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金沙2018@55_生活中的物理小知识,拔河比赛中的力学
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……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。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,如图所示。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。拔河的胜负除了和物理有关之外,当然还与生理及士气等因素有关。
2020-01-09 11:49:08
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金沙2018@55_生活中的物理小知识,拔河比赛中的力学

金沙2018@55,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,若果我们试图解释其中的原理,应该从哪些角度入手呢?

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。

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)的乘积。

即:

f=μmg

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(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×la

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(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等因素有关。

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