粗浅分析走钢丝力学问题
生活中的力学现象
生活中的力学现象（教案）力学是与日常生活关系最密切的物理学科之一，可以说在我们日常生活中，力学几乎无处不在。
人们的衣食住行处处都与力学有着紧密的联系。
本章通过日常生活中一些事例说明物理教学与实践的关系，使力学教学贴近生活，走进生活。
1.1静脉输液时的力学现象静脉输液时，要求在输液过程中，保持滴点的速度几乎不变。
通过观察封闭式静脉输液用的部分装置，结合气体压强、液体压强的知识我们不难说明其道理。
输液时，医生先将葡萄糖液瓶倒挂，然后将通气管上的通气针插入，这时通气管与葡萄糖液瓶内部连通，葡萄糖液有一部分进入通气管内。
但我们注意到进入的量并不多，通气管内的液面远比葡萄糖液瓶内的液面要低。
接着医生就把点滴玻璃管和输液管连好，然后将输液管通过针头与葡萄糖液瓶内部相连。
调节橡皮管上的夹子，葡萄糖水就开始均匀地一滴一滴在点滴玻璃管内下落了。
首先，当插入通气管后，为什么通气管内的液面远低于葡萄糖液瓶内的液面。
由于葡萄糖液瓶内的空气是密闭的。
当通气管和葡萄糖液瓶内接通时，部分葡萄糖液已进入通气管，这样葡萄糖液瓶内部的液面就有所下降，瓶内空气的体积就会增大，压强就要减小。
正是由于瓶内空气压强减小，小于外界大气压，所以导致了通气管内的液面与葡萄糖液瓶内液面之间出现了上述的高度差。
其次，我们来分析输液时葡萄糖液瓶内的压强情况：我们知道，液体压强是随深度增加而增大的。
液体越深压强越大，这样液流速度就越快。
在输液开始后，葡萄糖液瓶内的液面持续下降，瓶内空气压强减小，因而通气管内的液体由于受到外界稳定的大气压强的作用，很快被压回到葡萄糖液瓶内。
当通气管（包括针头）内没有了葡萄糖液后，其针头顶端开口处的小液片就刚好在上下都是一个大气压强的作用下平衡。
小液片的上部受到向下的压强是瓶内空气压强以及葡萄糖液产生的压强。
小液片的下部受到向上的压强是外界大气压强。
当瓶内液面继续下降而导致瓶内空气压强略有下降时，小液片就不再平衡，它让开一个“缺口”，气泡就冒上了瓶内空气之中。
走钢丝力学漫谈
走钢丝力学漫谈空中走钢丝，若把人的各肢体与横杠一起看成是一个刚体的话，其运动形式基本是两种：沿钢丝方向的平动与垂直于钢丝方向的绕固定轴转动（轴过人脚与钢丝的接触点O垂直于人体横杠所在的平面）。
这样，他的力学模型基本上是一个沿钢丝方向平动的倒立摆（图1）。
图中C为摆的质心，当θ=0时，摆处于不稳定的平衡状态。
由于摆的质心C位于悬挂点O的上方，当摆受扰动而微小偏离此平衡位置时（θ≠0，θ极小），重力对O之矩将加大摆对此位置的偏离，从而破坏原有的平衡状态。
模型摆铰接在悬挂点O，无论怎样偏离都不会脱离悬挂点，而人站在钢丝之上，只受钢丝的单向约束，它不能限制人体脱离钢丝，于是，生死天地一线间便成了所有观赏者的悬念。
上述两种运动形式的运动状态变化，决定于系统受力、运动的初始条件（两种运动形式的初速都认为是零，可不予考虑）及系统的惯性。
惯性是物体保持其运动状态不变的特性，是物体的基本属性。
倒立摆的平动和定轴转动惯性分别以物体的质量和对O轴的转动惯量度量。
物体的质量越大，平动惯性就越大，平动状态也就越不易改变；转动惯量反映了物体在对转轴的一定力矩作用下改变其转动状态的难易程度，它的大小与物体的质量相对于转轴的分布距离有关，即与距离的平方成正比，距离越大，转动惯量就越大，物体转动状态也越难改变。
