走鋼絲為什么不會掉落重力和平衡力在“作祟”

大家平常在觀看雜技時，經常能看到單走鋼絲的表演。在觀看表演時，往往因為其危險的條件以及雜技員高超的技藝而令人嘆為觀止。很多人都覺得他們之間存在著“超能力”，否則怎么能完成普通人無法完成的表演。其實不然，他們只是跟我們同樣的人類，只是他們懂得了其中的物理知識，再加上其日復一日的訓練才給我們帶來了驚為天人的表演。我們高中物理中，學到了力的相關知識。這其實可以解決大家心中的疑惑——為什么走鋼絲不會掉落。

首先我們來了解一下力的相關知識。

1、重力

重力的基本定義是物體由于地球的吸引而受到的力叫重力，重力的施力物體是地心。重力的方向是豎直向下的。但是這個定義是相對的，它只適用于物體在地球上的地面附近。后來人們發現能使物體獲得重量的力不只是萬有引力，還有慣性力。因為它們都是同時作用在物體的每一個質元上。所以重力的概念被提升為：能使物體獲得重量的萬有引力和慣性力的共同作用叫重力。這是提升后重力概念的深邃之處。同一物體所受重力在不同情況下可以變化，大于正常值時稱作超重，小于正常值時稱作失重。這是重力概念提升后的明顯改觀。此時重力概念的適用范圍遠遠地擴大，它適用于宇宙中的任何天體、人造天體和飛行器，當然包括地球。

2、平衡力

幾個力作用在同一個物體上，如果這個物體仍然或變成處于靜止狀態或勻速直線運動狀態，或者是合力為零則這幾個力的作用合力為零，我們就說這幾個力平衡。但是平衡力與我們常說的作用力與反作用力是有區別的，并且它們的區別是很明顯的：

首先提出兩個概念的本質問題不同。作用力與反作用力描述的是兩個物體間作用的規律，A對B有力的作用，B對A必定也有力的作用；二力平衡描述的是物體在二力作用下處在平衡狀態的二力特點。

其次，作用力與反作用力二力的性質相同，要么都是引力，要么都是彈力，要么都是摩擦力等等；而二力平衡則不然，只要二力滿足作用在同一物體上，大小相等，方向相反，作用在同一條直線，就是平衡力，不管二力的性質如何。

再次作用力與反作用力具有同時性，同時產生，同時變化，同時消失；二力平衡不具有這一特點。

3、穩定平衡

穩定平衡屬于物理學名詞。凡能在被移動離開它的平衡位置后，仍試圖回復其原來位置（此時其重心比較低）從而恢復到原來的平衡狀態的物體，它原來的平衡狀態叫“穩定平衡”。像走鋼絲的雜技演員、兒童玩的不倒翁都是在重力和支持力的作用下處于平衡狀態。但是鋼絲上的演員稍有不慎，就會摔下來，而不倒翁卻會自動立起來。可見，穩定平衡也是有區別的。

當然，這只是給大家了解的一些基本知識，鋼絲表演當然不僅僅歸功于這幾種常見力的作用。以一個例子來說明。有“高空王子”之稱的美籍加拿大人科克倫，曾于1995年10月28日上午，在毫無保護的情況下，手握10m長桿，頭頂藍天白云，足踏細細鋼絲，居高臨下375m，迎著瞿塘峽口的三級微風，健步跨越了640m寬的江面，成為從鋼絲上跨越長江三峽的世界第一人。今年9月24日晚上，科克倫又輕輕踩上一根掛在上海浦東兩幢大樓之間、高度為110m、長度為196.4m的鋼絲，迎著每秒三到四米的東南風，穩步向前走去，18min后，順利抵達終點。科克倫在如此危險的高空走鋼絲之所以能獲得成功，是因為他充分運用了力學原理。

他手里握著的那10m長桿是鈦合金制成，重約250N，并用特制的背心使金屬桿的重量均勻地分在兩肩上。這10m的長度，這250N的重量，它包含著豐富的力學道理。

（1）金屬桿的重量必須是科克倫能較輕松承受的重量。由慣性知識可知，物體的質量越大，其保持原有狀態的慣性也越大。科克倫由于附加了金屬桿，使得他的總質量增大，因而其慣性也隨著增大，從而使科克倫保持平衡的穩定性增加了。

（2）由于附加了金屬桿250N的重量，使科克倫對鋼絲的正壓力增大，科克倫腳下摩擦力也增加了許多。而科克倫正是利用腳下的摩擦力來精確調節自己重心的位置，使身體的重力垂直通過位于腳下的鋼絲軸心（物體重力作用線通過支點時，其平衡狀態最穩定）這額外增加的摩擦力大大增加了他調控自己重心位置的能力，并阻礙了他的身體左右方向的晃動。

（3）當金屬桿橫截面積一定時，由其長度的增加所決定的縱向截面積的增加，能加大空氣對金屬桿的阻力作用，而這種阻力作用使得科克倫沿鋼絲繩前進時的平衡性得到了加強，并進一步阻止了他身體的左右晃動，這就是桿為什么有10m之長的科學道理。

（4）金屬桿是科克倫應付緊急情況的護身符。如風力加大等偶然事件在途中出現，使身體重心偏向鋼絲繩的一側時，金屬桿就變成了他的救命之桿。這時，他必須緊急啟用又一力學原理：當作用在物體上的各個力對支點的合力矩為零時，該物體保持轉動方面的平衡。這一原理說明的就是：當他身體重心偏向一側時會有一個使身體繞 鋼絲繩翻轉的重力矩產生，這時若及時使長桿在水平方向向另一側移動，就可產生另一個相反的重力矩來使身體保持平衡。

另外，科克倫那寬大飄逸的服裝，他那特制的軟底鞋，也極利于增加他身體的穩度。正是力學原理的熟練運用使得科克倫臨危不懼，天塹變通途。

結束語

物理知識體現在生活中的方方面面，它跟我們的日常生活息息相關。物理的學習對于我們來說是十分必要和重要的，鋼絲表演這種令人嘆為觀止的活動其實都可以用物理知識來揭開它神秘的面紗。現實生活中還是有很多初看起來神秘的活動能夠用我們的科學知識來解決。作為新一代受教育的高中生來說，一定要相信科學，杜絕盲目迷信的行為。并且在生活中要宣傳科學，將所學知識能夠轉換和聯系到生活中去。