拔河比赛的科学原理,拔河中的力学原理

环球物理 2021-10-15

以下文章来源于物理王大师 ，作者淇磊老师

想玩木头人吗？谁动谁死的那种。

想玩蔗糖吗？谁抠破谁死的那种。

想玩拔河吗？谁输摔死谁的那种。

这部剧太火了，根据统计，《鱿鱼游戏》上线仅26天，全球收视户数已突破1亿。剧中第3个游戏“拔河”，给物理王大师留下深刻印象。一群老弱病残，是通过什么方法在拔河中赢下一群壮汉的呢？其中涉及的物理原理又是什么？

这项看似无比简单的运动，想要制胜不可凭借蛮力，其中涉及到的物理力学原理主要有三个，力的合成、最大静摩擦力、力矩。

No1. 同一直线的力的合成

既然拔河是一项团体运动，其团结合作的重要性不言而喻。作用在同一个物体上的多个分力，当力的方向相同且在同一条直线上时合力最大。因此拔河时所有队员拔河时绳子必须是一条直线，尽量使每个人的力都在一个方向上，如此才能产生最大的合力。这是最容易理解的一点。

《鱿鱼游戏》中，拔河专家老大爷说的“双脚平行站立，绳子放在腋下”就是为了产生最大合力的。

No2. 最大静摩擦力

拔河时被拉动的一方是失败的，因此人脚与地面之间的摩擦力尤为关键。所谓的最大静摩擦力，即拉动时物体即将滑动而未滑动时，即临界状态时的最大摩擦力。

如何增大最大静摩擦力呢，第一种方法是增大与地面的正压力，即选择体重较大的队员；除此之外，还需要增大人与地面的摩擦系数，即利用专业的运动鞋，以及利用凹凸不平的地面。

《鱿鱼游戏》中，老大爷队忌惮的不仅仅是对方的力气，更重要的是那群壮汉的体重。

No2. 增大力矩

所谓的力矩，即力和力臂的乘积。可以联想一下初中物理杠杆原理中的 F1·L1=F2·L2.

拔河比赛为什么跟力矩有关系呢？这里需要强调的是，因为人毕竟不是一个质点，作用在人身上的力有很多，并且不是在一条线上的，所以拔河时不是只凭借脚底的摩擦力，还需要考虑重力。

简单来说，拔河输掉比赛的情况可能有两种：

情况1：输的一方人的姿势不变，原封不动地被拉了过来；这种情况主要是输在了最大静摩擦力；

情况2：输的一队被拉得“转动起来”，即身体前倾然后向前扑倒，最后脚底不稳输掉比赛。这种情况主要是输在了重力的力矩上。

如图所示，专业的拔河比赛运动员，拔河时身体后倾的非常夸张。其原因就是为了增大重力的力矩。

具体来说，人后仰时，绳子作用在人身上的力的倾向是让人以脚底为中心向前旋转，即前倾。这时候把人看作一个杠杆，阻碍发生转动的力是人的重力，身体后倾角度越大，重力的力臂L2越大，从而增大了力矩G·L2，同时也减小了绳子拉力的力矩F·L1

