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岳东晓 -- 珍珠湾全球网 ... http://ydx.zzwave.com [收藏] [复制] [分享] [RSS] 岳东晓 -- 珍珠湾全球网

日志

科普:走路的初中物理

热度 9已有 11732 次阅读2013-9-25 14:23 |个人分类:科普|系统分类:科技| 摩擦力, 顺时针, 初中, 竞走, 模型


什么叫走?看过竞走比赛的都知道,走的定义是必须有一个双脚着地的阶段。假设此时人摆上这个姿势不动,我们来分析一下受力情况

walk.jpg


左边的这只脚踩在地上,它受到地面的作用力是什么方向呢?肯定有一个向上的力,来支撑人的重量。另外一个是摩擦力,问题是(1)这是什么摩擦力;(2)方向朝哪边?

答案是(1)A受到的是静摩擦力---我们假定脚在地面没有打滑;(2)A受到的摩擦力方向是向右。

为什么?让我们看AB这条腿,以A为轴心,可以看出B点受到向下的力形成一个顺时针的力矩,AB本身的重量也形成一个顺时针的力矩,而要抵消这个力矩,B点关节必须给这条腿一个向左的水平力,而要抵消这个向左的力,A点必须有一个向右的摩擦力。

你也可以以B为轴心看这个问题可能更清楚,A点受到地面向上的支撑力为人体重的一半,这个支撑力产生一个顺时针的力矩,要抵消这个力矩,A点必须有向右的摩擦力。

类似的,右边这只脚受到向左的静摩擦力。这一点,从对称性就知道了。

如果没有摩擦力,这人如果想保持这个姿势,就会来一个劈叉。很痛苦的。怎么回事?

如果静摩擦力不够,脚底就开始在地面滑动,而滑动起来,腿分得更开了,而躯干下压对AB造成的力矩越大,这个两腿分开的动作越加迅速。

图中的人要向左行走,必须有足够的摩擦力推动右边那条腿由静止向左运动(通过脚跟抬起,使得右边的有效长度增大,静摩擦相应增大),实现与左边那条腿交叉,两脚也实现前后交换,如果静摩擦力不够,那么右边那只脚就会出现向后打滑,使两脚距离反而增大。

不用计算也可以看出,脚步卖得越大,需要的摩擦力越大。换言之,摩擦力越小,能走的步子越小。


初中物理一般只需要定性地讲讲,要计算可能要用高中一年级物理了。假设上图中腿AB与垂直线的夹角为[ix]\theta[/ix], 人体重为W,腿长为L,那么以B为转轴的力矩平衡方程为 (忽略腿重)

[ix]\frac{1}{2} W L \sin\theta = f L \cos \theta[/ix]

因此,[ix]\tan \theta = \frac{2f}{W}[/ix]

静摩擦力最大值为[ix]\frac{1}{2}W \mu[/ix],其中[ix]\mu[/ix]为静摩擦系数。因此 [ix]\theta[/ix]最大值为[ix]\tan^{-1} \mu[/ix],因此最大步伐为

[ix]2L\sin(\tan^{-1} \mu)=2L\frac{ \mu}{\sqrt{1+\mu^2}}[/ix]


由上可见,当静摩擦系数为0时,最大步伐为0,真可谓寸步难行。


PS



hip-bones-front.jpghipbones.jpg


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发表评论 评论 (15 个评论)

回复 乔雨风 2013-9-25 21:30
看不出与书记有什么关系
回复 ojx111 2013-9-25 21:35
乔雨风: 看不出与书记有什么关系
他在同iMan网友斗啦, 看微薄.
回复 岳东晓 2013-9-25 22:28
iMan: 哈哈哈。。。真不愧是北大物理系毕业的,美国理论物理博士,这笑话太经典了!

什么叫高分低能,这就是!什么叫没分析问题解决问题的能力,这就是!什么叫博士白 ...
虽然你学过初中物理、高中物理甚至可能上过大学学过普通物理,但你根本无法正确运用这些基本的知识解释你天天进行的活动--走路,你对走路的认识依然停留在智力动物本能的阶段,而且在见到正确的分析之后,你仍然无法领悟。可见你智力水平相对的低下。

对比一下我的分析,与你的分析就知道了,你的分析是
【即使要跑也是抬腿跨步水平移动而不是滑动摩擦啊】,【水平方向的加速度由鞋底摩擦力提供。因为站着起跑加速度不需要多大。反过来说,如果摩擦系数低,其实可以跑得更快。听说过滑冰吗?】。
回复 岳东晓 2013-9-25 22:39
iMan: 岳博士,捞干的!回答我的第一个问题:Q1,你是用整个人还是一条腿做的受力分离体?
如果你对我的分析还有问题,我们之后再谈,我保证一一回答你的问题。
别废话 ...
我的分析就在上面,连对应的方程都写出来了,你看不懂?

