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扁担挑运的力学原理

已有 5826 次阅读 2013-11-30 09:07 |个人分类:力学科普|系统分类:科普集锦|关键词:扁担,力学,振动| 力学, 振动, 扁担

扁担是常见的运输工具。与双手提运相比,扁担挑运避免了手臂及肘肩关节的承载,效率较高;与双肩背负相比,扁担挑运使身体处于直立状态,且双肩可交替承载以降低肌肉疲劳;除非行走于坡路和台阶,物品通常以较长的绳索悬挂于扁担两端,挑运者可便利地搁置荷物而休息。

人双脚交替向前,肩部高低变化可以激励扁担作为悬臂梁牵引荷物上下振动;而行走速度的脉动可以引起悬挂于扁担两端的荷物前后摆动,绳索对扁担的水作用力和竖直作用力均周期变化,后者可引起扁担振动而得到放大。合适的扁担可以使挑担者在肩部承载较小时迈步向前。会挑担的人起肩时常有意识地对扁担初始激振,确认扁担的固有频率,随节奏而迈步。

因使用场合不同,扁担具有多种形式。若担物行走于坡路或台阶,只能使用较短的绳索悬挂荷物,乃至直接将荷物捆绑在扁担的端部;而为了避免行走速度不均引起的不规则振动,需要增加扁担的刚性,如重庆的“棒棒”就使用抗弯能力较好的竹杠。

即使平路担物,扁担的优良特性也需要担物者充分练习才能实现。行走速度的不均匀必然引起荷物前后摆动,两侧绳索内载荷若不能同步变化,将引起扁担的不平衡。不会挑担的人多是用双手在肩部前方握紧扁担,施加托力或压力;而托力或压力总是滞后和超调的,势必引起扁担以肩部为支点转动;加之扁担对人是偏心加载,走动之中又会产生左右晃动。

荷物的前后摆动,扁担的上下转动,人体的左右晃动,三动齐来,全无规则,只能叹息一声,停步歇担;其后会抓紧悬绳乃至缩短悬绳直接拉住荷物,以阻止其大幅度摆动;这将引起手臂以及肩肘关节的疲劳;最后扁担还会转动,双手只能再次去辅助支承扁担。

当然,只要坚持,终有一天能够将右侧手腕轻松地搁在扁担上,左侧手臂自由地甩动,轻快地迈步向前。

具体力学分析请参阅全文:

尤明庆. 关于扁担挑运力学原理的注记. 力学与实践,2011, 33(4):87-89

 



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