小明能把自己拉上去吗?

教育   2024-08-18 14:33   广东  

01 题目及出处

有人发了一个视频给我,里面是一位测评博主,利用实验的方法去分析一个力学问题——小明能把自己拉上去吗?最后博主给出的结论是不能。暂且撇开结论的正确与否,首先我要给他点个赞,因为他想到了用实验来寻求答案,这就是很多人缺少的能力,这很多人包括我在内。
题目的内容很简洁:如图所示,木板上固定一个滑轮,滑轮上绕过一根绳子,绳子上端固定在天花板上,小明站在木板上用力向上拉绳子的另一端,那么,小明能把自己拉上去吗?

02 先吹水

问题1 这是动滑轮还是定滑轮?

初中课本有个结论:动滑轮省力,定滑轮不省力。当然,我太久没看初中教材,不知道有没有改变了,我只记得我自己初中读书的结论。这里的滑轮可以随着板向上运动,是可以运动的,所以它是动滑轮吗?那它省不省力呢?滑轮是固定在板上的,如果能把小明拉上去的话,它和人、板是相对静止的,所以它是定滑轮吗?

问题2 人能不能提起自己?

小时候听过一个野史:刘关张桃园三结义,张飞说自己力气大,要做老大,刘备说你先把自己提起来,就让你做老大,结果是张飞无论如何都没办法把自己提起来。这个故事告诉我们,力是物体之间的相互作用,对自己用力,是无法改变运动状态的。那借助点东西,应该可以把自己提起来吧,图中的小明能不能把自己提起来呢?

问题3 如何有效地实验?

我小孩最近总喜欢说要做个实验,然后乱搞,毫无章法地弄弄这个,弄弄那个,连自己都不知道搞啥。我很想严肃地教育她:想弄清楚实验目的……后来想想算了,是不是会打击她的积极性?还是谨慎教育。对于高年级学生或者成年人来说,动手实验之前,应首先想清楚实验目的、原理、方法等问题,如果单纯只有一个实验方法,没有更加深入地思考,这样的实验是否有效呢?其实我想说的是那位博主,是不是可以在做实验之前先计算一下,然后再去验证呢?

03 再解题

先把问题简化一下:
设人的质量为,木板和定滑轮的总质量为,忽略绳子的质量,忽略绳子与滑轮之间的摩擦力,重力加速度为。假设小明用大小为的拉力可以把自己拉上去,此时他和木板的共同加速度为,他与木板之间的弹力(压力和支持力)为。对不同的研究对象做受力分析

以小明、木板和滑轮为整体,则
以小明为研究对象,则
联立方程解得
为了得到最小的拉力,只需要让加速度即可,即

04 讨论结果

小明想要把自己拉上去,至少需要用比自己和木板、滑轮总重量略大的力才行。如果小明是视频中的评测博主,那这个力应该不小,看样子博主的体重应该在120斤到150斤之间。博主需要用能够拉起这么重的人的拉力去拉才行。而从视频中看,博主似乎并没有用太大的力气,应该是拉不起来的。
由于人的力量和体重并不会成正比,小朋友往往更容易用出比自己体重要大的力气,所以让小小明去拉一下,或许就可以把自己拉起来了。
当然,与其花费比自身体重还要大的力量去拉起自己,还不如直接爬上去更省事。

05 三个补充

补充1 可能是年纪大了,我是没有实验的冲动的。哪位有兴趣的可以替我完成一下实验,然后给个视频我欣赏一下,我为你点赞转发。

补充2 这里是不考虑转动情况的,即把人、木板等当作了质点模型看待。有兴趣做实验的读者们,实际动手需要考虑这个问题。

补充3 本人知识有限,推导难免有错。如果发现我的推导过程有问题,欢迎批评指正,感激不尽!

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