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日志

科普:上台阶的初中物理(2)

热度 5已有 8382 次阅读2013-9-28 00:01 |个人分类:科普|系统分类:科技

鞋底摩擦系数的问题引起了读者们对物理的浓厚兴趣。在前文中,在分析在人行走中双脚着地时的受力情况时,我简单地说一只脚受到的支撑力为体重W的一半。

其实,这个结论只是省略了一个论证过程:此时人在垂直方向加速度为0,因此地面支撑力等于重量,而从对称性,我们可以知道两脚支撑力基本相同(否则人体将发生右倾或者左倾)。

有好学的同学试图“举一反三”将上述静力平衡方法运用于人上台阶的情况。为简化计算,该同学假设台阶有大腿长那么高,上去的时候大腿水平。上台阶时如图姿势。问题是:地面支撑力N是多大?该同学一拍脑袋说,此人大腿水平,单脚在台阶上,一脚悬空,静力平衡,N等于人的重量W。



我们如果动动脑筋,会发现这个图与前面的图有个不同,那个图里人的重心在两脚中间,而这个图中人的重心悬空在台阶之外。显然,这个时候你不能再套用双脚着地的情况,而必须计算人重心的向下加速度,既然有向下的加速度,人就会怎么样?会感到有失重。 F = W - N = ma 推出 N = W - ma. 

所以,上图中右边那脚蹬地而后离地的一瞬间,图中左边那只在台阶上的脚A应该感到突然变轻了。人的重心应该是以一个接近抛物线的轨迹运动。

具体的计算就留给同学们作为练习了。



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发表评论 评论 (1 个评论)

回复 岳东晓 2013-9-28 02:41
iMan: 上楼梯还会有失重感,哈哈哈。。。你太搞笑了。
BTW,你那个所谓的公式和实验验证无非是不打滑。站着不打滑和走动不大滑只差个系数,这是预料之中。只是你看不出 ...
我把初中物理原理说出来之后,你会觉得很简单。计算用到的数学也就是高一代数。如果不引入三角函数,初中代数就可以搞定。

可是在我说出来之前,你的分析完全不靠谱,什么滑动摩擦,什么肌肉的力矩,完全是在扯淡。可见初中物理也是需要一定脑力的。

你提出的这个上台阶的问题也是如此,我第一次提示你没明白,现在讲这么清楚了,你还是没有明白。而这还只是初中物理,只涉及一些很容易理解的概念。

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