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 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。

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。