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杂技中的力学 制作:赵振宇 PB05000626  在各式各样的杂技中, 蕴涵着丰富的力学原 理。利用力学原理不 仅保证了杂技的安全 性而且可以让演员最 大限度的展现杂技的 精彩之处。

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1 杂技中的力学 制作:赵振宇 PB  在各式各样的杂技中, 蕴涵着丰富的力学原 理。利用力学原理不 仅保证了杂技的安全 性而且可以让演员最 大限度的展现杂技的 精彩之处。

2 一 走钢丝  高空走钢丝是典型的物体平 衡问题,主要利用了物体的 共点力平衡和力矩平衡原理。 这是一种有支轴的平衡(轴 即双足),其重心在支轴的 上面,是一种不稳定平衡, 重力的作用线稍稍偏离支轴, 即可产生一个倾覆力矩,演 员就有掉下来的危险。 演员通过手持长竿解决这一 问题。

3 走钢丝 运动员手持长竿,一方面由于长竿的质量较大, 有助于保持人与竿的质心位于平衡位置。另一方面, 竿的转动惯量较大,可大大降低演员左右摇摆时的角 加速度,给了演员充分时间调整自己的平衡。 2000 年 12 月 31 日, “ 高空王子 ” 阿迪力在上海的中 环商务大厦之间成功的表演了高空走钢丝。在实际表 演过程中,演员不仅需要很好的心理素质,力学知识 也同等重要,在户外高空,演员还需要同不稳定的空 气流展开搏斗,必须能灵敏的估计出自己的受力情况 和相应需要改变竿状态的幅度。 相比之下,空手走钢丝具有更大的难度,但原理 是一样的。

4 二 顶碗 顶碗也是典型的平衡 问题。 在一般人看来,物体 越高质量越大,就越 不容易平衡,而在杂 技中却并非如此,物 体越高越重则越容易 保持平衡。

5 顶碗  演员所顶之物可以看作是一个直立的刚体,它倾 倒时顶端的角加速度为 加速度为 a=Lβ=αg sinθ (L— 竿长, r— 质心高度, R— 回旋半径 ) 通过上式可知, L 越大,角加速度越小,给予演 员充分时间调整平衡;质量越向上端集中,则 α 因子 越趋近于 1 ,越有利于保持平衡。

6 三 气功碎石  杂技表演中在演员的头上放几块砖,另一演员举起 铁锤用力砸下去,顶砖者却安然无恙。  人的颈项,具有一定的弹性,据此可用一根弹簧作 为力学模型,设其弹性系数为 k, 每一块砖的质量为 m , 如果表演者头上顶着 n 块砖,整个表演可简化为:弹 性系数为 k 的弹簧固定于地面,其上方压着 n 块质量 为 m 的砖块,现用一铁锤向下猛击砖块,设力为 F , 上面 n 块砖对弹簧的作用力即为人的颈项承受的压力。 在击打之前,设弹簧对砖的支持力为 f=nmg ( 1 )。 击打时 n 块砖的瞬时加速度为 a=F/nm ( 2 );设第 n-1 块砖对第 n 块砖的作用力为 N ,则对第 n 块砖有 N- f+mg=ma ( 3 ).

7 气功碎砖 由( 1 )、( 2 )、( 3 )式可解得 N= ( n-1 ) mg+F/n ( 4 ); 也就是说,人的颈项所受到的作用力不是 nmg+F, 而是 nmg+F/n 。 n 越大则所受压力越小,故砖越多则越 安全。 另一方面,头上放砖块增大了接触面积,减小了 压强从而保证了演员的安全。

8 四 其它  1 跳水 跳水运动员在空 中抱成团状可减小转 动惯量从而加快转动 速度,使动作更加精 彩优美。

9 其它  2 空中飞人 演员在乘秋千飞翔的 过程中时刻进行着重力 势能与动能的转化,当 秋千达到最高点时动能 全部转化为势能,此时 演员脱离秋千被另一演 员接住,因为速度几乎 为零,所以是相对安全 的。

10 总结  其实生活中不仅是杂 技,力学运用几乎遍 布生活的每个角落。 因此一方面我们要学 会透过现象看本质, 另一方面要学会利用 科学原理指导实践, 令生活实践更加安全 与精彩。


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