理论分析

物理角度

很明显，题目给的前提假设不够多，可以说是没法解的。因此请允许我在这里补充一些前提假设。我们假设绳子质量不计，小明不会摔倒，并且小明拉绳子的力的方向是竖直向上的。小明拉绳子，给了绳子向上的力 F；根据牛顿第三定律，小明本身也会受到绳子给他向下的反作用力，而这个反作用力就间接变成了小明脚踩箱子的力。为什么我们会感到反直觉呢？这是因为，在初中或者高中物理题里，我们大多数接触到的，都是小明站在地上拉绳子，绳子给予小明的反作用力会被大地给予的支持力与摩擦力给抵消掉，因此这种情况下我们不会往往考虑「绳子拉小明的力」。回到题目来，小明拉绳子的力是 F，则最左侧的天花板给绳子的拉力也是 F。这里需要注意的就是天花板，因为天花板的存在，使得这个问题和「小明扯自己头发上天」并不相同——因为天花板可以视作是给予了外力，它跟大地是一样的，不需要考虑绳子拉它的力。我们现在再把箱子作为研究对象。箱子受到刚刚提到的小明脚踩箱子的向下的力 F，和小明有自身重力而间接给它的向下的压力 G₁，再加上箱子本身的重力 G₂ 和轮子的重力 G₃；这样，箱子总共受到的向下的力就是 F + G₁ + G₂ + G₃。为了方便标记，我们把 G₁ + G₂ + G₃ 合成为一个力，叫 W。箱子受到的向上的力，就是天花板给绳子的拉力 F 和小明的拉力 F。总共是 2F。因此，箱子如果要向上，那么就得满足 2F > F + W，也就是 F > W。换句话说，【小明只需要提供一个能拉起箱子、轮子和他自己的重力大小的力，就能把自己给拉起来】。我们用整体法也是可以分析出来的：我们把小明和箱子打成一个整体，那么提供的外力，也就是天花板对绳子的拉力与地球给予他们的重力了。答案同样是 F > W。这里是动滑轮还是定滑轮呢？说动滑轮，它在这里貌似并不省力；说定滑轮，以大地为参考系它又是动起来的。在这里强行定义只会造成歧义；所以在这里的解释中，我并没有刻意区分它是什么轮。