走鋼絲為什么不會(huì)掉落重力和平衡力在“作祟”

大家平常在觀看雜技時(shí)，經(jīng)常能看到單走鋼絲的表演。在觀看表演時(shí)，往往因?yàn)槠湮ｋU(xiǎn)的條件以及雜技員高超的技藝而令人嘆為觀止。很多人都覺(jué)得他們之間存在著“超能力”，否則怎么能完成普通人無(wú)法完成的表演。其實(shí)不然，他們只是跟我們同樣的人類，只是他們懂得了其中的物理知識(shí)，再加上其日復(fù)一日的訓(xùn)練才給我們帶來(lái)了驚為天人的表演。我們高中物理中，學(xué)到了力的相關(guān)知識(shí)。這其實(shí)可以解決大家心中的疑惑——為什么走鋼絲不會(huì)掉落。

首先我們來(lái)了解一下力的相關(guān)知識(shí)。

1、重力

重力的基本定義是物體由于地球的吸引而受到的力叫重力，重力的施力物體是地心。重力的方向是豎直向下的。但是這個(gè)定義是相對(duì)的，它只適用于物體在地球上的地面附近。后來(lái)人們發(fā)現(xiàn)能使物體獲得重量的力不只是萬(wàn)有引力，還有慣性力。因?yàn)樗鼈兌际峭瑫r(shí)作用在物體的每一個(gè)質(zhì)元上。所以重力的概念被提升為：能使物體獲得重量的萬(wàn)有引力和慣性力的共同作用叫重力。這是提升后重力概念的深邃之處。同一物體所受重力在不同情況下可以變化，大于正常值時(shí)稱作超重，小于正常值時(shí)稱作失重。這是重力概念提升后的明顯改觀。此時(shí)重力概念的適用范圍遠(yuǎn)遠(yuǎn)地?cái)U(kuò)大，它適用于宇宙中的任何天體、人造天體和飛行器，當(dāng)然包括地球。

2、平衡力

幾個(gè)力作用在同一個(gè)物體上，如果這個(gè)物體仍然或變成處于靜止?fàn)顟B(tài)或勻速直線運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，或者是合力為零則這幾個(gè)力的作用合力為零，我們就說(shuō)這幾個(gè)力平衡。但是平衡力與我們常說(shuō)的作用力與反作用力是有區(qū)別的，并且它們的區(qū)別是很明顯的：

首先提出兩個(gè)概念的本質(zhì)問(wèn)題不同。作用力與反作用力描述的是兩個(gè)物體間作用的規(guī)律，A對(duì)B有力的作用，B對(duì)A必定也有力的作用；二力平衡描述的是物體在二力作用下處在平衡狀態(tài)的二力特點(diǎn)。

其次，作用力與反作用力二力的性質(zhì)相同，要么都是引力，要么都是彈力，要么都是摩擦力等等；而二力平衡則不然，只要二力滿足作用在同一物體上，大小相等，方向相反，作用在同一條直線，就是平衡力，不管二力的性質(zhì)如何。

再次作用力與反作用力具有同時(shí)性，同時(shí)產(chǎn)生，同時(shí)變化，同時(shí)消失；二力平衡不具有這一特點(diǎn)。

3、穩(wěn)定平衡

穩(wěn)定平衡屬于物理學(xué)名詞。凡能在被移動(dòng)離開(kāi)它的平衡位置后，仍試圖回復(fù)其原來(lái)位置（此時(shí)其重心比較低）從而恢復(fù)到原來(lái)的平衡狀態(tài)的物體，它原來(lái)的平衡狀態(tài)叫“穩(wěn)定平衡”。像走鋼絲的雜技演員、兒童玩的不倒翁都是在重力和支持力的作用下處于平衡狀態(tài)。但是鋼絲上的演員稍有不慎，就會(huì)摔下來(lái)，而不倒翁卻會(huì)自動(dòng)立起來(lái)?？梢?jiàn)，穩(wěn)定平衡也是有區(qū)別的。

