拔河比赛中的力学

weixin

　　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?

　　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。

　　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：

　　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：

　　图2

　　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。

　　图3

　　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)