运动员的体重约70千克，身高约1.8米，设他的重心至钢丝O的距离h=1.2m，则身体对O轴的转动惯量J1=70kg·m2；平衡杆重27千克，长12米，杆至脚距离也为1.2米，相对于O轴的转动惯量J2=363kg·m2。
可见J2≈5J1。
根据动能定理，可以算出运动员从0.5度偏摆到5度，持杆时所需时间约为不持杆的两倍多。
可见，持杆既有利于他行走速度的缓慢平稳，又减缓了上述由于重心侧向偏移引起的失稳，为他及时调整重心恢复到平衡位置赢得了宝贵时间。
上述把人-杆看成为一个刚体的倒立摆模型，只能解释人踩钢丝易于失稳，及人手持杆减缓失稳的原因。
走钢丝拿平衡杆物理知识
走钢丝拿平衡杆物理知识走钢丝是一项需要平衡技巧的特技表演，而拿平衡杆则是走钢丝中的一种常见动作。
在这篇文章中，我们将探讨走钢丝拿平衡杆背后的物理知识。
我们来了解一下什么是重心。
重心是一个物体所受重力的合力作用点，也可以理解为物体的平衡点。
在进行走钢丝拿平衡杆的过程中，重心的位置起着至关重要的作用。
当我们身体保持平衡时，我们的重心通常位于我们的骨盆附近。
当我们走在钢丝上时，我们必须通过调整身体的姿势来保持重心在钢丝上的位置。
这就是为什么在走钢丝时，身体会保持前后方向的平衡。
拿平衡杆是一种增加难度的动作，它要求我们保持身体平衡的同时，还要手持一根平衡杆。
在拿平衡杆的过程中，我们需要经过一系列调整来保持平衡。
我们需要调整平衡杆的位置。
平衡杆的位置应该尽量接近我们的重心，这样可以减小平衡杆对我们身体平衡的影响。
如果平衡杆离我们的重心太远，那么就需要我们用额外的力量来控制平衡杆，增加了平衡的难度。
我们需要控制平衡杆的角度。
平衡杆的角度决定了它对我们身体平衡的影响。
如果平衡杆的角度太大，它会产生一个较大的力矩，使我们更容易失去平衡。
因此，我们需要调整平衡杆的角度，使其尽可能保持水平，减小力矩的作用。
我们需要调整身体的姿势来保持平衡。
在拿平衡杆的过程中，我们需要将身体的重心与平衡杆的重心保持在同一直线上。
这意味着我们需要调整身体的姿势，使自己保持直立，并且身体的重心与平衡杆的重心保持对齐。
这样一来，在走钢丝的同时，我们还能够保持平衡杆的平衡。
除了以上提到的调整，走钢丝拿平衡杆还需要我们具备一定的身体控制能力和平衡能力。
这需要通过长期的训练和练习来培养。
当我们的身体控制能力和平衡能力达到一定水平时，我们才能够在走钢丝拿平衡杆的表演中毫不费力地完成各种动作。
总结起来，走钢丝拿平衡杆是一项需要身体控制能力和平衡能力的特技表演。
在表演中，我们需要通过调整重心的位置、平衡杆的位置和角度，以及调整身体的姿势来保持平衡。
这需要长期的训练和练习，才能够达到熟练的水平。
粗浅分析走钢丝力学问题
由于角度很小，有
解得：
m gh 2I
2
2
t
I ln m ghFra bibliotek 所以，人有杆无杆时，所须时间比为
T2 T1
( I1 I 2 ) M 2 ( M m) I1
（2）控制平衡
人与杆不是固定在一起，将人和杆组成两个刚体模 型当人偏离平衡位置时，可通过控制杆的左右移动、上 托下压来消除不平衡力矩。 如图，当人向右偏 2 角时，为消除重力矩，有
F f (M m)ac
f 为脚上的静摩檫力
f
结束语：
以上只是对问题进行一些简单粗浅分析，并且做了 许多近似和省略。 走钢丝这个问题只是窥豹一斑，力学广泛存在于农 业生产和人类生产生活的各个领域。因此，我们应当很 好的掌握力学规律并运用它们去处理、解决问题，去造 福人类。
谢谢观看！
.
