本题主要涉及杠杆原理这一物理中的数学相关概念。杠杆原理是指在力的作用下能绕着固定点转动的硬棒就是杠杆,其平衡条件是动力 × 动力臂 = 阻力 × 阻力 × 阻力臂。我们可以把抬石头的场景看作杠杆模型,通过比较三人所受力的大小来判断谁最累,受力越大则越累。
1. 将抬石头场景构建为杠杆模型并分析力臂关系
把石头看作阻力,三人施加的力看作动力。以②的肩膀位置为支点,对于①来说,①到②的距离为动力臂,石头到②的距离为阻力臂;对于③来说,③到②的距离为动力臂,石头到②的距离同样为阻力臂。显然,①和③的动力臂长度大于石头到②的阻力臂长度,且①和③的动力臂长度相等。
2. 根据杠杆平衡条件分析三人受力大小
设石头的重力为 G,①施加的力为 F1,③施加的力为 F3,②施加的力为 F2。根据杠杆平衡条件,对于①有 阻(L1为①的动力臂长度,阻为阻力臂长度);对于③有 阻(L3为③的动力臂长度)。因为 L1=L3,所以 F1=F3 。
再从整体受力平衡来看,F1+F2+F3=G,由于①和③的动力臂较长,根据杠杆平衡条件可知,①和③分担的力相对较小,而②分担的力为 G−F1−F3,所以②所受的力最大。
综上,②最累。