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现实生活中人踩在泥中行走难度远大于人踩在水中行走，这是为什么呢？
图1 泥中艰难行走
图2 水中奔跑 也许有的人会说，泥与水形态是不同的，泥中行走肯定困难，这是常识，说了等于没说。行走困不困难归根结底还是力的问题，应该是泥中行走人需要用力远大于水中行走的需要用力。现对其进行力的平衡分析。 设一个物体顶面与水或泥（无自由水）顶面平齐，物体所受作用力见图3。设物体重力G1为0.1Kn,上或下表面面积A为0.04m2，侧表面面积A侧为0.16m2,体积V为0.008m3，物体高度h为0.2m。物体周围物质（水或泥）容重γ，水为10kn/m3，泥为15kn/m3，水或泥对物体向上作用力为F支，水或泥对物体的简化侧作用力为F，简化计算作用点距顶面h1为0.13m,水或泥的侧压力系数为K0（水为1，泥为0.8），物体向上移动水或泥对物体的摩擦力为F 摩，水或泥对物体的摩擦力系数为K摩（水为0，泥为0.25），物体向上移动所需作用力设为F用，求F用的大小。
图3 F用=G1+F 摩-F支 （1） F摩=γh1A侧K0K摩 （2） F支=γh K0A （3） 由式（2）可计算出： F摩水=0，F 摩泥=15*0.13*0.16*0.8*0.25=0.062 kn （4） 由式（3）可计算出： F支水=10*0.2*1*0.04=0.08 kn （5） F支泥=15*0.2*0.8*0.04=0.096 kn （6） 由式（1）、式（4）、式（5）、式（6）可计算出物体向上移动所需作用力： F用水=0.02 kn。 F用泥=0.066 kn 计算出的所需作用力虽然泥大于水但绝对值并不大，这与现场实际不太相符。笔者认为主要是由于计算过程中未考虑大气压力作用力所致。现依据笔者优化的有效应力原理的理解，采用大气压力作用力重新计算物体向上移动所需作用力（见图4）。
图4 设大气压力为P0，对物体上表面的作用力为F0，推导计算F用： F用=G1+F 摩-F支 + F0 （7） F摩=（γh1+P0）A侧K0K摩 （8） F支=（γh1+P0） K0A （9） F0= P0A （10） 由式（8）可计算出： F摩水=0， F摩泥=（15*0.13+101）*0.16*0.8*0.25=3.2944 kn （11） 由式（9）可计算出： F支水=（10*0.2+101）*1*0.04=4.12 kn （12） F支泥=（15*0.2+101）*0.8*0.04=3.328 kn （13） 由式（7）、式（10）、式（11）、式（12）、式（13）可计算出物体向上移动所需作用力： F用水=0.1+0-4.12+101*0.04=0.02 kn F用泥=0.1+3.2944-3.328+101*0.04=4.1064 kn 通过未考虑大气压作用和考虑大气压作用计算值可以看出，F用水值相等，但F用泥值泥中远大于水中，这就是为什么泥中行走难度远远大于水中行走的难度，主要原因在于大气压力在水中压力传递是无损耗的，物体上下表面大气压力作用力相等，可以相互抵消了；但大气压力在泥中压力传递是要减弱的，物体上表面大气压力作用力是大气压形成的，但大气压力传递到下表面的向上压力是降低了，导致大气压力形成的向上作用力值降低较大，物体向上移动作用力大大增加。 综上所述，人在泥中行走难度远大于人在水中行走主要原因是力平衡过程中大气压力作用导致。因此，在有些计算中必须考虑大气压力作用力才正确。当然，上述计算为理论计算，由于多种原因实际在泥中行走也不需要计算出来的力那么高。 |
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