G
当 0 时，摆处于稳定状态。 当摆受轻微扰动有个小的偏角 时，有个重力力矩M=Mgsina，将 加大偏离，摆失去平衡。
其中C为质心
杆的作用
12
（1）减缓失稳
m
c
1 .8 m
我取1995年加拿大人杰伊-科克伦横跨瞿塘峡 时的一些数据。（如图）
1.2 m 杆
将人粗略看成一长方体 人质量M=70kg 钢丝质量m=27kg C为质心
2
c1
杆
1 2
.c
钢丝 其中 1 人 的质心
c c 2为杆和
mghsin 1 Mghsin 2 0 sin 1 M sin 2 m
即，熟练的运用平衡杆，便可维持侧向稳定。 对杆的要求： 重量适度，长度长为宜。（转动惯量大）
B 沿钢丝方向. .c
走钢丝的原理
走钢丝的原理走钢丝是一项极具挑战性的表演艺术，它源于中国民间传统技艺，后来逐渐发展成为一种精彩刺激的表演形式。
那么，走钢丝的原理是什么呢？本文将从物理学的角度来解析走钢丝的原理。
我们需要了解钢丝的特性。
钢丝是由许多细丝编织而成，它具有很高的强度和耐久性。
这使得钢丝可以承受较大的拉力和压力，足够支撑人的重量。
走钢丝的关键在于保持平衡。
钢丝是一条细长的线，如果没有足够的平衡力，人就很难在上面行走。
因此，走钢丝表演者需要具备良好的平衡感和体力，以及高度的集中注意力。
只有通过不断的练习和训练，才能达到这种状态。
走钢丝的平衡原理是基于重心的控制。
重心是物体处于平衡时的关键因素，也是人体平衡的重要参考点。
在走钢丝时，表演者需要不断调整身体姿势和重心位置，以保持平衡。
当身体稍微向一侧倾斜时，表演者会迅速调整身体姿势，使重心回到钢丝上，保持平衡状态。
走钢丝还涉及到摩擦力的作用。
摩擦力是指两个物体相对运动时产生的阻力。
在走钢丝时，表演者的鞋底与钢丝之间会产生一定的摩擦力，这有助于增加表演者的稳定性。
为了增加摩擦力，表演者通常会选择穿着特制的鞋子或使用其他辅助工具，以增加鞋底与钢丝之间的接触面积。
除了平衡和摩擦力，表演者还需要应对钢丝的振动和风力等外部因素。
钢丝在行走过程中会产生微小的振动，这可能会对表演者的平衡产生影响。
同时，风力也会对表演者造成一定的阻力，增加行走的难度。
因此，表演者需要时刻保持警觉，及时调整姿势和步伐，以应对这些外部因素。
走钢丝的原理可以归纳为平衡控制、重心调整、摩擦力和应对外部因素。
这项艺术需要表演者具备良好的平衡感、体力和专注力，通过不断的练习和训练，才能在钢丝上保持平衡并行走。
走钢丝的表演不仅考验了表演者的技巧和勇气，也给观众带来了无限的惊喜和震撼。
钢丝拉拔成形过程力学特性分析
钢丝拉拔成形过程力学特性分析杨理诚;梁勇【摘要】基于钢丝拉拔成形过程进行数值计算分析,获得了各场量(等效应力—应变、温度等)的分布规律和变化特征.在刚塑性模型中,考虑了钢丝与模具之间的热传导,模具与环境的热交换等因素.计算并探讨了金属的塑性流动规律、等效应力—应变、温度的分布以及摩擦力特点,进一步分析了产生中心裂纹、表面横裂等实际问题的机理及其影响因素,提出了相应的解决方案,为优化模具结构、提高钢丝疲劳强度以及进行钢丝拉拔工艺设计提供可靠性依据.【期刊名称】《机械设计与制造》【年(卷),期】2016(000)010【总页数】4页(P53-56)【关键词】摩擦力;拉拔;温度场;中心裂纹【作者】杨理诚;梁勇【作者单位】湖南工程学院机械工程学院,湖南湘潭411101;湖南工程学院机械工程学院,湖南湘潭411101【正文语种】中文【中图分类】TH16;TH161近年来，钢丝在各行各业中得到广泛应用，特别是在建筑、汽车等领域。
同时随着人们节能意识的增强，对高强度钢丝的需求日益扩大。
作为钢丝的主要生产方式，拉拔成形是指金属加工材料通过带有一定锥度孔的模具来减小其截面积的一种塑性加工成形方法，通过冷拔成形可形成各种几何截面的型材，是制备线材和管材的重要方法［1］。
拉拔具有设备简单、维护方便、生产灵活、制品的尺寸精确、表面光洁、材料利用率较高等优点，但同时存在明显的不足，如拉拔道次多、工序繁杂等［2］。
在拉拔变形中，坯料变形情况复杂，发生大的塑性变形［3］，主要涉及到拉拔方向的延伸变形、坯料的周向变形等，并且制品的成形质量难以保证。
其中影响钢丝强度的主要缺陷有中心裂纹、表面裂纹以及分层现象等［4］。
目前，国内外对于棒线材拉拔过程中出现质量问题的研究，一般都采用化学成分分析、断口检验、金相检验等方法和手段，找出问题产生的原因，进而提出改进建议，如文献［5-7］。
长期以来，研究者基于传统经验和大量实验结果用来指导实际生产，导致棒线材拉板过程中出现的问题难以通过定量分析的方法得到本质解决。
人走钢丝分力物理题
人走钢丝的分力物理题分析当我们看到杂技演员在高空中走钢丝时，心中不禁为他们捏一把汗。
