拔河比赛中的力学知识

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拔河是一项群众性的体育运动项目。它可以锻炼身体，增强体质，更主要的是能增进人与人之间的感情，激发集体主义精神，让人们从中懂得“团结就是力量”的道理。你可知道，拔河比赛中还有很多力学知识呢。

1　力的合成

俗话说“人多力量大”，这一点在拔河比赛中体现得淋漓尽致，在比赛中，一方的参赛队员一起用力，就形成一股强大的合力，参赛队员如何用力才能使形成的合力最大?这里面有讲究。物理学中求几个力的合力叫做力的合成，力的合成要遵循“平行四边形法则”。以求两个力合力为例。如果用表示两个力F1和F2的线段为邻边做平行四边形，那么合力的大小和方向就可以用这两个邻边之间的对角线表示，如图1所示，其中F合就表示合力的大小和方向。如果F1和F2的大小是一定的，那么它们的合力什么时候最大呢?由几何的知识可知，这两个力的夹角越小，它们的合力越大；当这两个力处在同一条直线上、方向相同时，它们的合力最大，其大小等于F1、F2的数值之和。由此可见，在拔河比赛中只有各个队员向同一方向用力，这样才能形成最大的合力。

也许有的同学要说，拔河比赛时每个队员并不是在绳子的同一点用力(如图2所示)。能这样想和问的同学，说明你很善于观察和分析，不过，在物理学中，可以把力的作用点平移，且平移后力的作用效果不变，因此，可以把图2演变成图3所示的情况。显然，这两个力的合成可以用上述的“平行四边形法则”来进行。

2　作用力与反作用力

一般人都认为，拔河比赛的胜负是由力量(即上述的合力)的大小决定的，如果己方的合力大于对方的合力则必定取胜。这种想法是错误的，为什么?我们假设拔河比赛的两方分别为甲方和乙方，因为力的作用是相互的，甲方在给乙方施力的同时乙方也一定在给甲方施力，他们之间_的作用力属于作用力和反作用力，而作用力与反作用力总是大小相等、方向相反、作用在同一条直线上的。因此，在拔河比赛中无论胜败，双方施加给对方的力大小总是相等的。

3　力的平衡

拔河比赛中涉及的力学知识比较广泛，除了上述的“力的合成”和“作用力与反作用力”的知识以外，还涉及到平衡力的知识，有同学对此感到不理解。我们来分析运动员的受力情况，为了说明问题的方便，把参赛运动员看作一个整体，其受力情况如图5所示，运动员在竖直方向受到重力G和地面的支持力F支的作用，因为运动员在竖直方向静止，所以两者是一对平衡力；在水平方向受到绳子的拉力F拉和摩擦力f，当两队处于僵持状态时，这两个力也是一对平衡力，但是，当某些因素改变时，水平方向的平衡将会被打破。因此分出胜负。

4　运动和力的关系

既然比赛中的双方给对方的力大小是相等的，那么比赛的胜负由什么决定呢?我们知道，如果某个物体不受力或受平衡力的作用，这个物体的运动状态则保持不变；如果某物体受到的力是非平衡力，则该物体的运动状态就要发生变化。在拔河中，某一方的胜负取决于这一方在水平方向上的受力情况。因为比赛是在水平方向进行的，且竖直方向的重力和地面的支持力始终是平衡力，比赛的胜负就取决于F拉和f的大小：如果F拉=f，则双方僵持，即都保持静止；如果F拉>f，则这一方就会输掉比赛；如果F拉

5　摩擦力

通过上述对拔河队员进行受力分析可知，只要所受的拉力小于与地面的摩擦力，就不会被拉动，反之则要输掉比赛。可能有的同学对此还持怀疑态度，那么我们来进行一场“另类”的拔河比赛。让三个体重和力量差不多的人按照如图6所示的方案来拔河。比赛的胜负同学们一定很清楚，根据上述2中的分析可知。两队运动员受到绳子的拉力是相等的，左侧小车上的运动员之所以失败，是因为小车与地面之间产生的滚动摩擦远小于右侧队员与地面之间的摩擦力。因此，在拔河比赛中，增大与地面的摩擦力就成了胜负的关键。我们知道，摩擦力的大小与压力以及接触面间的粗糙程度有关，为了增大摩擦以取得比赛的胜利，一方面要增加脚底与地面之间的粗糙程度，因此，运动员要穿上鞋底有凹凸花纹的鞋子，这样能够使摩擦力增大；另一方面就是要增大人对地面的压力以增大摩擦力，运动员对地面的压力越大，摩擦力也就越大，因此，拔河比赛队员的体重越重，就越容易取得比赛的胜利，这就是拔河队员为什么都要选“大胖子”的原因。

另外，在拔河比赛中，胜负在很大程度上还取决于人们的技巧。比如，脚使劲蹬地，在短时间内可以对地面产生超过自己体重的压力。再如，人向后仰，借助对方的拉力来增大对地面的压力等等，其目的都是尽量增大地面对脚底的摩擦力。以夺取比赛的胜利。