只要保证脚底不打滑，绳子想把人拉的前倾绝非易事。因此《鱿鱼游戏》中，大爷队的计策就是“姿势往后躺，把下腹朝天顶，头要向后仰”就是为了增大重力力矩。

最后一起来看一下，《鱿鱼游戏》中惊险刺激的拔河比赛片段。

PS: 拔河比赛是人类的比赛，除了以上物理原理，团队配合，士气、信心等心理因素也会影响到比赛结果的。比如这些。

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拔河的物理原理拔河比赛中究竟用到了哪些

拔河比赛，运用了“正压力”、“摩擦力”和“力矩”这三个物理概念。
在拔河比赛中，我们先来分析决定胜负的几种情况：
1，输的一队被拉得站了起来，然后向前扑倒；
2，输的一队被“原封不动”地拉动了；
3，以上两种情况的综合情况。
第一种情况：是因为：以脚为轴点的力矩小，在对方的拉力作用下，人被拉得“转”了起来，于是，脚就被迫地向前移动，最终输了比赛。
第二种情况：是因为：脚与地面的摩擦力不够大，导致被“原封不动”地——脚擦着地面——拉动了，最终输了比赛。
第三种情况：综合以上两种情况进行分析，不难得出结论。
在拔河比赛中，运动员总是保持斜靠后的姿势——把来自于地面的摩擦力最大限度地转化为对绳的拉力。
作为力的来源，毫无疑问是来自于运动员的体重，以及鞋底与地面的摩擦系数。但这只是前提。要把这种前提转化为对绳子的拉力，才能制胜。而技巧就在于：如何使这种转化达到最大！
为了不让对方运动员把自己拉“转”，自己必须有一个相反的力矩——保持斜靠后的姿势——增加被拉“转”的难度。但是这样一来，体重对地面的正压力将减小，增加了被“原封不动”地拉动的可能性。
在势均力敌的情况下，调整姿势的原则如下：
1，在地面摩擦力足够，但已察觉到有被拉“转”的可能时，可将绳子稍放长一点，或者脚步稍作前移，以使自身有更斜的斜度——增加力矩——达到对绳的作用力增加的目的。
2，当人没有被拉起，但脚步已有滑动的趋势时，可以收一点绳子——将斜度调小一点——增加体重对地面的正压力，从而增加摩擦力。或者利用凹凸不平的地形，增加摩擦力。
3，当你确认自己队友的体重大于对方队员时，你还可以在领队的指挥下，一齐猛然用力——绳子张力等值地作用于两队运动员——对方运动员被拉“转”的可能性会增加，还可能使对方“阵脚大乱”。
总之，选体重大的运动员，选摩擦系数大的鞋子，在抓绳子的地方预先缠一些东西（或：打结）以防止手打滑，掌握以上的调整诀窍，齐心，就能够使你取胜的可能性达到最大。

谁知道拔河比赛中的里学原理啊？

一、绳的力学
质量为m的一根绳，它的两端分别受到沿绳向外的拉力f1和f2，设f1＞f2，则绳上各处的张力如何？
为简化问题便于研究起见，可将绳均匀地分成质量相等的n段，且质量集中于各段的一点
二、拔河比赛是连结体的力学
用整体法建立动力学方程拔河比赛的两队人和一根绳可看作是三个物体组成的连结体。为便于研究，按通常情况设甲乙两队均由10人组成，总质量相等，m1=m2=m=700千克，绳的质量m=7千克（实际上中间那段质量还要小些）。
三、拔河比赛胜负的力学原理
,拔河比赛总是从静止开始的，故这个连结体不论向任何方向发生运动，总得在所受外力的合力不为零时才能发生。设m1受外力f1，m2受外力f2，且f1＞f2，连结体就具有向左的加速度a
拔河比赛按规则有两种情况皆算获胜：一是将绳的中点标志拉过自己一方河界线即为获胜；另一是将对方成员拉过中点分界线亦为获胜。为便于研究，设甲、乙两队的总质量相等均为m，手与绳间的静摩擦系数均为μ1，脚与地面间的静摩擦系数均为μ2，绳的质量m<<m（可忽略不计）。
综上所析可知：
（1）拔河比赛中的绳质量远小于人体总质量，故应略去不计。则无论静止、匀速运动或加速运动（加速度又很小），绳上张力处处相等。亦即不论那一队胜负，绳向那一方运动，两队对绳的拉力大小总是相等的。
（2）拔河时若计较绳的质量，只有当发生加速运动时，绳上各处张力才不相等，绳两端的拉力才不相等。在计较绳的质量时所画的共点力，只能表示该点的等值反向的一对张力，而决不能代表绳的两端所受的拉力。
（3）拔河比赛不是单纯的拉绳比赛，拔河比赛中的绳不是孤立体，它的动向取决于两队所受外力的合力。这就不能孤立的只谈绳的受力和动向，而将绳与两队人割裂开来，绳不会孤立地发生运动，而总是跟随一队或两队人一起发生运动的。
从上分析可见，现行初中教材上对拔河比赛的力学分析，包括图解，似有较多不妥之处，为此，我们建议初中课本可将拔河比赛的实例，改为桌面上的木块在两边绳的拉力作用下的平衡较