那么细的钢丝，他们是如何保持平衡，稳稳地走到另一端的呢？这背后其实涉及到物理学中的分力原理。
一、问题提出假设一个杂技演员在走钢丝，钢丝与水平面呈一定角度θ。
演员的质量为m，他受到的重力为mg。
我们要求解的是，为了使演员保持平衡，他需要在钢丝上施加多大的力，并且这个力是如何与重力、角度θ产生关系的。
二、受力分析首先，对演员进行受力分析。
他受到两个主要的力：一个是竖直向下的重力mg，另一个是沿着钢丝向上的支持力N。
为了保持平衡，这两个力必须在某个方向上达到平衡。
我们可以将重力mg分解为两个分力：一个是沿着钢丝向下的分力F1，另一个是垂直于钢丝向下的分力F2。
根据三角函数的知识，我们可以得到：F1 = mg * sinθF2 = mg * cosθ这里，F1是重力沿着钢丝向下的分力，也是演员需要克服的力；F2是重力垂直于钢丝的分力，但它被钢丝的支持力N所平衡。
三、平衡条件为了使演员保持平衡，他需要在钢丝上施加一个与F1大小相等、方向相反的力。
也就是说，演员需要施加一个沿着钢丝向上的力，大小为mg * sinθ。
同时，钢丝对演员的支持力N必须等于F2，即N = mg * cosθ，以保持演员在垂直于钢丝方向上的平衡。
四、实际应用在实际情况中，演员走钢丝时，他们会通过调整自己的姿势和重心，来改变θ的大小，从而调整自己需要施加的力。
例如，当演员身体前倾时，θ会增大，F1也会增大，这意味着演员需要施加更大的力来保持平衡。
反之，当演员身体后仰时，θ会减小，F1也会减小，演员需要施加的力就会相对较小。
此外，演员还会通过手中的平衡杆来增加稳定性。
平衡杆可以看作是一个延长了演员手臂的杠杆，当演员身体发生微小倾斜时，他们可以通过调整平衡杆的位置来产生一个反方向的力矩，从而帮助演员恢复平衡。
五、总结通过上述分析我们可以看出，走钢丝其实是一个涉及到物理学中力学原理和平衡条件的复杂过程。
杂技中的力学
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Nf+mg=ma（3）.
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。
杂技中的力学
制作：赵振宇 PB05000626
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。
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甘霖
pb02203106
参考文献：《身边的力学》 北京大学出版社 1997年第一版
空中走钢丝，可将人与杆看成一个刚体。 基于人 的基本运动形式我主要分析：
A
垂直钢丝方向的绕定轴转动 人易失稳的原因 减缓失稳 杆的作用 控制平衡 人沿杆方向的
B
A 垂直杆方向 人易失稳
.c
h
建立模型—— 倒立摆（如图）
2
c1
杆
1 2.c钢丝 源自中 1 人 的质心c c 2为杆和
mghsin 1 Mghsin 2 0 sin 1 M sin 2 m
即，熟练的运用平衡杆，便可维持侧向稳定。 对杆的要求： 重量适度，长度长为宜。（转动惯量大）
B 沿钢丝方向. .c
(m+M)g N 钢丝
用质心运动定理分析：
人对钢丝的转动惯量为 I 1=70*1.82/3=75.6(kg-m2) 摆对钢丝的转动惯量为 I2=27*122/2+27*1.22=362.9(kg-m2) 显然有 I1≈5I2
假设有杆无杆时人都从
m ghsin Id / dt m gh Id / dt
偏到 ，则对一般情况有
F f (M m)ac
f 为脚上的静摩檫力
f
结束语：
以上只是对问题进行一些简单粗浅分析，并且做了 许多近似和省略。 走钢丝这个问题只是窥豹一斑，力学广泛存在于农 业生产和人类生产生活的各个领域。因此，我们应当很 好的掌握力学规律并运用它们去处理、解决问题，去造 福人类。
谢谢观看！
由于角度很小，有
解得：
m gh 2I
2
2
t
I ln m gh
所以，人有杆无杆时，所须时间比为
T2 T1
( I1 I 2 ) M 2 ( M m) I1
（2）控制平衡
人与杆不是固定在一起，将人和杆组成两个刚体模 型当人偏离平衡位置时，可通过控制杆的左右移动、上 托下压来消除不平衡力矩。 如图，当人向右偏 2 角时，为消除重力矩，有
.
G
当 0 时，摆处于稳定状态。 当摆受轻微扰动有个小的偏角 时，有个重力力矩M=Mgsina，将 加大偏离，摆失去平衡。
其中C为质心
杆的作用
12
（1）减缓失稳
m
c
1 .8 m
我取1995年加拿大人杰伊-科克伦横跨瞿塘峡 时的一些数据。（如图）
1.2 m 杆
将人粗略看成一长方体 人质量M=70kg 钢丝质量m=27kg C为质心