统项目,甚至有些大学也会开展这一极具“特色”的活动。那么,如果我们试图解释其中的原理,应该从哪些角度入手呢?
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  利用摩擦力、牛顿第三定律、力矩,来推测决定拔河胜负的原理看来是靠谱的。

  实际上,决定拔河胜负的因素很多。根据牛顿第三定律,双方收到对方的拉力,其大小相等而方向相反,均等于绳的张力T,如图1所示。
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  图1



  移动分析

  A所受的水平力为绳张力T 及地面对脚底的摩擦力f1f2。A究竟能维持静止抑或向何方移动,则视乎T 与 (f1f2) 的大小而定:

    · 若T>(f1f2),则向对方加速移动;

    · 若 T=(f1f2),则维持静止;

    · 若T<(f1f2),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 (f1f2) 和 (f3f4) 两组方向相反的外力。故胜负就在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)的乘积,即:
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  故拔河的胜负,主要视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。

  转动分析

  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2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:
4.png

  图2




5.png

  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)。

  拉绳方向

  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3是正确的,图4是不正确的。
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  图3



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  图4



  以上各项是拔河的主要力学原理,拔河的胜负除了和力学有关之外,当然还与生理及士气等因素有关。

  来源:物理小识微信公众号(ID:wulixiaoshi)


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