许立艺——杂技表演中的力学原理

杂技表演中的力学原理

杂技作为人们喜闻乐见的一种表演形式，极具技巧性，刺激性，同时其中又包含了丰富的力学原理。现在通过一些常见的杂技表演节目，分析其中的力学知识。

一、劈砖

劈砖主要运用了以桌沿为支点的杠杆原理，有两种形式：接触点搁断——桌沿劈砖之前，要先蓄力使砖块抬离桌子，分界处将率先撞击到远比手骨坚硬的桌沿，这次撞击可以轻易把砖搁断。

非接触点断裂——即使断裂处不是直接和桌沿作用的点，断裂处相对砖块与桌沿接触点（支点）距离更近，也就是说力臂小；而徒手拍砖的位置离支点远，力臂大。也就是说劈砖的位置是个省力杠杆。发更相对小的力F1可以产生非常大的力F2破坏砖块结构。当产生的力F2足够大破坏了砖块结构时，砖就断了，力矩平衡也就被打破了。这个原理近似于钳子和扳手的原理。

二、走钢丝

杂技演员脚底下踩着的那根钢丝，只有晒衣服绳子一般粗细，演员在这钢丝上，如履平地，自如地做着走、跳、跪、卧等动作，还能跳绳、翻跟斗、跳舞呢灵活轻捷的表演惊险而又优美，不断赢得观众阵阵掌声。

不管任何物体，要保持平衡，物体的重力作用线(通过重心的竖直线)必须通过支撑面(物体与支持着它的物体的接触面)．如果物体重力作用线不通过支撑面，这个物体就要倒下来。

根据平衡的道理，走钢丝的杂技演员，始终要使自己身体重力作用线通过支撑面，这支撑面就是钢丝．钢丝很细，给人的支撑面极小、使身体重心恰巧落在钢丝绳上就很难，身体随时有倒下去的危险．生活的经验告诉我们，当身体摇晃要倒下时，人们往往摆动两臂，使身体重新站稳．两臂的摆动，是在调整重心作用线，使之通过支撑面以恢复平衡．体操运动员在平衡木上，也常常有这样的动作．杂技演员走钢丝，当然也必须伸开双臂左右摆动来掌握重心，保持平衡．他们手中还常拿着长长的竹竿，或者花伞、彩扇等，这些物品起着“延长手臂”的作用，是帮助身体平衡的辅助工具。

三、荡秋千

会荡秋千的人在荡秋千时能够越荡越高，说明机械能是不守恒的而且是不断的增加．那么这个机械能的增量是来自何处的呢?

我们在荡秋千时，如果人站在秋千上不动，荡秋千做来回往复运动．当秋千从最低点荡到最高点的过程中，重力做负功，系统的动能转化为系统的势能，当秋千从最高点荡回到最低点时，系统的势能又转化为系统的动能，整个过程机械能守恒，秋千将做等幅摆动。

如果要让秋千越荡越高，就必须借助外力，自己荡秋千，就没办法借助外力了，系统也就无法从外界获得能量．只有通过荡秋千的人自己与绳子的内力做功将自己的内能转化为系统的机械能，而人的内力做功又只能靠人在秋千上站起或蹲下来实现。

所以当人荡到平衡位置时，双手用力拉绳，则绳以相同大小的反作用力拉人，此力克服人的重力做功使人突然起立，人在此时重心将上移，系统的重力势能增加．此时切向速度未变即动能未变，系统的机械能增加．当秋千从最低点荡到最高点的过程中慢慢下蹲，则在此过程中，重力不再做负功了，而近乎不做功，甚至还可以做正功．当人升至最高点时在迅速站起，使重力势能增大．当秋千由最高点荡回到最低点时慢慢下蹲，使其重心下降，此时重心的位置下降，此过程重力仍然做正功．则在一个周期中重力始终做正功．这样，荡秋千的人就可以将自身的内能转化为秋千的机械能。

总之，荡秋千的人应在秋千运动到最低点时迅速站起，然后慢慢下蹲，当秋千荡到最高点时，再猛然站起，过了最高点后再慢慢下蹲，到了最低点时再猛地站起，以后重复上面的

动作，即秋千越荡越高。

四、跷跷板

杂技表演中，用跷跷板的弹力将杂技运动员(简称杂技员)弹到高处，然后落在高高的另一个人塔的肩上，情节十分优美惊险．这里的跷跷板与儿童游乐场的跷跷板大不相同，它具有很好的弹性。

杂技表演中，一个身体硕大的男演员，从某个高处跳下，落在跷跷板的一端．跷跷板的另外一端上的身体娇小的女演员将被高高弹起，落在人梯顶端的椅子里．此过程中，如果男杂技员的重力势能转变成动能，对跷跷板做功，假定忽略跷跷板的摩擦消耗以及空气阻力能耗，那么男杂技员的动能通过跷跷板的弹性全部转变为女运动员的动能，向上运动到目标位置．理论上女演员被弹起的高度与男演员下跳的高度和他们体重比有关。

通过上述几个例子的分析，可以发现，杂技表演涉及到物体的平衡、物体的运动、能量等知识，即几乎包含了力学的所有主干知识．从对杂技这一现象的关注，我们可以受到启发，热爱生活，关注社会，不仅能让我们从中享受到无限的乐趣，而且能让单调的物理知识变得更有生命力，使我们的学习更有意义。