一個大力士，他有3000牛頓拉力，能拖動C-17環球霸王運輸機；而三名高中生加起來有2500牛頓的拉力。大力士與三名高中生拔河比賽，誰赢？

大力士與高中生拔河誰赢

許多朋友會說，這還不簡單，3000N大于2500N，當然是大力士輕松拿下比賽啦！

果然如此嗎？從物理角度看，無論大力士有多大的力，隻要他們是站在同一塊場地比賽，結果都應該是高中生們赢，因為拔河比賽的勝負不取決于繩子上力的大小。

讓我們将比賽的地點搬到光滑的冰面，看看結果會怎樣：隻要稍用力，大力士和三個高中生都會摔倒。為什麼？因為冰面的摩擦力太小，腳底打滑，根本就站不住。在這種情況下，繩子上的拉力連30N都可能達不到。

溜冰場上怎麼拔河

在拔河的過程中，作用在繩子上的拉力大小取決于地面能提供的摩擦力大小，摩擦力越大，拉力才能更大。

我們之所以能推動一個箱子，正是因為鞋底與地面的靜摩擦力大于箱子與地面之間的最大靜摩擦力，而不隻是我們有多大力氣。

推箱子

摩擦力大小取決于鞋子與地面之間的摩擦系數，以及我們的體重。橡膠與冰面的摩擦系數很低，我們在冰上行走容易打滑甚至跌倒，但在普通水泥路面上就很少出現滑倒的情況。

鞋底與冰面的摩擦系數低

當摩擦系數相同時，壓力決定了摩擦力的大小，也就是說，你的體重越重，下盤就越穩，越不容易被拖走。用公式表示，就是摩擦力f等于摩擦系數μ乘以正壓力Fn：

f=μ×Fn

現在我們回到拔河的問題。

在草地拔河比賽中，隊員們會穿着硬底皮靴，将草地踏出一個個坑，全體隊員以45°角傾斜，這樣就不止是增加了摩擦力，而是确保己方不會因為腳底打滑而輸掉比賽。

草地拔河踩出坑

印度人也拔河，但他們卻将這一活動玩到了“極緻”：為了光腳在泥巴地上不打滑，他們刨出一長溜方形的坑，人躺在坑裡拽繩子。

印度人刨坑拔河

正式的室内拔河比賽當然不許在地闆上刨坑，拔河隊員先要按體重分級分組，本隊總體重450公斤級對陣同樣450公斤級别的對手，這樣雙方摩擦力也大緻相等。

一個有趣的現象是：拔河運動員的鞋底全都是啞光面，沒有齒！這颠覆了許多人的認知——難道不是有齒的摩擦力更大麼？

拔河鞋底沒有齒

學過高中物理的朋友會說，摩擦力的大小不是與接觸面積無關麼，鞋子有沒有齒不影響吧？

室内拔河比賽通常在專門的賽道上進行，賽道是一條高分子材料制作的長墊子，墊子表面設計出細密紋路，可以與牛筋鞋底面緊密咬合，這個時候，你提供的接觸面積越大，微觀咬合面就越多，摩擦力也可以更大。從這個角度我們可以看出，有齒的鞋子容易打滑，沒有齒的鞋子更有優勢。

鞋底與賽道形成咬合面增大摩擦力

參加室内拔河比賽的運動員們傾斜的角度也更大，在全力拔河時，他們的身體與地面夾角隻有20°左右，這樣可以減小身體的轉動力矩，将更多的拉力化為與地面之間的摩擦力。

拔河選手傾斜身體減小力矩

規則不允許運動員除鞋底之外的其它部分接觸地面，因此運動員需要盡可能長時間地保持兩隻腳掌接觸地面，以獲得更多摩擦；你不能站在原地不動而用手将繩子往後邊拽，一隻手抓繩子會很累，并且繩子會從手中滑脫；拔河是一項協同性極強的活動，隻有團隊齊心協力步調一緻才能取得最後勝利。

拔河要求團隊協同步調一緻

需要注意的一點是：根據牛頓定律，在任何一個靜止瞬間，作用在繩子兩側的作用力與反作用力相等，本文開頭假設的大力士與力量稍弱的三名高中生在開始拔河時對繩索施加的拉力相等。但雙方的體重卻存在明顯差别，三名高中生的體重之和要大于大力士，所以高中生們腳下的摩擦力比大力士要大。這導緻的結果就是大力士會輸掉比賽——在他對繩索施加更大拉力之前，他自己就已經被高中生們拽着滑動（繩索産生加速度），這時候繩索上任何增加的拉力都會加速大力士的失敗。

拔河考驗耐力

你可能會問，既然體重是決定因素，作用在拔河繩上的力相等，為什麼同為450公斤級的兩支隊伍還能分出勝負呢？

拔河是不僅考驗雙方的技術與協同，同時還考驗所有人的耐力。所有人都需要在幾分鐘甚至十幾分鐘内全力以赴，他的雙手和腿會很累，一旦隊伍裡有一兩個人松懈了，勝利的天平會很快向對手傾斜。

#拔河#

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