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2025年高考生活物理:走鋼絲繩的力學(xué)機理

來源:網(wǎng)絡(luò)整理 2024-12-12 08:49:18


高考

  走鋼絲繩的力學(xué)機理

  有“高空王子”之稱的美籍加拿大人科克倫,曾于1995年10月28日上午,在毫無保護的情況下,手握10m長桿,頭頂藍天白云,足踏細細鋼絲,居高臨下375m,迎著瞿塘峽口的三級微風(fēng),健步跨越了640m寬的江面,成為從鋼絲上跨越長江三峽的世界第一人。今年9月24日晚上,科克倫又輕輕踩上一根掛在上海浦東兩幢大樓之間、高度為110m、長度為196.4m的鋼絲,迎著每秒三到四米的東南風(fēng),穩(wěn)步向前走去,18min后,順利抵達終點?瓶藗愒谌绱宋kU的高空走鋼絲之所以能獲得成功,是因為他充分運用了力學(xué)原理。

  他手里握著的那10m長桿是鈦合金制成,重約250N,并用特制的背心使金屬桿的重量均勻地分在兩肩上。這10m的長度,這250N的重量,它包含著豐富的力學(xué)道理。

 。1)金屬桿的重量必須是科克倫能較輕松承受的重量。由慣性知識可知,物體的質(zhì)量越大,其保持原有狀態(tài)的慣性也越大?瓶藗愑捎诟郊恿私饘贄U,使得他的總質(zhì)量增大,因而其慣性也隨著增大,從而使科克倫保持平衡的穩(wěn)定性增加了。

 。2)由于附加了金屬桿250N的重量,使科克倫對鋼絲的正壓力增大,據(jù)f=μN可知,科克倫腳下摩擦力也增加了許多。而科克倫正是利用腳下的摩擦力來精確調(diào)節(jié)自己重心的位置,使身體的重力垂直通過位于腳下的鋼絲軸心(物體重力作用線通過支點時,其平衡狀態(tài)最穩(wěn)定)這額外增加的摩擦力大大增加了他調(diào)控自己重心位置的能力,并阻礙了他的身體左右方向的晃動。

 。3)當金屬桿橫截面積一定時,由其長度的增加所決定的縱向截面積的增加,能加大空氣對金屬桿的阻力作用,而這種阻力作用使得科克倫沿鋼絲繩前進時的平衡性得到了加強,并進一步阻止了他身體的左右晃動,這就是桿為什么有10m之長的科學(xué)道理。

 。4)金屬桿是科克倫應(yīng)付緊急情況的護身符。如風(fēng)力加大等偶然事件在途中出現(xiàn),使身體重心偏向鋼絲繩的一側(cè)時,金屬桿就變成了他的救命之桿。這時,他必須緊急啟用又一力學(xué)原理:當作用在物體上的各個力對支點的合力矩為零時,該物體保持轉(zhuǎn)動方面的平衡。這一原理說明的就是:當他身體重心偏向一側(cè)時會有一個使身體繞鋼絲繩翻轉(zhuǎn)的重力矩產(chǎn)生,這時若及時使長桿在水平方向向另一側(cè)移動,就可產(chǎn)生另一個相反的重力矩來使身體保持平衡。

  另外,科克倫那寬大飄逸的服裝,他那特制的軟底鞋,也極利于增加他身體的穩(wěn)度。正是力學(xué)原理的熟練運用使得科克倫臨危不懼,天塹變通途。

 

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