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坐在椅子上向后仰,到什么时候才会倒?

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坐在椅子上向后靠,总会不自觉地感觉想象椅子会翻,然后,然后,就真的翻了......

连人带椅子一起往后倒的那一瞬,除了后悔,大家有没有认真思考过这个问题:椅子到底向后仰到什么程度才会倒呢?

前两天,油管一位名叫Grady Hillhouse的up主在他的视频里就给出了这个问题的答案。

为了弄清楚整个问题,我们得先搞明白三个重点名词的意思:力,力矩和静力平衡。受过九年义务教育的同学应该都记得,力是物体间的相互作用,那,力矩是什么?

这得请出我们高中物理题的圣物:放在绝对光滑平面上的小物块。

没有受到任何力的小物块,或者说,所受合力为零的小物块是静力平衡的。如果我们给它一个向右的力,小物块会一直向右加速运动,这时,它是静力不平衡的

为了让它重新回到静力平衡的状态,我们需要再给小物块一个大小相同,方向相反的力。

但是,这两个力不仅需要大小相等,方向相反,它们还需要在同一直线上。如果这两个力不在一条直线上,小物块就会开始旋转,此时,我们就可以称这对力为力矩

一个物体要保持平衡,不仅需要合力为零,也需要合力矩为零!

当我们坐在椅子上,身体向后仰翘起半边凳子的时候,我们身体的重心(重力作用点)会绕着椅子后腿与地面接触的那一点旋转。

如果我们只是翘着凳子而脚不用力,重力就会在旋转点处产生一个顺时针方向的力矩。这个力矩会使我们以旋转点为中心旋转顺时针,让椅子的前脚重新回到地面上。

但是,百无聊赖的我们还是会用双脚撑地向后仰,地面给我们的支撑力会围绕旋转点产生一个逆时针的力矩,与重力产生的顺时针力矩相平衡。

此时,我们的力与力矩都是平衡的

但是,当我们继续向后仰,重心会绕着旋转点慢慢向后移,直到我们的重心移到了旋转点的正上方,我们就会遇到一个意外的平衡情况。

因为我们所受的所有力都处在同一条直线上了,所以力矩消失了。这时候,我们可以在空中维持这个微妙的平衡。这大概是翘椅子的人最享受的瞬间了。

但事实上这个状态很难维持,当中心继续向后移,变到旋转点的左边的时候,情况发生了难以逆转的改变。

一旦到达这个状态,重力就无法使你顺时针向前旋转了,而是会拖着你越来越往后仰。换句话说,它在旋转点处产生的力矩已经由顺时针变为了逆时针。

要命的是,我们的双脚只能产生支撑力,它能产生的还是逆时针的力矩——也同样只能让你仰的越来越厉害。

所以,无法得到顺时针的力矩来平衡,我们只能一直向后倒下去。

下次无聊的时候,找找那个临界点吧,也不失为一个杀时间的好方法呢。


Source:

http://www.dailymail.co.uk/sciencetech/article-4520556/The-science-fall-chair.html

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发表评论 3

评论 (4) 只看楼主

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  • 1楼
    2017-05-24 21:13 孤狐无悔 只看Ta

    实际上,在椅子向后倒时,还有水平方向的一组力在起作用。

    假设我们有一个摩擦系数较大的地面,使得椅子腿不会滑动,同时双脚能够仅靠小腿部分的重力产生的摩擦力抓地不致滑动,人的臀部和椅子之间也不会滑动——那么即使重心已经超过支撑脚,椅子也不会翻倒。

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  • 2楼
    2017-05-24 21:24 孤狐无悔 只看Ta

    如图,红色为系统受到的所有外力。绿色为脚部的摩擦力,经腿传递到躯干的,向前的拉力。

    在此情况下,是有可能保持所有力矩平衡的。

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  • 3楼
    2017-05-26 21:03 长吻海蛇 只看Ta

    就佩服你们这种严谨,追求事实,充满理想的人

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  • 4楼
    2017-05-28 14:59 准已婚妇女 只看Ta
    引用@长吻海蛇 的话:就佩服你们这种严谨,追求事实,充满理想的人

    可能只是想愉快的晃椅子而已吧

    [1] |

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