关于人走路时摩擦力的几个问题的辨析

徐州市第五中学   马千

一、人走路受到的是什么魔擦力

的作用

实际上,人的行走是一个相当复杂的运动过程,为了研究方便,假设不出

现双脚同时离地的情况来研究人走路

时的摩擦力性质。假设,我们向前走路

先迈左脚时,总是习惯性将把重心先移

到右脚上,再提起左脚,同时使身体前倾,重心前移,这时重力对人有一个作用效果,使人向前跌倒,直到左脚落地。在这个过程中,右脚是一个支撑点,有向后滑动的趋势,大家可以想象一下,

如果当人迈左脚的时候,右脚恰踩在西

瓜皮上时,人就会向前倾,右脚向后滑,

这说明右脚有相对地面向后运动的趋

势,故右脚所受的摩擦力是静摩擦力,静摩擦力的方向是向前的。再看看左

脚,左脚着地前,左脚有向前的速度当

然这个速度不一定向正前,落地后左脚

静止,在静止之前有一相对地面向前滑的过程,所以左脚先受到一个向后的滑动摩擦力,直到静止,当然由于相对位移很小,作用时间非常短。对于走路有拖地习惯的人才较明显,鞋底较容易磨

损。静止后左脚仍具有向前滑动的趋

势, 大家同样可以想象 , 如果此时左脚

踩到西瓜皮或光滑的冰面上时,左脚就

会打滑,身体后倾摔倒,这就说明此时

左脚相对于地面有向前运动的趋势,此

时左脚受到的摩擦力是静摩擦力,方向

向后。左脚静止后很短时间,由于重心

的转移,此时左脚成为支撑点,人迈开右脚,同理可得此过程左脚受到向前的静摩擦的作用,而右脚接触地的短暂时间内先受到向后的滑动摩擦力的作

 

用,后受到向后的静摩擦力的作用。这

样循环下去。

人的行走是一个比较复杂的过程,其中有静摩擦力也有滑动摩擦力,而静

摩擦力方向有向前和向后。当然滑动摩擦力与地面相对位移极小,向后的静摩擦力的作用时间也很短,对人起主要作用效果的是向前的静摩擦力,所以一般认为人走路时受到的是向前的静摩擦

、力作用。

二、人走路时魔擦力产生不产生

加速度

首先解决人能不能匀速前进的问题。第一,假如人能够匀速前进,那么人受到的一定是平衡力,根本不能受到摩

擦力的作用。但事实上,在走路时,两脚

是交替和地面接触的,同时接触地面的

时间很短,绝大多数时间都是一个脚接触地面,肯定受到摩擦力的作用详细

分析前面已经说过了,不是平衡力,所以人不能匀速前进。第二,我们通常所

讲的匀速前进,指的是人作为质点组在运动时整体速度保持不变。但人作为质

点组,由于组成人的各个质点的运动情

况并不完全一样,所以各个质点的加速度并不完全一样,因此整体并不能看作为一个牵连体质点组能看作牵连体的

必要条件是组成质点组的各个质点的

运动情况完全一样,  具有相同的加速

度,根据牛顿第二定律求加速度时,不

能将人作为整体列动力学方程。也就是

说,人走路时所受到的摩擦力并不产生

人作为整体运动的加速度。第三,人走

路时,  向前的摩擦力作用在支撑脚上,

以支撑脚质点为研究对象,它受到的

 

力有很多,重力、地面对它的支持力、摩

擦力和其他质点给它的作用力可以认

为是弹力,这些力的合力为零,这样保

证支撑脚在接触地面时是静止的,只有

运动趋势。

人走路时摩擦力对于整体而言并不产生加速度。对于支撑脚来说,它所受到的摩擦力只是多力平衡中的一

个力。

三、人走路时康擦力做不做功

人走路时受到的静摩擦力是作用在支撑脚上的,脚和地面相对静止,脚

相对于地面这个参照系没有位移,故摩

擦力不做功。当脚离开了地面,虽然此

时脚相对于地面运动了也产生了位

移,但这个过程中,脚已经离开了地面并不受摩擦力的作用。也就是说,有力的时候无位移,而有位移的时候不受

力,  故人走路时摩擦力是不做功的。人

走路时,之所以获得动能,是因为人作为一个质点组,可以看作是由若干个有相互作用的质点组成,对于人这个系

统,有内力和外力之分,人所受的重力、

支持力、摩擦力是外力,而人体内各部分之间的作用力如,小腿肌肉与大腿之间的相互作用力是内力。依据系统

的动能定理,不仅要考虑外力的功,也要考虑内力的功。正是由于内力做的正

功,使人的化学能转化成人运动所需要

的动能。

人走路时,摩擦力并不做功。人运动时的动能是由于质点的相互作用内力做功,使人的化学能转化成人运动

时的动能。

作者单位江苏徐州市第五中学