當(dāng)然，這只是給大家了解的一些基本知識(shí)，鋼絲表演當(dāng)然不僅僅歸功于這幾種常見(jiàn)力的作用。以一個(gè)例子來(lái)說(shuō)明。有“高空王子”之稱的美籍加拿大人科克倫，曾于1995年10月28日上午，在毫無(wú)保護(hù)的情況下，手握10m長(zhǎng)桿，頭頂藍(lán)天白云，足踏細(xì)細(xì)鋼絲，居高臨下375m，迎著瞿塘峽口的三級(jí)微風(fēng)，健步跨越了640m寬的江面，成為從鋼絲上跨越長(zhǎng)江三峽的世界第一人。今年9月24日晚上，科克倫又輕輕踩上一根掛在上海浦東兩幢大樓之間、高度為110m、長(zhǎng)度為196.4m的鋼絲，迎著每秒三到四米的東南風(fēng)，穩(wěn)步向前走去，18min后，順利抵達(dá)終點(diǎn)。科克倫在如此危險(xiǎn)的高空走鋼絲之所以能獲得成功，是因?yàn)樗浞诌\(yùn)用了力學(xué)原理。

他手里握著的那10m長(zhǎng)桿是鈦合金制成，重約250N，并用特制的背心使金屬桿的重量均勻地分在兩肩上。這10m的長(zhǎng)度，這250N的重量，它包含著豐富的力學(xué)道理。

（1）金屬桿的重量必須是科克倫能較輕松承受的重量。由慣性知識(shí)可知，物體的質(zhì)量越大，其保持原有狀態(tài)的慣性也越大?？瓶藗愑捎诟郊恿私饘贄U，使得他的總質(zhì)量增大，因而其慣性也隨著增大，從而使科克倫保持平衡的穩(wěn)定性增加了。

（2）由于附加了金屬桿250N的重量，使科克倫對(duì)鋼絲的正壓力增大，科克倫腳下摩擦力也增加了許多。而科克倫正是利用腳下的摩擦力來(lái)精確調(diào)節(jié)自己重心的位置，使身體的重力垂直通過(guò)位于腳下的鋼絲軸心（物體重力作用線通過(guò)支點(diǎn)時(shí)，其平衡狀態(tài)最穩(wěn)定）這額外增加的摩擦力大大增加了他調(diào)控自己重心位置的能力，并阻礙了他的身體左右方向的晃動(dòng)。

（3）當(dāng)金屬桿橫截面積一定時(shí)，由其長(zhǎng)度的增加所決定的縱向截面積的增加，能加大空氣對(duì)金屬桿的阻力作用，而這種阻力作用使得科克倫沿鋼絲繩前進(jìn)時(shí)的平衡性得到了加強(qiáng)，并進(jìn)一步阻止了他身體的左右晃動(dòng)，這就是桿為什么有10m之長(zhǎng)的科學(xué)道理。

（4）金屬桿是科克倫應(yīng)付緊急情況的護(hù)身符。如風(fēng)力加大等偶然事件在途中出現(xiàn)，使身體重心偏向鋼絲繩的一側(cè)時(shí)，金屬桿就變成了他的救命之桿。這時(shí)，他必須緊急啟用又一力學(xué)原理：當(dāng)作用在物體上的各個(gè)力對(duì)支點(diǎn)的合力矩為零時(shí)，該物體保持轉(zhuǎn)動(dòng)方面的平衡。這一原理說(shuō)明的就是：當(dāng)他身體重心偏向一側(cè)時(shí)會(huì)有一個(gè)使身體繞 鋼絲繩翻轉(zhuǎn)的重力矩產(chǎn)生，這時(shí)若及時(shí)使長(zhǎng)桿在水平方向向另一側(cè)移動(dòng)，就可產(chǎn)生另一個(gè)相反的重力矩來(lái)使身體保持平衡。

另外，科克倫那寬大飄逸的服裝，他那特制的軟底鞋，也極利于增加他身體的穩(wěn)度。正是力學(xué)原理的熟練運(yùn)用使得科克倫臨危不懼，天塹變通途。

結(jié)束語(yǔ)

物理知識(shí)體現(xiàn)在生活中的方方面面，它跟我們的日常生活息息相關(guān)。物理的學(xué)習(xí)對(duì)于我們來(lái)說(shuō)是十分必要和重要的，鋼絲表演這種令人嘆為觀止的活動(dòng)其實(shí)都可以用物理知識(shí)來(lái)揭開(kāi)它神秘的面紗。現(xiàn)實(shí)生活中還是有很多初看起來(lái)神秘的活動(dòng)能夠用我們的科學(xué)知識(shí)來(lái)解決。作為新一代受教育的高中生來(lái)說(shuō)，一定要相信科學(xué)，杜絕盲目迷信的行為。并且在生活中要宣傳科學(xué)，將所學(xué)知識(shí)能夠轉(zhuǎn)換和聯(lián)系到生活中去。