问题详情:
从地面上搬起重物我们的常见做法是弯腰(如图*)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*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.
(1)当α角增大时,F2的力臂L2 (变大/不变/变小),F1 (变大/不变/变小).
(2)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*图中F1要 (大/小).
(3)对比*乙两种姿势所对应*图中的两种状态,由以下分析可得, (*/乙)图中的姿势比较正确.
【回答】
【考点】杠杆的应用.
【分析】(1)做出力臂L2的示意图,当α角增大时,由图分析得出力臂L2变化,根据杠杆平衡条件即可判断中F1的变化;
(2)如果考虑到人上半身的重力,根据重力对杠杆的作用,利用杠杆平衡条件即可判断实际拉力的变化;
(3)比较两种状态下力臂L1变化,利用杠杆平衡条件即可判断拉力的不同;根据拉力的大小变化可判断姿势的产生的后果.
【解答】解:(1)如图为杠杆示意图:
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;
(2)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;
(3)比较*、乙两种姿势可知:*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*姿势不正确,乙姿势比较正确.
故*为:(1)变小;变小;(2)大;(3);(4)乙.
知识点:杠杆
题型:实验,探究题