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从地面上搬起重物我们的常见做法是弯腰(如图甲)或人下蹲弯曲膝盖(如图乙)把它搬起来,哪种方法好呢?下面就建立模型说明这个问题.把脊柱简化为杠杆如图丙所示,脊柱可绕骶骨
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从地面上搬起重物我们的常见做法是弯腰(如图甲)或人下蹲弯曲膝盖(如图乙)把它搬起来,哪种方法好呢?下面就建立模型说明这个问题.把脊柱简化为杠杆如图丙所示,脊柱可绕骶骨(轴)O转动,腰背部复杂肌肉的等效拉力F1作用在A点,其实际作用方向与脊柱夹角为12°且保持不变,搬箱子拉力F2作用在肩关节B点,在B点挂一重物代替箱子.用测力计沿F1方向拉,使模型静止,可测出腰背部复杂肌肉拉力的大小.接着,改变脊柱与水平面的夹角即可改变杠杆与水平面的夹角α,多次实验得出结论.
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(1)在丙图中画出F2力臂L2.
(2)当α角增大时,L2___(变大/不变/变小),F1___(变大/不变/变小).
(3)如果考虑到人上半身的重力,那么腰背部肌肉的实际拉力将比丙图中F1要___(大/小).
(4)对比甲乙两种姿势所对应丙图中的两种状态,由以下分析可得,___(甲/乙)图中的姿势比较正确.
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(1)在丙图中画出F2力臂L2.
(2)当α角增大时,L2___(变大/不变/变小),F1___(变大/不变/变小).
(3)如果考虑到人上半身的重力,那么腰背部肌肉的实际拉力将比丙图中F1要___(大/小).
(4)对比甲乙两种姿势所对应丙图中的两种状态,由以下分析可得,___(甲/乙)图中的姿势比较正确.
▼优质解答
答案和解析
(1)延长F2作用线,由支点作其作用线的垂线,L2是其力臂.如图:
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(2)由图可知:当α角增大时,力臂L2变小;由于拉力F1的方向与脊柱夹角始终为12°,且OA这段距离不变,则O点到F1作用线的距离不变,即动力臂不变,阻力为箱子的重力不变,根据杠杆平衡条件可知,F1变小;
(3)如果考虑到人上半身的重力,由于上半身的重力会阻碍杠杆的转动,根据杠杆平衡条件可知:实际拉力将变大;
(4)比较甲、乙两种姿势可知:甲的支点太高,在搬起物体时,阻力臂减小得慢,则腰背部复杂肌肉的等效拉力F1要比较长时间的使用较大的力,所以甲姿势不正确,乙姿势比较正确.
故答案为:(1)如上图;(2)变小;变小;(3)大;(4)乙.
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(2)由图可知:当α角增大时,力臂L2变小;由于拉力F1的方向与脊柱夹角始终为12°,且OA这段距离不变,则O点到F1作用线的距离不变,即动力臂不变,阻力为箱子的重力不变,根据杠杆平衡条件可知,F1变小;
(3)如果考虑到人上半身的重力,由于上半身的重力会阻碍杠杆的转动,根据杠杆平衡条件可知:实际拉力将变大;
(4)比较甲、乙两种姿势可知:甲的支点太高,在搬起物体时,阻力臂减小得慢,则腰背部复杂肌肉的等效拉力F1要比较长时间的使用较大的力,所以甲姿势不正确,乙姿势比较正确.
故答案为:(1)如上图;(2)变小;变小;(3)大;(4)乙.
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