杂技表演“咽喉顶枪”的力学原理

作者:徐景满 时间:2020-11-17 点击数:

很多人都看过杂技表演“咽喉顶枪”,观众常常叹服于表演者咽喉之坚韧,或者认为这是 “硬气功”之神奇功能。表演者经常练习,咽喉变得坚韧倒有可能,而“硬气功”的说法在科学界一直备受争论,“硬气功”是否真的存在也没有明确的说法。

对于“硬气功”我没有进行过研究,当然就没有发言权,我仅想利用力学中的压杆稳定理论解释一下这种现象。

细长杆件受压时,却表现出与强度失效全然不同的性质。细长的受压杆当压力达到一特定值时,此特定压力值还不足以使得杆件发生强度破坏的情况下,受压杆可能会突然弯曲而产生失稳现象。这个特定压力值就称之为“临界压力”,1744年数学家欧拉推导出细长杆受压失稳的临界压力公式:

从公式中我们注意到细长杆失稳的临界力和长度的平方成反比,而咽喉所顶的枪是细长杆且都很长,这样长枪失稳变弯的临界压力会很小,表演者经过练习掌握了特定的技巧,在很小的临界力下不会刺穿咽喉,而长枪受临界压力将会突然变弯,如若将长枪换做短短的匕首,表演者就不会那么从容了。

工程上出现较大的工程事故中,有相当一部分是因为受压构件失稳所致,因此对受压杆的稳定问题绝不容忽视。

需要注意的是,欧拉临界压力公式是具有应用范围的,当杆的柔度达到一定值的时候才可以应用。至于什么是柔度,由于篇幅有限,就不在此论述,可以参看相关的教科书。

注:内容来源于网络,版权归原作者所有。

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