书城科普《物理知识篇》(上)(科普知识百科全书)
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第2章 力学奥秘(2)

杂技演员表演顶坛时所用的坛子通常不过10多千克,要是把它顶在头上不动,也不算什么新鲜事儿,几乎人人做得到。如果把坛子抛上去,等它落下来再用头去接,一般人是难以承受的。

如果你仔细观察,会发现杂技演员在用头接坛的时候,他并不是站立着不动的,而总是先叉开两腿立好马步姿势,当坛落下刚刚碰到头顶时,他就立刻随着坛的下落向下蹲,这就和你用向下移动手的办法去接钥匙一样,头上受到的冲力就不会很大。如果坛从1米高落下,并使停止运动的时间延长到2秒左右,头上受到的冲力不过200牛顿。经过长期训练的人,完全能够承受这样大小的力。

可是,一般没有经过训练的人,仅懂得了道理,决不能冒冒失去地去试一试,那是很危险的!

泥地难骑车

在软软的泥地上骑自行车时,自行车的两个轮胎就像是漏了气似的,蹬起来特别费力。这是什么缘故呢?

想想看,你在雪地里或是在泥沼地里走路时,不也是感到很难起步吗?这是因为脚踏在雪地里或泥沼地里的时候,人的体重就压在脚底那么大的一块面积上,这时候,脚对地面产生了一个较大的压力。因为雪或泥沼地的弹性系数和弹性限度都非常小,也就是说,在不太大的压强的作用下,就会发生较大的形变,而且不能自己恢复原来形状,所以脚就陷进了软软的雪或泥里了。这样,当你再想起步时,就不得不把脚抬得比平时走路时高才行。因此就感到比较吃力了。

在泥地里骑自行车也是这样,由于车轮对地的压强,使泥地被压出一条深沟。这样,车要前进,首先必须要把自行车的轮子从沟里抬起来。而且泥地越软,车轮陷得越深,深沟对车轮前进的阻碍越大,使自行车前进所需要的推力也越大。所有这些因素都要求人对自行车的踏脚施加更大的作用力。因此,在泥地上骑自行车特别费力。

青鱼哪去了

从前,曾经发生过这样一件事:一个商人在荷兰向渔民买进5000吨青鱼,装上船从荷兰运往靠近赤道的索马里首都摩加迪沙。到了那里,用弹簧秤一称,青鱼竟一下少了三十多吨。奇怪,到哪里去了呢?被偷是不可能的,因为轮船沿途并没有靠过岸。装卸中的损耗也不可能有这样大。大家议论纷纷,谁也没法揭开这一秘密。

直到后来,才真相大白。鱼既没有被偷,也不是装卸造成的损耗,而是地球自转和地球引力开的玩笑。

原来,一个物体的重量,就是物体所受的重力,是由地球对物体的吸引所造成的。但地球不停地转动,会产生一种惯性离心力。因此物体所受重力的大小,等于地心引力和惯性离心力的合力。又因为地球是个稍扁的椭球体,越近赤道,地面与地心的距离越远,地心引力也就小一点。所以,物体的实际重力,应当是地心引力减去惯性离心力在垂直方向的分量。5000吨重的青鱼,从地球中纬度的荷兰运到赤道附近的索马里,重量必然逐渐减小,难怪过秤时就短少了三十多吨。

如果登山运动员从珠穆朗玛峰采集到一块岩石标本,把它送到北京时,它会变得重一点;要是请宇航员把它带到地球引力所达不到的太空,它又会变得没有重量了。它们的道理也一样。但是,不论物体的重量怎样变化,它们的质量却是不变的。我们还应注意,物体重量的变化,只有用弹簧秤才能称量出来,借用天平或杆秤是看不出来的。

膨胀的饺子

如果你是北方人,你一定喜欢吃饺子,那么,有几个关于饺子的问题你回答得出来吗?

为什么生饺子刚倒进锅里去的时候要沉下去?这是第一个问题。

为什么饺子煮熟以后会浮起来,并且只有浮起来的饺子才是煮熟了的?这是第二个问题。

为什么饺子冷了以后,又要重新沉入锅底?这是第三个问题。你想想看,怎样回答?

生饺子倒下锅以后,它的比重比水大,所以都沉下去了。但是煮熟以后,为什么又会浮起来呢?

原来,随着炉子的加热,锅中的水和饺子都慢慢地热起来了。我们知道热的物体是要膨胀的,饺子也不例外。饺馅和饺皮吸饱了热水以后,渐渐胀起来,体积自然就增大了许多。这一点,你一定很清楚,熟饺子确是胀得鼓鼓的,比生饺子大得多。饺子的重量并没有增加,当体积增大以后,单位体积的重量就减小了。等到饺子煮熟,饺馅和饺皮都充分膨胀以后,它的比重就变得比水的比重还小,所以就浮起来了。吃浮起来的饺子,当然不会有夹生的了。

饺子煮熟浮起来以后,当它稍冷的时候为什么又沉下去了呢?原来膨胀快的东西,也一定收缩得快。当水冷下来以后,饺子又收缩得快。收缩以后的饺子,单位体积的重量又增加了,它的比重又变得比水大了,所以又沉入锅底了。

南方人爱吃汤团、馄饨,煮汤团、馄饨同煮饺子的情况是一样的,道理也是一样的。

请看,就在饺子沉浮这样一个小事情中,也有这么多的科学道理。

转个不停的溜溜球

溜溜球是很有趣的健身玩具。玩溜溜球时,用手抓住绕在溜溜球短轴上的绳子的一端,把球向下扔出去,球随着缠绕它的绳子一圈圈松开,转了起来。当绳子全部拉直时,溜溜球又会转上来,并使绳子沿相反方向缠绕在短轴上,直至又回到手上。再次将球扔出去,球又会转回来,如此往复,乐在其中。

为什么溜溜球能自动返回手中呢?这里有个重要的力学知识,就是物体的动能和势能可以互相转换。当球在手中时,一边转动一边向下运动,并在重力的作用下,越转越快;动能不断增大,同时,溜溜球随着位置的不断下降,势能不断减小,这时,溜溜球的势能转变成了动能。待到溜溜球转到最低点时,溜溜球的动能最大,势能最小,这时,溜溜球转动得最快。到达最低点后,溜溜球又会沿着绳子向上转,将绳子沿原来的相反方向缠绕在短轴上。随着溜溜球的上升,它的转动速度越来越慢,这时,溜溜球的动能又不断转换成势能,直到转至最高处停止转动,溜溜球的动能为零,势能却是最大。

根据机械能守恒定律,在没有外力或外力做功等于零时,物体的机械能总和不变。这样溜溜球应该回到原来的位置上。但是,在溜溜球转上转下的运动中,由于空气的阻力和绳子与短轴之间的摩擦力,会损失掉一部分能量,如果不补充能量,溜溜球将上升回不到原先的高度。所以,在玩溜溜球时要有一定的技巧,不断地给溜溜球补充一些能量。怎样补充能量呢?在溜溜球转到最低点,绳子将要开始向上缠绕的一瞬间,用手将绳子往上提一下,使溜溜球的转速更快些,增加一点动能。这样,溜溜球就能上下转个不停。

猫的惊人本领

猫有一个十分惊人的本领:从高处跌下时,不仅不会摔死,还能稳稳地落地。它的绝技就是空中翻身。你看,猫刚跌下时,还是背脊朝下、四脚朝天,可就在它落地的一刹那,已经变成背向上、脚朝下了,再加上它那双有着厚厚肉垫的爪子和富有弹性的腰腿,当然就能稳稳地在地面“安全着陆”了。