拔河比赛的力学分析.docx

拔河比赛的力学分析北京中关村中学高一年级：苏英摘要：拔河比赛的胜负与拉力牛顿第三定律有关的同时与摩擦力有很大的关系，也与增大摩 擦因素、增大压力、提高重心时增大压力等力学原理有关，增大重力矩也有显著作用通过 实验和科学分析系统的论述了力学知识与拔河运动的关系关键词：拔河； 摩擦力；牛顿第三定律；力矩 前言：操场上彩旗飞舞、人头攒动，呐喊声、助威声此起彼伏一场紧张激烈的拔河比赛正 在进行中从双方队员的努力拼搏中我们得到了许多启示：这里蕴涵着丰富的物理力学知识 我们用它来分析解释其中的原理一、实验目的1．掌握牛顿第三定律的实践方法，结合拔河运动明确阐述； 2．掌握摩擦力变化量的原理，正确解释摩擦力在拔河运动中的应用； 3．学会不同力矩变化时的不确定度估算方法，分析力矩在拔河运动中变化测量对实验结果 影响4．通过力学原理解释拔河运动中胜负的影响因素二、实验原理根据牛顿第三定律，双方受到对方的拉力，其大小相等而方向相反，均等于绳的张力T,如 图（a）所示拔河时，除了发生移动之外，还有可能被对方拉倒，产生转动由图（b）可知，当A刚被 拉至转动时，他受到两个方向相反的力矩以前足踏地点0为支点计算：顺时针力矩= TXh 逆时针力矩=WX1三、实验仪器设备 用两个品牌相同、称重质量相等的弹簧秤。

两种细绳，一种横截面积为lcm2另一种为2.5cm2四、实验内容及原始数据 证明决定拔河胜负的原因为静摩擦力，用弹簧测力计拉住细绳的两端，使细绳水平，左右移 动，观察示数两边是否相等，是否等于绳子的张力，若相等则证明双方静摩擦力与拔河取胜 有关，反之，则证明是双方拉力决定拔河比赛胜负（猜测：试验结果可能与绳子长度，绳子 横截面积有关）用横截面积为1cm2的绳子做实验试验次数/n123弹簧测力计示数/N（左）111.1弹簧测力计示数/N（右）111.1用横截面积为2.5cm2做实验试验次数/n123弹簧测力计示数/N（左）1.71.71.8弹簧测力计示数/N（右）1.71.71.8调整绳子的长度为原来的两倍，仍用横截面积为2.5cm2的绳子试验次数/n123弹簧测力计示数/N（左）333弹簧测力计示数/N（右）333五、数据处理及结论 经过试验，根据牛顿第三定律，作用力与反作用力，两边的示数应该相等，所以，数据 的准确性很高，实验数据无误，数据正确六、结果的分析讨论 通过实验证明，拔河比赛的胜负与拉力有关的同时与摩擦力有很大的关系，人的拉力是弹力， 是人体肌肉收缩产生的力，它与队员的身体各方面的综合素质有关，是拔河比赛中起主要作 用的力学因素。

如果双方的拉力悬殊很大，则拉力大的一方必胜无疑当双方拉力相当时， 若脚下摩擦力不够，必定自身滑动、失去平衡而落败所以，增大摩擦力使自身稳定，则能 与对方的拉力抗衡而立于不败之地，也就能为本方增加获胜的机会根据/ =p N,可知增大摩擦力应从增大摩擦因素p和增大压力N入手，具体做法有 以下 3 点：1•增大摩擦因素p p与场地地面的软硬、粗糙程度、场地地面的材料和对员的鞋 底有关地面情况对双方都一样不用考虑，主要应当考虑选择坚固结实的、摩擦因数大的有 较深较密沟纹的橡胶底鞋或车胎底的鞋，以尽量增大鞋底与地面之间的摩擦2.增大压力N 在没有附加运动及没有竖直方向分力的外力作用时，由N=G=mg可知，体重较大的队员受的摩擦力也较大，所以应当尽可能选择体重较大的队员出场3•提高重心时增大压力N若运动员突然升高身体重心，其向上加速度为a则N=G +ma〉G ,即运动员用力向下蹬地，可增大正压力N〉G但这个升高过程的时间很短，必须 把握恰当的时机才能奏效这点要相当注意，要在摩擦力足够大时才可以用 而另一方面拔河胜利的原因另一方面是拉力矩战胜重力矩［1］如参考图（c）,可以将人的前 脚看作支点0,设人的身高为L,绳子的拉力TBA作用于约0.8L处，重心大约在离支点 0.6L［2］； 处因此若为平衡状态可列方程 TBA0.8Lsin0 =GA0.6Lcos 即 0.8sin8 TBA=0.6cos0 GA 拉力矩与重力矩平衡。

若 TBA0.8Lsin0 > GA0.6Lcos0，则 A 方围绕支点 0 向前倾倒而落败KGae重力臂H SLcos 0拉力TbaO.SLSinS摩擦力仏图C 重力矩弓拉力矩抗衡示憲圏此推断表明，增大队员体重对增大重力矩也有显著作用同时，减小e将增大重力力臂， 增大重力矩，同时减小拉力臂减小拉力矩，有利于抗衡结论 综上所述，要取得拔河比赛的胜利，首先在挑选队员(质量)方面占优先；其次一 定要让队员明白决定胜负的力学原理，使每一位队员都学会调整重心(即力距)，掌握力学 技术技巧，在力学知识、技术基础和服从指挥的参赛素质上占优先；这样才能来之能战，战 之必胜参考文献：[1]李林，石文星•拔河史话与力学分析[J].力学与实践，2000 (5)： 73~75. [2]刘卫， 阮捷•拔河比赛的起源、发展和获胜技巧[J].体育成人学刊，2004 (6)： 59~60[3] 刘冰，杜晓红•拔河技术的生物力学分析[J].南京体育学院学报(自然科学版，2003 (3)： 81~83.。