与运动有关的力学原理
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Q: 众所周知，人从楼上掉下摔不死也会摔成重伤，可是蚂蚁从高处落下却会安然无恙，其中的秘密是什么呢？
A: 物体在空气中运动时会受到空气的阻力，其阻力的大小与物体和空气接触的表面积大小有关。越小的物体其表面积大小和重力大小的比值越大，即阻力越容易和重力相平衡，从而不致于下降的速度越来越大，也就是说微小的物体可以在空气中以很小的速度下落，所以蚂蚁落地时速度很小，不致于摔死。
Q:过山车极富刺激性、风驰电掣、有惊无险的令多人着迷。你能思考一下过山车中的物理学原理吗？
A:过山车的运动包含了很多物理学原理。
过山车在开始旅行时，小列车靠一个机械装置的推力推上最高点，但在第一次下行后，就再也没有任何装置为它提供动力了。事实上，从这时起，带动它沿着轨道行驶的惟一“发动机”是引力势能，即由引力势能转化为动能、又由动能转化为引力势能这样一种不断转化的过程。
引力势能是物体因其所处位置而自身拥有的能量。过山车的势能在其处于最高点时达到最大，即当它爬升到“山丘”顶峰时最大。当过山车开始下降时，它的势能不断减少，但不会消失，而是转化成了动能。但在能量转化过程中，由于过山车的车轮与轨道的摩擦产生了热量，从而损耗了少量机械能。这就是为什么随后的小山丘要设计成比开始时要低的原因：过山车已经没有上升到像前一个小山丘那样的高度所需要的机械能了。
最后一节小车厢是过山车赠送给乘客最刺激的礼物。事实上，下降的感受在过山车的尾部车厢最强烈。因为最后一节车厢通过最高点时的速度比过山车头部的车厢要快，这是由于引力作用于过山车中部的质量中心的缘故。这样，乘坐在最后一节车厢的人就能快速地达到和跨越最高点，从而产生一种要被抛离的感觉，因为质量中心正在加速向下。尾部车厢的车轮是牢固地扣在轨道上的，否则在到达顶峰附近时，小车厢就可能脱轨甩出去。
车头部的车厢情况就不同了，它的质量中心在“身后”，在短时间内，它虽然处在下降的状态，但是它要“等待”质量中心越过高点被引力推动。
到达“疯狂之圈”时，沿直线轨道行进的过山车突然向上转弯。这时，乘客就会有一种被挤压到轨道上的感觉，因为这时产生了一种表观的离心力。事实上，在环形轨道上由于铁轨与过山车相互作用产生了一种向心力。这种环形轨道是略带椭圆形的，目的是为了“平衡”引力的制动效应。当过山车达到圆形轨道的最高点时，事实上它会慢下来，但如果弯曲的程度较小时，这种现象会减弱。一旦过山车走完了它的行程，机械制动装置就会非常安全地使过山车停下来。减速的快慢是由气缸来控制的。
Q:试利用摩擦力、牛顿第三定律、力矩等知识，推测决定拔河胜负的原理?
A:决定拔河胜负的因素很多。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1所示。
（一）移动分析
A所受的水平力为绳张力T及地面对脚底的摩擦力f1及f2。A究竟能维持静止抑或向何方移动，则视乎T与（f1+f2）的大小而定：
若T＞（f1+f2），则向对方加速移动；
若T＝（f1+f2），则维持静止；
若T＜（f1+f2），则向己方加速移动。
同理，B也可同样分析。若以两方拔河者作为一整体而研究，则绳张力T是这体系的内力，它与整体的运动无关。于是，只剩下（f1+f2）和（f3+f4）两组方向相反的外力。故胜负就视乎这两组外力何者较大。
因摩擦力f等于摩擦系数μ与正压力（此例正压力等于体重mg）之乘积。即：f＝μmg。
故拔河的胜负，主要视乎双方队员的总体重以及鞋底与地面之间的摩擦系数而定。地面较平滑的一方当然吃亏。因此一回合之后就要对调场地。
（二）转动分析
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2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O为支点计算：
顺时针力矩＝T×h
逆时针力矩＝W×l
A要避免被拉倒，应尽可能减小h（尽量蹲低），而增大l（两脚马步要阔）。
（三）拉绳的方向与绳的夹角应尽量小（最好和绳平行），这可以增大合力。故图3正确，图4不正确。
Q:善用惯性、重心和力矩的知识，可以把体重较大的对手摔倒。怎样机警地运用这些知识呢？
A:柔道的主要目标，就是把对手摔倒。要达到此，单靠蛮力不足以取胜。除力气和敏捷外，善用惯性、重心和力矩等物理知识原理，有助于取胜。
以过腿摔为例，如图所示。在图5中，表示进攻者A尚未掌握有利形势，就急于用力。这时，对手B的体重不通过支点（A的右臀部），因而形成重力臂，于是产生一个抵抗的力矩（B的重力×重力臂）。这个力矩如果大于A的进攻力矩（A的拉力×拉力臂），A就不能把B摔倒。
在图6中，A掌握时机，使其右臀部支持着B的重量，也就是B的重心恰好位于支点的上方。于是，B的重量对支点就没有力臂，也就是没有反抗力矩。因此，A的力矩就轻易把B摔倒。
图5 图6
要把对手摔倒，不但要依靠自己所产生的力矩，还要借着对手身体的惯性。例如要把对手摔向右方，
就先作势假装要把对手摔向左方。对手为了维持平衡，就要把身体倾向右方。利用对手倾向右方的惯性，就乘势把对手摔向右方。
此外，破坏对手的平衡状态，诱使其重心的铅垂线离开其双脚的范围，使对手的重量产生倾倒的力矩，也很重要。