探索俯卧撑中的物理知识

张长庚

俯卧撑是一项常见的健身运动，也是同学们必修的体育科目之一，有时还是打赌时必选的体罚方式。在做俯卧撑时，人体相当于一个杠杆，包含很多物理知识。这里考同学们一个问题：做俯卧撑时，在撑起和落下过程中，人体是省力杠杆还是费力杠杆呢？

吃过俯卧撑苦头的同学可能马上会说：撑起的过程最费劲儿，当然是费力杠杆了;落下的过程几乎不需要用力，一定是省力杠杆！事实真的如此吗？让我们用杠杆知识来仔细分析一下吧。

俯卧撑及示意图如图1所示，A是人体的重心，O是脚的支点，F2是人体受到的重力，F1是地面对前臂的支持力。向上撑起的过程中，地面对前臂的支持力属于动力，其动力臂為[l1]，人体重力属于阻力，其阻力臂为[l2]，很显然，动力臂大于阻力臂，根据杠杆平衡公式，可知动力（支持力）小于阻力（重力），所以在撑起的过程中，人体为省力杠杆;相反，在落下的过程中，人体重力属于动力，动力臂为[l2]，地面对前臂的支持力属于阻力，阻力臂为[l1]，动力臂小于阻力臂，根据杠杆平衡公式，可知动力（重力）大于阻力（支持力），所以在落下的过程中，人体为费力杠杆。

怎么样？事实与我们的感觉完全相反了！

类似的情况我们扩展一下，以踮脚动作为例，依然是判断省力杠杆与费力杠杆问题，如图2所示。按照我们通常的感觉肯定以为踮脚时为费力杠杆，落脚时为省力杠杆。但是，只要我们画出支点、动力、阻力、动力臂、阻力臂这杠杆的五个要素，然后依据杠杆平衡条件就可以判断出来，答案恰好是反过来的。

所以说，同学们一定要养成用物理知识进行严格的逻辑推理以及通过实验验证来得出答案的习惯，而不要凭感觉和想当然。