2025年高考生活物理：走鋼絲繩的力學機理
來源：網(wǎng)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(wěn)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(zhì)量越大，其保持原有狀態(tài)的慣性也越大。科克倫由于附加了金屬桿，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(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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