趣味力学现象

走路的力学

活动离不开走路，但学会走路并不容易。原始人类从丝足爬行进化到双足直立行走，经历了10000多万年漫长的历程。从静力学角度分析，双足步行与四足爬行最大的区别在于：四足爬行可以保证质心不越出支撑足与地面的接触点围成的区域，因此每个时刻都处于静力学平衡状态。

而双足步行只有一个支点，重心经常越出支撑足与地面的接触范围，处于静力学不平衡状态。人在走路时重心总是位于支点的上方，相当于一个倒置的复摆。简单的动力学分析可以证明，倒摆的运动局限在垂直的位置附近的小范围内，支点的控制作用可使倒摆的垂直平衡位置从不稳定转为稳定。

在实际步行运动中，经过训练的人会要求人体重心在支点后方时，足底的摩擦力朝后，则随重心的前移而减小。当重心移到质点的前方时，摩擦力变向改为朝前。穿上底部有花纹的防滑鞋可使摩擦系数增大，稳定域也随之扩大。当运动员身体前倾、步长增大时仍能保证步行的稳定性。

秦陵铜车的力学原理

1980年从秦始皇陵西侧出土的两乘铜马车，是仿照秦始皇生前出游的仪仗车制作的，约为真实马车的二分之一大小。铜马车结构设计之合理，造型之完美，工艺制作之精良，震惊中外。这一历史文物不仅是举世无双的设计杰作和工艺精品，更是秦代机械的典型代表。在两千多年前的秦代，中国机械设计的先驱们已经能灵活巧妙的应用力学知识和原理进行机械设计了，这无可置疑的证明了，当时我国的科学技术走在世界的前列。

踪迹随风叶，程途犯斗槎

“踪迹随风叶，程途犯斗槎”，诗人由景入情，以景寓情，用风叶和船只所显示的流体运动来形象、生动地比喻和描述远行在外之人的行迹和旅途。

流动显示是求不改变流体运动性质的前提下，用图像显示流体运动的方法，其任务是将流体不可见的流动特征成为可见的。俗话说“百闻不如一见”，人们通过流动显示看到了流体的特征，从而可进一步研究探索和应用流体运动规律。现在以“云”来显示大气的流动，人们已很常见。如每天在中央电视台的气象预报节目中，人们能从电视屏幕上看到由云形成的千姿百态的流动图案，显示出在大气中所发生的动力过程。

流动显示是了解流体运动特性，并深入探索其物理机制的一种直观、有效的手段。它能发现新的流动现象，如层流和湍流两种流动状态及其转捩、涡旋、分离、激波、边界层、壁湍流相干结构等；据了解，流动显示技术己在许多实际问题的研究中,发挥了很大的作用，如三角翼和双三角翼的前缘主涡、二次涡和尾涡的形成和发展，钝物体尾迹的涡旋结构，以及多体干扰等。

风乍起，吹皱一池春水

“风乍起，吹皱一池春水。”是南唐词人冯延巳的词作《谒金门·风乍起》中的首句，作者用一个“皱”字将春风吹拂而过，水面荡漾起细微波纹的画面从静景变为动景，从力学角度来看，是一幅流动不稳定性的画面，即“风生波”问题，观察海面由风吹起的波浪，当风速达到76.4m/s时，碎浪和蒸发率都突然增加，当风速增大到88.8m/s时，波浪的波长可增大到6cm。由于海洋开发利用的需要，风浪的发生机制问题至今仍是流体力学和海洋科学工作者关心和研究的课题。