杂技中力学制作赵振宇PB05000626.ppt

杂技中的力学制作：赵振宇 P在各式各样的杂技中，蕴涵着丰富的力学原理。利用力学原理不仅保证了杂技的安全性而且可以让演员最大限度的展现杂技的精彩之处。 一 走钢丝 高空走钢丝是典型的物体平衡问题，主要利用了物体的共点力平衡和力矩平衡原理。 这是一种有支轴的平衡（轴即双足），其重心在支轴的上面，是一种不稳定平衡，重力的作用线稍稍偏离支轴，即可产生一个倾覆力矩，演员就有掉下来的危险。 演员通过手持长竿解决这一问题。 走钢丝 运动员手持长竿，一方面由于长竿的质量较大，有助于保持人与竿的质心位于平衡位置。另一方面，竿的转动惯量较大，可大大降低演员左右摇摆时的角加速度，给了演员充分时间调整自己的平衡。 2000年12月31日，“高空王子”阿迪力在上海的中环商务大厦之间成功的表演了高空走钢丝。在实际表演过程中，演员不仅需要很好的心理素质，力学知识也同等重要，在户外高空，演员还需要同不稳定的空气流展开搏斗，必须能灵敏的估计出自己的受力情况和相应需要改变竿状态的幅度。 相比之下，空手走钢丝具有更大的难度，但原理是一样的。 二 顶碗 顶碗也是典型的平衡问题。 在一般人看来，物体越高质量越大，就越不容易平衡，而在杂技中却并非如此，物体越高越重则越容易保持平衡。 顶碗 演员所顶之物可以看作是一个直立的刚体，它倾倒时顶端的角加速度为 加速度为 a=Lβ=αg sinθ (L—竿长, r—质心高度, R—回旋半径) 通过上式可知，L越大，角加速度越小，给予演员充分时间调整平衡；质量越向上端集中，则 α因子越趋近于1，越有利于保持平衡。 三 气功碎石 杂技表演中在演员的头上放几块砖，另一演员举起铁锤用力砸下去，顶砖者却安然无恙。 人的颈项，具有一定的弹性，据此可用一根弹簧作为力学模型，设其弹性系数为k,每一块砖的质量为m，如果表演者头上顶着n块砖，整个表演可简化为：弹性系数为k的弹簧固定于地面，其上方压着n块质量为m的砖块，现用一铁锤向下猛击砖块，设力为F，上面n块砖对弹簧的作用力即为人的颈项承受的压力。在击打之前，设弹簧对砖的支持力为f=nmg （1）。击打时n块砖的瞬时加速度为a=F/nm（2）；设第n-1块砖对第n块砖的作用力为N，则对第n块砖有N-f+mg=ma（3）. 气功碎砖 四 其它 1 跳水 跳水运动员在空中抱成团状可减小转动惯量从而加快转动速度，使动作更加精彩优美。 其它 2 空中飞人 演员在乘秋千飞翔的过程中时刻进行着重力势能与动能的转化，当秋千达到最高点时动能全部转化为势能，此时演员脱离秋千被另一演员接住，因为速度几乎为零，所以是相对安全的。 总结 其实生活中不仅是杂技，力学运用几乎遍布生活的每个角落。因此一方面我们要学会透过现象看本质，另一方面要学会利用科学原理指导实践，令生活实践更加安全与精彩。 * * 由（1）、（2）、（3）式可解得 N=（n-1）mg+F/n（4）； 也就是说，人的颈项所受到的作用力不是nmg+F,而是nmg+F/n。n越大则所受压力越小，故砖越多则越安全。 另一方面，头上放砖块增大了接触面积，减小了压强从而保证了演员的安全。