生活中的物理小知識，拔河比賽中的力學

知識 07-26

生活中的物理小知識，拔河比賽中的力學

拔河比賽是學校常常開展的傳統項目，甚至有些大學也會開展這一極具「特色」的活動……

那麼，若果我們試圖解釋其中的原理，應該從哪些角度入手呢？

利用摩擦力、牛頓第三定律、力矩，來推測決定拔河勝負的原理看來是靠譜的。

實際上，決定拔河勝負的因素很多。根據牛頓第三定律，雙方受到對方的拉力，其大小相等而方向相反，均等於繩的張力T，如圖（a）所示。

移動分析

A所受的水平力為繩張力T及地面對腳底的摩擦力f1及f2。A究竟能維持靜止抑或向何方移動，則視乎T與（f1＋f2）的大小而定：

若T＞（f1＋f2），則向對方加速移動；

若T＝（f1＋f2），則維持靜止；

若T＜（f1＋f2），則向己方加速移動。

同理，B也可同樣分析。

若以兩方拔河者作為一整體而研究，則繩張力T是這體系的內力，它與整體的運動無關。於是，只剩下（f1＋f2）和（f3＋f4）兩組方向相反的外力。故勝負就視乎這兩組外力何者較大。

因摩擦力f等於摩擦係數μ與正壓力（在此例中正壓力等於體重mg）的乘積。即：

f＝μmg

故拔河的勝負，主要視雙方隊員的總體重以及鞋底與地面之間的摩擦係數而定。地面較平滑的一方當然吃虧。因此一回合之後就要對調場地。

轉動分析

拔河時，除了發生移動之外，還有可能被對方拉倒，產生轉動。

由圖（b）可知，當A剛被拉至轉動時，他受到兩個方向相反的力矩。以前足踏地點O為支點計算：

順時針力矩＝T×h

逆時針力矩＝W×l

A要避免被拉倒，應儘可能減小h（盡量蹲低），而增大l（兩腳馬步要闊）

拉繩方向

拉繩的力與繩的夾角應盡量小（最好和繩平行），這可以增大合力。故圖（c）是正確的，圖（d）是不正確的。

以上各項是拔河的主要物理原理。拔河的勝負除了和物理有關之外，當然還與生理及士氣等因素有關。

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