落石滾落山坡時(shí)的應(yīng)急救生方法

姚澤禹

摘 要 四川風(fēng)景秀美，包括山體滑坡等自然災(zāi)害也時(shí)有發(fā)生，在旅游區(qū)，游客可能遇到落石沿著山體滾下的極端情形，由于山勢(shì)陡峭，道路狹窄，在應(yīng)急時(shí)在道路上躲避十分危險(xiǎn)，本文研究了落石的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，通過(guò)計(jì)算找到了在山腳避險(xiǎn)的相對(duì)安全區(qū)。

關(guān)鍵詞 山體滑坡；落石；運(yùn)動(dòng)規(guī)律；相對(duì)安全區(qū)

中圖分類號(hào) P6 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 2095-6363（2017）17-0096-01

1 落石沿坡運(yùn)動(dòng)規(guī)律

在山區(qū)，我們經(jīng)常會(huì)看見(jiàn)有落石從山體上滾落，但是幾乎沒(méi)有石頭能真正意義上沿山坡滾下。如果我們根據(jù)牛頓第二定律以及對(duì)石頭受力分析，則可以得到

下式：

F=ma

其中a與山體坡面傾角有關(guān)。

而對(duì)于落石，合外力沿山坡方向，故理論上石塊應(yīng)該沿山坡滾下，但實(shí)際情況下，石頭并不是沿山坡滾下。這究竟是為什么呢？在觀察過(guò)各處山地情況后，我們會(huì)發(fā)現(xiàn)真實(shí)的山坡并不是理論上的光滑平整。相反，現(xiàn)實(shí)中的石頭反而是崎嶇不平。所以我們先大膽推測(cè)，石頭在滾落過(guò)程中，與其他石頭進(jìn)行了非彈性碰撞，使其速度方向發(fā)生了改變。

我們先建立一個(gè)簡(jiǎn)單的模型，接下來(lái)我們用物理模型來(lái)進(jìn)行簡(jiǎn)單的驗(yàn)證。山上的石頭都是球形，滾落的石頭質(zhì)量為m1，半徑為r1，山坡的傾角為θ。而在山坡上有一個(gè)質(zhì)量為m2的石頭，有一半被卡在山坡之中，半徑為r2，并且兩塊石頭碰撞后，m2的石塊不動(dòng)。開(kāi)始時(shí)兩石塊相隔l1，且山坡為光滑的。

碰撞前后的能量受損，石頭每碰撞一次，其運(yùn)行方向會(huì)發(fā)生彎折，其速度的大小也將減小，與實(shí)際生活中看到的石頭滾落時(shí)的情形吻合。

至此，我們已經(jīng)首先通過(guò)合理猜測(cè)了石頭沒(méi)有沿著山坡滾落的情形，接著通過(guò)結(jié)合簡(jiǎn)單模型對(duì)我們的猜測(cè)進(jìn)行了驗(yàn)證，但我并不想僅僅停步于此。中國(guó)是一個(gè)多山的國(guó)家，在各個(gè)山區(qū)，經(jīng)常發(fā)生山體滑坡，我們僅僅通過(guò)猜測(cè)與模型判斷了石頭滾落時(shí)改變方向的情況，卻沒(méi)有找到人們?nèi)绾伪苊馍襟w滑坡帶來(lái)危險(xiǎn)的方法。所以我們繼續(xù)對(duì)滾落的石塊進(jìn)行研究。

2 落石運(yùn)動(dòng)躲避方法

在前幾年，在網(wǎng)絡(luò)上流傳一個(gè)山體滑坡的視頻，一位男子在山體滑坡的時(shí)候站在公路旁，避免了山體滑坡帶來(lái)的危險(xiǎn)。這種看似下意識(shí)的行為，包含了科學(xué)合理的因素，不僅讓我們產(chǎn)生了對(duì)石頭繼續(xù)進(jìn)行討論的

興趣。

故我們可以初步判斷石頭會(huì)錯(cuò)過(guò)躲在懸崖邊上的人，這和我們的生活體驗(yàn)也相符。而躲避時(shí)相對(duì)安全的區(qū)域，由式（8）指出，越貼近堅(jiān)固豎直的墻壁，而不是到處跑動(dòng)，安全系數(shù)越高。

由于碰撞后斜拋，運(yùn)動(dòng)過(guò)程中只受到重力作用，加速度只在豎直方向向下，速度在水平方向的分量沒(méi)有改變，只在豎直方向先減小后增大。

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