鞋底摩擦系数的问题引起了读者们对物理的浓厚兴趣。在前文中,在分析在人行走中双脚着地时的受力情况时,我简单地说一只脚受到的支撑力为体重W的一半。
其实,这个结论只是省略了一个论证过程:此时人在垂直方向加速度为0,因此地面支撑力等于重量,而从对称性,我们可以知道两脚支撑力基本相同(否则人体将发生右倾或者左倾)。
有好学的同学试图“举一反三”将上述静力平衡方法运用于人上台阶的情况。为简化计算,该同学假设台阶有大腿长那么高,上去的时候大腿水平。上台阶时如图姿势。问题是:地面支撑力N是多大?该同学一拍脑袋说,此人大腿水平,单脚在台阶上,一脚悬空,静力平衡,N等于人的重量W。
我们如果动动脑筋,会发现这个图与前面的图有个不同,那个图里人的重心在两脚中间,而这个图中人的重心悬空在台阶之外。显然,这个时候你不能再套用双脚着地的情况,而必须计算人重心的向下加速度,既然有向下的加速度,人就会怎么样?会感到有失重。 F = W - N = ma 推出 N = W - ma.
所以,上图中右边那脚蹬地而后离地的一瞬间,图中左边那只在台阶上的脚A应该感到突然变轻了。人的重心应该是以一个接近抛物线的轨迹运动。
具体的计算就留给同学们作为练习了。