“走钢丝”里的力学秘密

来源：科普中国-科学原理一点通，作者：尹佳。

走钢丝的技艺在我国有着悠久的历史，演员靠横握着一根长杆能够如履平地般地行走在钢丝之上，掌握平衡的技巧则是他们能够健步如飞的关键。作为中国传统杂技项目，走钢丝的表演内容在不断演化升级，从单一的高空行走到现在各种花样动作的组合表演，这也是走钢丝在经历了漫长岁月后还能成为杂技表演中亮点节目的原因之一。

很多人将演员保持平衡的方法理解为静力学效应，类似天平。但实际上，演员手中平衡杆的平衡作用不只是简单地调整重心，而是通过不断地转动平衡杆来达到平衡的目的。如此看来，可以将演员和平衡棒作为一个完整的系统，这个系统在动力学效应的作用下维持着平衡。

倘若演员只是静立在钢丝之上，其重心也是位于钢丝之上，这样才能维持整个系统的重力和钢丝对人体的作用力位于一个平面上。而演员在表演过程中是行走的，无法始终保持这两种力的平衡状态，因此演员需要通过自身的主动调节来维持整个系统的平衡。正确的调节方法是小幅度地变动身体的偏向，重心偏向一侧，身体则随之偏向另一侧，如此即可在小范围的左右摆动中找到重心平衡点继而稳步向前。

平衡杆在调整系统重心上起着关键作用，那平衡杆应该如何使用才能达到稳步前行的目的呢？

首先，转动惯性反映了物体在对转轴的一定力矩作用下改变其转动状态的难易程度，它的大小与物体的质量相对于转轴的分布距离有关。距离越大，转动惯性就越大，物体转动状态也就越难改变。这也解释了为什么演员手中的平衡杆都比较长，可以减缓由于重心偏移造成的失稳，从而为演员调整重心争取时间。

再则，整个系统的惯性大小与演员在钢丝上摆动幅度相关，摆动幅度大即转动速率大，产生的惯性也越大，演员就越难控制重心。所以演员在钢丝之上的左右摇摆幅度都比较小，这样才能利用好惯性达到平衡。