撰文|張偉偉
一個(gè)斜度較陡的坑洞，女子從坑底順著傾斜的內(nèi)壁奔跑，竟有了飛檐走壁的本領(lǐng)！不過(guò)，就將至即將跑出坑道的時(shí)侯，女子停止了奔跑，希望用手去捉住坑道的邊沿，此時(shí)墻上如同喪失了磨擦，沿著墻上滑了下去?！疽曨l請(qǐng)抵達(dá)“返樸”觀看】
為何跑上去就可以站在墻面上，一停就滑下去了呢？從結(jié)果來(lái)看，奔跑可以降低磨擦力，一旦停止磨擦力缺位。
考慮斜面上的磨擦力，如圖1所示。設(shè)有夾角為θ的斜面，其上放置重為mg的物塊。以物塊為研究對(duì)象斜面摩擦力受力示意圖，對(duì)其進(jìn)行受力剖析(將其視為質(zhì)點(diǎn))，物塊共受3個(gè)力的作用：1重力mg；2斜面支撐力N;3斜面磨擦力f。
圖1斜面上物塊的受力剖析
目測(cè)視頻中的斜面夾角在60o左右，超過(guò)了臨界傾斜角度，人也就難以靜止躺臥在坑道內(nèi)壁上。假如希望借助自身“走”出坑道，必須降低磨擦力。
由式(2)可知，磨擦力有兩個(gè)誘因有關(guān)，一是磨擦系數(shù)，二是正壓力。磨擦系數(shù)由材料決定，因?yàn)榕拥男c墻面的材料早已確定，磨擦系數(shù)確定，因而，只能通過(guò)改變正壓力來(lái)降低磨擦力。
當(dāng)女子順著坑道奔跑時(shí)，如圖2(a)所示，其運(yùn)動(dòng)可視為繞軸旋轉(zhuǎn)。當(dāng)人做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)時(shí)，必須有足夠的向心力（改變運(yùn)動(dòng)方向）斜面摩擦力受力示意圖，這兒向心力只能借助墻上提供。按照斥力與反斥力，墻上給人提供向心力的同時(shí)，人對(duì)坑道內(nèi)壁的正壓力也就相應(yīng)的降低，這就是與靜止?fàn)顟B(tài)相比所降低的正壓力。
圖2女子沿內(nèi)壁奔跑示意圖及受力剖析圖
以人為研究對(duì)象，借助達(dá)朗貝爾原理，畫出人在奔跑時(shí)的受力特點(diǎn)，如圖2(b)所示。這兒，磨擦力f和支撐力N作用于人與斜面的接觸點(diǎn)o，重力可以等效為作用于人的重心，設(shè)重心在人高度的2/3處。圖中的分布力，為人在奔跑時(shí)形成離心力（虛擬力，由向心力等效得出），這是人保持平衡的關(guān)鍵。
因?yàn)槿说纳碜泳哂幸欢ǖ膴A角，所以從頸部到腳的旋轉(zhuǎn)直徑并特別數(shù)。為了易于描述，我們?cè)O(shè)人的質(zhì)量沿凈高平均分布，在高度方向的平均密度為ρ=m/h，假設(shè)頭上的旋轉(zhuǎn)直徑為r1，腳的旋轉(zhuǎn)直徑為r2，離心力滿足矩形分布，其它參數(shù)如圖所示。
跑出坑道的熱學(xué)絕招就在于利用離心力減小墻上的磨擦力，不要停，直至你成功的跑出坑道為止?！疽曨l請(qǐng)抵達(dá)“返樸”觀看】