關于決定拔河勝負的主要因素的探究

胡箏

【摘要】 本文以分析決定拔河勝負的主要因素為案例，對物理力學知識進行了一些拓展探究。

【關鍵詞】 拔河勝負 主要因素

【中圖分類號】 G635.5 【文獻標識碼】 A 【文章編號】 1992-7711（2017）05-198-01

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我國拔河運動起源于春秋時期，楚、越兩國的水軍交戰，魯班設計了一種叫“鉤強”兵器，用于阻止敵船逃跑：如果敵船逃跑就用鉤強鉤住，使之靠近己方的船隊。后來，在沒有戰爭的情況下，士兵們就在將軍的指導下，分成兩方，同時拉鉤強，用于模擬防止敵船逃跑的情形。最后，為了方便，士兵們用繩子代替了鉤強，因此，拔河這一運動就流傳了下來。

以前，很多人，包括我在內，都認為拔河時，哪方的力氣大，哪方就會贏，但是，學了牛頓第三定律之后，我就產生了疑問。由于力的作用是相互的，忽略繩子本身的重力，你對敵方施加多大力，也就等于敵方對你施加了多大的力。這就與我們所了解的產生了出入，那么決定拔河的勝利的因素是什么呢？

拔河時，畫出雙方在水平方向上受到力，如下圖：

由于F乙→甲=F甲→乙，所以在水平方向只剩下了摩擦力。于是我猜想拔河的勝利與摩擦力的大小有關。為此，我設計了這樣的實驗：把兩輛規格完全相同的玩具汽車，一輛放在玻璃板上（車A），另一輛放在木板上（車B），然后用繩子把兩輛車的尾部系起來，調整兩車距離，使繩子崩直，然后同時啟動，如下圖所示：

重復了很多次，除去幾次操作不當，其余的全部都是車B把車A拉下玻璃板。由此可以看出，拔河的勝利確實與摩擦力有很大的關系。由f=μFn，顯然可以得出穿底面花紋多的鞋子，增大μ，以及選用重力大的選手，增大FN，都可以提高拔河的勝率。

當然，在實際情況中，不可能這么簡單，我們拔河時，都會往后仰，此時，我們受到敵方的拉力就不會在水面上了，如下圖：

（θ角可近似看作人與地面的夾角）

為了證明身子往后仰時更容易勝利，我找來了兩個身體素質接近的人，當一個人與地面有一定的夾角（甲），而另一個則垂直于地面站立（乙），兩人同時拉繩子，結果甲每一局都可以勝利，且與地面的夾角越小時，越容易勝利，但是如果θ角太小，甲則滑倒了。對此，我的解釋為當甲往后傾斜時，乙拉甲還要克服甲的重力，但甲拉乙則不需要克服乙的重力，所以甲更容易勝利；但當θ角越來越小時，克服的重力就越大，由于mg=Fn+F乙→甲·cos θ F乙→甲-cosθ越大，Fn也就越小，由f=μFn得出f越小，所以甲就滑倒了。

由此不難看出，當θ角在某個范圍時，可使拔河最容易勝利。因此，我設計了這樣的一個實驗：找一根勁度系數較高的彈簧，分別在彈簧的兩頭系上繩子，并把一根繩子系在一根鐵柱上，另一端讓人拉，并且不斷改變其與地面的夾角θ，由F=kx，通過彈簧的伸長反應出F的大小。多次實驗后繪出如下表格

（由于器材有限，只能粗略測試）

這也就說明了，當我們與地面的夾角在35o～60°時，效果比較好，且通過不斷比較發現，當與地面的夾角達到了40°時，彈簧伸長夠長，且不容易滑倒，則此時贏的幾率最大，但基于場地等一系列外在因素，可以適當的調整與地面的夾角。

此時，由于我們都往后傾斜了，使我們受力的方向變成了斜向上，所以此時的隊伍按從前到后，由高到矮的順序排列更容易使力。并且拉的時候要“勁往一處使”，繩子不能搖晃，不然出現了這樣兩種情況就費力不討好了，如圖：

綜合以上所述，我們可以得出結論：

1.穿花紋較多的鞋：增大μ；

2.選體重大的選手：增大FN；

3.人往后仰：與地面夾角在40°左右；

4.隊形：從前都往后，由高到矮；

5.繩不能彎：力要在一條直線上。