實驗揭示拔河比賽勝敗的奧秘

華慶富

拔河比賽可謂是體育運動中最受歡迎的項目之一，它是一項群體合作項目，每一個隊員都要全力以赴才能最終獲勝。只要是比賽，就會有輸有贏。拔河比賽為什么輸？輸的一方力氣小唄！這是一般人認輸時常常說的一句話。其實不然！輸掉拔河比賽的原因至少有4個方面：

1.腳與地面的摩擦力小

如圖1所示，拔河比賽時，A通過繩子對B施加一個拉力FAB，同時B也通過繩子對A施加一個拉力FBA，因為是同一根繩子，所以FAB= FBA。對于A而言，水平方向上他還受到地面施加給鞋底的靜摩擦力fA；對于B而言，水平方向上他還受到地面施加給鞋底的靜摩擦力fB，如果此時FBA>fA的最大值，FAB≤fB的最大值，則A隊員被B隊員拉過來；反之，則B隊員被A拉過去。我們可以通過一個小實驗驗證一下這個原因：

如圖2所示，取出兩個相同的實驗小車A、B，相對放在一塊水平放置的長木板上，再將兩個完全相同的條形磁體的異名兩極相對，分別放在小車上，松手后我們看到，A、B兩輛小車因為兩個異名磁極相互吸引力分別大于地面給小車的摩擦力而相互靠近。如圖3所示，在B小車所在的半邊木板上鋪上一塊毛巾，重復上述實驗，松手后我們看到，木板上的A小車向著毛巾上的B小車運動過來，而毛巾上的B小車紋絲不動，此時A、B兩小車之間的相互吸引力并沒有發生改變，A小車受到木板面的摩擦力也沒有改變，只是B小車受到的摩擦力增大，等于A小車對它的吸引力，所以A小車向B小車運動，而B小車卻沒有運動，此時的A小車就相當于拔河比賽中輸的一方，B小車就是拔河比賽中旗開得勝的一方。

至于為什么A、B兩隊所受到的地面的摩擦力大小有差別呢？從決定滑動摩擦力大小的因素考慮，可能是因為輸的一方鞋底、地面比對方光滑，也可能是因為輸的一方隊員對地面的總壓力小于對方。

2.手與繩子摩擦力小

如圖4所示， 拔河比賽時，A對B手中的繩子施加一個拉力FAB，同時B的手也對手中繩子施加一個靜摩擦力fB，而B也對A手中的繩子施加一個拉力FBA，同時A的手也對手中的繩子施加一個靜摩擦力fA。因為是同一根繩子，所以FAB= FBA。如果此時FAB>fB的最大值，FBA≤fB的最大值，則A隊員將B隊員手中的繩子拉過來；反之，則B隊員將A隊員手中的繩子拉過去。因為繩子中心上的系好標志物被拉到了另外隊員的一方，所以判該隊隊員獲勝。顯然，獲勝是因為輸的一方手對繩子的摩擦力小于對方導致的。我們也可以通過一個小實驗驗證一下這個原因：

如圖5、6所示，伸出雙手，從兩邊握住一支鉛筆的兩端向兩邊拉，因為是同一個人的兩只手，所以很難將鉛筆從另一只手中拉出來；若將鉛筆右端涂上少許色拉油，再次用雙手握住鉛筆的兩端，稍一用力向兩邊拉去，右端鉛筆立刻滑落出來！

3.重心太高

如圖7所示，拔河時我們可以把人看作是一個杠桿，如果人向后傾斜，重心將會降低，此時作為阻力的重力G不變，但是重力的力臂LG將會變長為L′G，即阻力臂LG變長為L′G，而作為動力的拉力 F也不變，但是拉力力臂LF變短為L′F，即動力臂LF變短L′F。因為動力×動力臂=阻力×阻力臂，即G×LG=F×LF，因為G、F不變，而LG變大為L′G，LF變小為L′F，所以G×L′G>F×L′F，因此人體向后傾斜，不容易被對方拉過去，容易獲勝。

我們還是用實驗來驗證這個道理：

如8、9甲所示，在一個杯子里裝滿大米并壓緊，將一支鉛筆豎直插入大米中再次壓緊，用細線將彈簧測力計的鉤子固定在鉛筆的中間，測量拉翻杯子所用的力F1；如圖9所示，將這個杯子里的大米重新壓緊，將鉛筆傾斜著插入大米，保持插入大米中的鉛筆長度不變，再次測量拉翻杯子所用的力F2。很明顯，F1

4.拉力不在一條直線

因為拔河比賽是一項集體運動，十幾個人甚至更多的人在一邊拉一根繩子，每一個人的作用力要與繩子在一條直線上，根據同一條直線上力的合成規則，合力為每一個人出的拉力相加，這樣他們的合力才會獲得最大值；如果每個人的力各自為政，并不與繩子在一條直線上，最后落到繩子方向上的力都小于各自所出的力，因此最后沿著繩子方向的合力將大大減小。

對此，我們當然還可以用實驗驗證：

如圖10所示，A彈簧測力計用2N的拉力沿著豎值向下的方向直接拉著C彈簧測力計的秤鉤，B彈簧測力計通過一根繩子用3N的拉力沿著豎值向下的方向拉著C彈簧測力計的秤鉤，C彈簧測力計顯示的是A、B兩個彈簧測力計所出的拉力的合力，等于5N；在圖11中，A彈簧測力計用2N的拉力沿著斜向下的方向直接拉著C彈簧測力計的秤鉤，B彈簧測力計用3N的拉力沿著斜向下的方向直接拉著C彈簧測力計的秤鉤，C彈簧測力計顯示的是A、B兩個彈簧測力計所出的拉力的合力，小于5N。

說到這里，你該明白拔河比賽勝敗的奧秘了吧？下次再遇到拔河比賽，別忘了和你的伙伴們悄悄地耳語幾句哦！