1
趣味物理学
1.4.1 2.1 请站起来!
2.1 请站起来!

假如我对你说:“请你坐到这把椅子上,我能肯定,即使没有人用绳子把你绑在椅子上,你一样也站不起来。”你肯定要认为我说的话不可信。

那好。请你按图2-1的姿势坐在椅子上,挺直上身,两只脚放在身前,不准移到椅子底下。现在,不准前倾上身,也不许移动双脚,请你试一试能否站起来。

怎么样,无法站起来吧?无论你怎样使劲,只要不前倾上身或者移动两脚,你就甭想站起来。

要弄明白其中的原因,我们应先了解物体以及人体的平衡问题。一个直立的物体要保持平衡而不歪倒,首先应满足从它的重心引下来的垂直线没有超越出它的底面,这样才不至于歪倒。依这点分析,像图2-2的那样斜圆柱体,肯定会歪倒;但是,假如它的底面变宽,从它的重心引下来垂直线通过它的底面范围的话,那么它就不会歪倒了。我们熟悉的比萨和波伦亚的“斜塔”,还有阿尔汉格尔斯克的“危楼”(图2-3),虽然它们看起来都摇摇欲坠,其实并不会倒下去,这也是因为从它们重心引下的垂直线在它们底面范围内的缘故(当然还有一个原因,那就是这些建筑物的基石很牢固且深埋地下,相比于重力线,这是次要原因)。

人在站立时,如果从他的重心引出的重力线不超越双脚外缘所形成的那片小区域的话,也不会跌倒(图2-4)。由此可推知,单脚独立是多么不容易;而在钢索行走就难上加难了:原因就是底面积太小,从重心引下的重力线很容易偏出小小的底面范围。你注意过老水手们走路姿势有些古怪吗?他们在平地上走路时也左右摇摆,这是因为他们一生绝大多数时间生活在颠簸起伏的舰船上,无论站在甲板上还是在上面行走,从身体重心引下来的重力线随时可能越出两脚之间的底面范围;为了保持身体平衡,老水手都习惯放大两脚之间的距离,即将两脚分得很开。这样他们才能更好地在摇摆的甲板上站稳;久而久之,他们习惯成自然,在平坦的陆地上,他们也用这种姿势走路了。

图2-1 如果你以此图的姿势坐着,那么你一定站不起来

图2-2 因圆柱重心引下的铅垂线落在底面积之处,所以它一定要跌倒

图2-3 阿尔汉格尔斯克的“危楼”(来源于一张旧照片)

图2-4 如果你要站稳,那么你的重心的铅垂线一定要落在两脚外缘所形成的小面积里

我们下面再举出一些反面的例子,那就是保持平衡可以增加人体姿势的美观。如果你曾留心,你会发现一个头顶重物行走的人,他的姿势看上去是那么优雅、端庄!你想必也见过头顶水壶的女人走路吧,她们的姿态是多么优美、匀称。头上顶重物的她们,必须挺直头部和上身,使重力线不偏出两脚底面范围,否则,只要稍有偏出,她们就会失去平衡,沉重的水壶可能就会掉下来。

现在,让我们还是回到前面提到的试验,分析为什么不能从坐着的椅子上站起身来。

一个坐在椅子上的人,他的身体的重心处于身体内部脊椎骨附近的地方,大约在肚脐上方20厘米处。显然,从这点向下引重力线,这条线一定会穿过椅座,落在两脚后面的地方。然而,这个人要想从椅子上站起身来的话,这条重力线应该要通过两脚之间的那片区域。

所以,坐在椅子上的人若想站起身来,就必须前倾胸部或者向后移动两脚。前倾胸部,是为了将重心向前面移动;而后移两脚,则是让重力线能落在两脚之间的区域内。日常生活中,我们从椅子上站起,都是这么做的。假如我们禁止这样做的话,很显然,依据上面的分析,你休想从椅子上站起身来,不信,你可以再试试。