你对这个问题的分析虽然缺乏完整的逻辑,但可以看出来,基本概念错误。你可以把你的分析完整的写出来,我可以告诉你你错在哪里。
回复 岳东晓 2013-9-25 22:46
iMan: 我负责任地告诉你,你的这个分析就是一个笑话。为什么是笑话,我后面会明确告诉你的。
你要直接回答我的问题,两三个回合,我叫会让你明白,你的分析都可笑!

...
我把分析图、计算都写出来了,你单纯骂街就显得很无能而且弱智了。

你如果要继续讨论,完全可以把你的分析一五一十的写出来,让大家看看你的水平不是更好?
回复 岳东晓 2013-9-25 22:49
iMan: 岳博士,Q2,右脚的摩擦力的方向是什么?
我文章中黑字写的清清楚楚,你不会自己看?
回复 岳东晓 2013-9-25 22:59
iMan: 宽恕我愚钝看不出来,请你告诉我:
Q1:你是用一条腿还是整个人体作受力分离体的?
Q2,右脚的摩擦力的方向是什么?

-------------------------------

Dr. 你 ...
你先看清楚,我不会再重复我文中有的内容

1. “让我们看AB这条腿...”

2. "右边这只脚受到向左的静摩擦力"
回复 岳东晓 2013-9-25 23:10
iMan: DR YUE,  

Q3,而要抵消这个力矩,B点关节为什么必须给这条腿一个向左的水平力呢? B点给个力矩不行吗?你的大腿跨没有肌肉和筋吗?A点给个力矩不行吗?你没有 ...
这些问题,你可以运用初中物理自己思考一下,看能不能找到答案。你分析完之后,我可以给你做个评价。
回复 岳东晓 2013-9-25 23:16
iMan: Dr YUE,是你在Q3这里就举白旗,还是要我再来一击- Q4?
何不把你的全部东东都倒出来?写清楚,我没时间跟你继续颠三倒四重复。

等你全部倒出来后,我再来一次回应。
回复 岳东晓 2013-9-25 23:23
iMan: 如果你真会用初中物理知识分析实际问题,到此你就应该明白了你的分析是错误的了。也就不需要用Q4这个原子弹最后再炸一下广岛了。 ...
最后一次声明,你如果继续颠三倒四纠缠,将不再回应:

请把你的全部分析也好、计算也罢都倒出来。一五一十写清楚,我没时间跟你继续颠三倒四重复。等你全部倒出来后,我再来一次回应。
回复 岳东晓 2013-9-25 23:37
iMan: 结论:

因为铁等腰三角形(没底边)结构能在水平光滑的镜面上(摩擦系数为零)上静立,所以,人两腿叉开静止站立不需要任何地面摩擦!!!!!!初中物理的证明 ...
你全部写完之后,通知一声。我得对你负责,你如果滑冰时贸然实验一下,老头扯淡倒是其次,撕开裆部就不值了。
回复 岳东晓 2013-9-25 23:40
iMan: 昨天一来,我就给你上中下三策,上策叫我师傅,一笑了之;中策不了了之,结果你选了中策。
现在你就是提着四样礼来跪下来磕头拜师,我也不会收你做徒弟了。基础 ...
你全部写完之后,通知一声,我会对你的东东进行分析。另外,得对你负责,你如果滑冰时贸然实验一下,老头扯淡倒是其次,撕开裆部就不值了。
回复 岳东晓 2013-9-26 00:18
iMan: 我写完了。 你要怕撕开裆,为什么不能把步子跨小点呢?你的分析难道有角度要求?这么简单的物理问题,能抵赖得了嘛。 ...
写完了?好。

等我今天有时间,再写篇分析,把你的无摩擦、肌肉固化劈叉而行走用初中物理分析一下。
回复 温和宝 2013-9-26 00:27
走路是一个连续跌倒的过程。
回复 稻草 2013-10-6 15:07
没想到,这样的贴子还挺热。

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