[請益] 力學遊戲【以一擋百】？
圖文版:
http://www.phy.ntnu.edu.tw/demolab/phpBB/viewtopic.php?topic=23713
手上有一份南一書局提供的補充教材
＜科學遊戲 創意教學＞ 王德麟 編撰
裡面有一個力學遊戲【以一擋百】
內文如下
操作：
受試者面對牆壁站立，伸直手臂按住牆壁。
受試者身後站立數人並排成一縱列，
每個人皆以相同姿勢按住前面的人的肩膀。
後面這幾個人同時出力推前面的人，
想要壓扁面對牆壁的受試者，結果會...！？
如圖：
http://www.phy.ntnu.edu.tw/demolab/phpBB/pics/8029_0_1vs100_01.JPG
概念說明：
這個活動有趣之處，在於學生會直覺認為，
由多位同儕一起用力推一個人，
根本輕而易舉就可以將受試者壓在牆壁上。
但令人料想不到的是，不論後面的人如何用力向前推擠，
最後近牆壁的受試者還是不為所動，驚奇效果十足。
這是因為受試者所承受的力量僅來自於其身後那個人而已，
其他人的推力會受到接觸面上的反作用力而抵銷掉，
並不會向前傳遞到受試者身上。
可見受試者只需要承受身後那個人的力量，
只要力量不超過自己可以承受的範圍，就不必擔心被擠壓到牆邊。
應用發展：
既然用推的方式可行，是否也可用拉的方式呢？
更可以引導學生近一步分析這個跟拔河有什麼不同？
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我的疑問：
我覺得這個遊戲似乎有些問題...(因為還不確定，所以沒找學生試過)
如果是真的，那又該如何解釋，群眾暴動時，
因為太多人推擠而造成的傷害呢？
上面所描述的情況，應該是在講這種情況，如下圖：
http://www.phy.ntnu.edu.tw/demolab/phpBB/pics/8029_0_1vs100_02.JPG
若有一外力Ｆ推擠由彈簧串聯的物體
當地板是光滑的時後，則每一段彈簧的推擠力皆為Ｆ
那就是這個遊戲想要描述的狀況...
推擠力並不會隨著人數而改變！
但是真實情況並不是這樣吧！地板是有摩擦力的！
所以我想，改成下面這個圖，或許會比較接近真實情況：
http://www.phy.ntnu.edu.tw/demolab/phpBB/pics/8029_0_1vs100_03.JPG
當地板有摩擦時，人想往前堆東西，必須腳踢地板向後
所以本身承受地面對自己的摩擦力方向向前
由圖可以發現，平衡時，越靠近牆壁的人所承受的推力越大
所以，最靠近牆的彈簧，將會壓得最扁
這個結果，完全與上面的說明不同？！
我在想，若真實操作時，真的看到靠牆的第一位沒被壓扁，
其實是另有原因的...
由上圖可以知道，平衡時，由左至右，推力將會越來越大
前提是，提供推力的人，必須每一位都可以承受的住，越來越大的推力
只要其中一位超過可承受的推力極限，平衡狀態將會被破壞
換個情況，若其中有一位發現推力已經達到自己可承受的極限，
那他就沒有餘力再施加額外的推力到下一位的身上
(此額外推力即上述人踢地板向後，而自己受向前的摩擦力)
也就是說，他光是撐住後面來的擠壓力，就快累死了，不能再增加推力
同樣的事也發生在後面的所有人身上，光是維持手臂伸直，就已經達極限
所以，達極限之後，一直到最靠近牆的那位，都還是維持相同的推力
(這裡假設每個人的極限都相同的情況，否則將會破壞平衡)
示意圖如下：
http://www.phy.ntnu.edu.tw/demolab/phpBB/pics/8029_0_1vs100_04.JPG
所以這就可以解釋，為何發生暴動時，群眾的推擠可以造成嚴重的傷害
因為在混亂推擠時，誰會顧慮到前面的人能否承受推力
大家都往同一個方向推擠時，累加的推力，將會相當驚人
所以可以看到，大家都擠成一團，身體貼著身體，
如果此時前面有人跌倒，後面的人又變多擠上來，就可能會發生危險了...
至於改成用拉的方式，也可如上討論...
拉力也會累加(若有餘力增加額外拉力時才行)
直到累積達到極限之後，後面的人，都將承受相同的拉力了...
(一樣假設每個人的極限都相同的情況，否則將會破壞平衡)
不過拔河的例子又不太一樣，因為每一個人都抓住同一條繩子，
所以所有人所施加的力，全都累積在那條繩子上...
(而此遊戲的施力方式，則是施加在另一個人身上)
(大家應該發現，拔河與上述遊戲的差別在哪了吧！:))
此時就沒有所謂，累積的力量達到某人的極限力的情況，
因此繩子上的力量可以累積到很大很大！
印象中，好幾年前有一個新聞，台灣某縣市舉辦拔河比賽，
有民眾將繩子纏繞在手上，意外發生時，連手都被拔斷了＠＠
可見力量可以有多強大！
至於推力可以累加的其他例子，
像是電影中，古代戰士用木樁衝撞城門
也就是類似拔河的系統，所有人的推力都累加在木樁上
因此可以產生巨大的破壞力！
還有，划龍舟也是類似的例子，人越多，動作越一致，船的動力越大...
各位還有想到什麼例子嗎？:)
結論：
我覺得此實驗在人多時操作，還是有其危險性
如非大家玩的很客氣，否則要是亂推，肯定會有人受傷
至於原理，就像我上面說的，與每個人的極限承受力有關係...
而非像教材上所寫的，只是單純以作用力與反作用力的關係就可以說明
提出一些想法，與各位分享
如有錯誤，歡迎指正:)
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