秦啟若
拔河比賽在校園里往往是各類課外活動的必備項目,人們習慣性地認為拔河比賽比的是哪方隊員的力氣更大。
以甲、乙兩支隊伍進行拔河比賽為例,若甲隊把乙隊拉過來就認為甲隊力氣比乙隊大。但從力學角度分析,拔河比賽比的并不是誰的力氣大,從某種意義上說是比哪個隊隊員的質(zhì)量大。
這種論斷乍一聽似乎讓人感覺不可思議,為此,不妨先來分析一下拔河過程中甲、乙雙方(以雙方各一人為例)的受力過程。
從下圖中可以看出,甲、乙雙方均受四個力的作用。甲受到的力包括重力P、地面的靜摩擦力f、地面的彈力Q、乙對甲的拉力F。乙受到的力包括重力P'、地面的靜摩擦力f'、地面的彈力Q'、甲對乙的拉力F'。
其中,F(xiàn)與F'是一對作用力與反作用力,不論雙方是否在運動,只要繩子被拉緊,它們總是大小相等且方向相反。因此,甲、乙雙方的拉力不是決定勝負的主要因素。
決定拔河比賽輸贏的主要因素又是什么?
重力P、P'與彈力Q、Q'是垂直方向上的力,對水平方向的運動不產(chǎn)生影響。因此,能決定拔河比賽勝負的只有地面對甲、乙各方產(chǎn)生的靜摩擦力。
假定甲、乙雙方與地面間的靜摩擦系數(shù)相同(即所站地面粗糙程度、所穿鞋子均相同),由于最大靜摩擦力取決于甲、乙兩方對地面的正壓力,所以人的質(zhì)量越大,地面給人的靜摩擦力就越大,其獲勝的可能性就越大。這也正是體重差異懸殊的大人與小孩拔河時,為何大人總能獲勝的道理。
但拔河比賽的制勝因素不僅關乎力學問題,在很大程度上還取決于參賽隊員的主觀因素與個體差異,例如雙足蹬地技巧、拉繩節(jié)奏、用勁的一致性、身體傾斜角度等等。
但從力學原理上講,其目的都是積極地創(chuàng)造條件,盡量增大地面對自身的靜摩擦力,從而幫助一方獲得比賽的勝利。endprint