“飞车走壁”_趣味物理-查字典物理网

“飞车走壁”

查字典物理网 2013-03-14

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杂技团中常有这样一个惊险的表演项目: 在一个很大的大圆筒内壁, 一个演员骑着自行车, 一圈一圈围绕圆筒快速`飞'行, 时高时低, 观众们都为他捏着一把汗: 要是摔下来, 不缺胳膊也会少腿的.但演员似乎还很轻松自如, 这是什么缘故呢?

平时哪怕我们在一个圆筒壁上静止一秒钟也是绝不可能的, 那演员骑着自行车为什么反而能自如地转圈呢? 在物理学上有一种特殊的运动形式, 即圆周运动.当演员骑着自行车快速运动时, 由于圆筒内壁的限制, 演员只能做圆周运动, 圆周运动的向心力即由筒壁的支持力提供, 而演员同时也对筒壁产生一个向外的压力, 这个力与筒壁的支持力大小相等, 方向相反.因此演员在圆筒壁上受到三个力作用而平衡: 重力G, 垂直向下;筒壁的支持力F, 它是演员作圆周运动的向心力, 垂直筒壁指向筒的中心轴线, 如图示: 由于筒壁受到演员运动产生的压力N 作用, 所以筒壁与自行车轮胎之间还有静摩察力f 作用, 它与重力平衡, 正由于f 的存在, 才使得演员能保持在直立的圆筒壁上而不下掉.

当演员速度加快时, F 增大 (F 与速度平方成正比) , 因而N 也变大, f 也会变大, 所以演员就可以沿筒壁上升;当演员速度减慢时, F 减小, f也随着减小, 因而演员就向下运动, 当演员运动速度为零时, F 也为零, f也变为零, 这时只有重力G 作用, 所以演员是无论如何无法呆在圆筒壁上的.

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