2025年高考生活物理：走鋼絲繩的力學機理
來源：網絡整理 2024-12-12 08:49:18
走鋼絲繩的力學機理
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，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，穩步向前走去，18min后，順利抵達終點。科克倫在如此危險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，物體的質量越大，其保持原有狀態的慣性也越大。科克倫由于附加了金屬桿，使得他的總質量增大，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節自己重心的位置，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，其平衡狀態最穩定）這額外增加的摩擦力大大增加了他調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之長的科學道理。
（4）金屬桿是科克倫應付緊急情況的護身符。如風力加大等偶然事件在途中出現，使身體重心偏向鋼絲繩的一側時，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時會有一個使身體繞鋼絲繩翻轉的重力矩產生，這時若及時使長桿在水平方向向另一側移動，就可產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度。正是力學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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