基于杠杆平衡的防汛挡水板设计原理分析
图1
创客焦作
图2
这些看似单薄的L型板，就是能抵御住汹涌的洪水，有图有真相，有视频为证。
视频
细细想来，这款挡水板的原理并不复杂；可以假设挡水板上方有一个立方体的水体，水体对低板向下的压力等于自身的重力，对侧壁的压力可以计算；如果以拐角为轴，重力的力矩大于侧壁压力力矩，挡水板就能保持稳定。
上述分析经“创客焦作”微信公众平台推出后，很多网友都非常感兴趣，甚至有网友要将此挡水板改编成一道初中物理原创题。
若要改编成一道初中物理原创题，就要从杠杆平衡的原理入手，找到洪水对水平挡板和竖直挡板的作用力和作用点。
如图3所示，忽略挡水板自身重力，设挡水板的底部宽度为L，侧边高度为H，纵向长度为s，水的密度为ρ，重力加速度为g。
图3
显然，如图3所示，洪水对水平挡板的压力就等于水平挡板上方的洪水的重力，压力的等效作用点就是水平挡板的中点。即洪水对水平挡板的逆时针力矩为
1式
考虑到洪水的压强随着水深的增大而均匀增大，如图3所示，洪水对竖直挡板的水平压力在数值上等于截面为ΔBOC的水体的重力，且洪水对竖直挡板的水平压力的等效作用点与截面为ΔBOC的水体的重心等高。即洪水对竖直挡板的顺时针力矩为
2式
由杠杆平衡（或力矩平衡）条件可知，1式应该大于或等于2式。即
3式
由3式可知，在不考虑洪水涌动的前提下，只要挡水板的高宽比不超过1.73，挡水板就不会发生翻转。
图5
将挡水板的照片图5复制到几何画板软件中进行测量，测得挡水板的高宽比约为0.77，远小于转动平衡的临界值1.73，挡水板在抗翻转方面具有很大的安全冗余。
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