商人說:“不行,論重量,每千克空氣給你10塊錢吧!”

“你太狡猾了,空氣哪有重量?這等於把房子裏的空氣送給你啦!”女店主大叫。

商人設法把房間裏的空氣抽出,萬萬沒有想到空氣是有重量的,而且每立方米空氣的重量竟是1.29千克。經過計算,這間100多立方米的房間,空氣重量約是129千克。商人無可奈何,隻好付給店主1290塊錢才把空氣買走。他結果多花了290塊錢。

向心力與離心力

為什麼鐵路和高速公路的轉彎處以及賽車場的環形車道的路麵,總是外側高,內側低?為什麼運動員擲鐵餅時,迅速旋轉身體能使鐵餅擲得遠?原來,這有兩種力在起作用,一種是向內的,一種是向外的。這種內向的力叫向心力,外向的力叫離心力。

向心力從何而來?它是做勻速圓周運動物體受到的外力或外力的合力,這個力或合力的方向指向圓心,在它的作用下,物體沿著圓周運動。所以,向心力也是施力物體對運動物體的一種作用力。沒有施力物體,也不會有向心力。

生活中,物體在做勻速圓周運動時受向心力作用的情況很多。例如:兒童坐在轉椅上,在水平麵上做勻速圓周運動時,作用在兒童身上的重力與支持力平衡,是豎直方向的,與水平方向的圓周運動無關。轉椅旋轉時,兒童的身體由於慣性會向座椅外側滑動,並緊緊擠壓座椅外側。於是,座椅外側對身體的擠壓產生一個反作用力,指向圓心方向。這個力就是使兒童沿圓周運動的向心力。

再如,火車的車輪能在高出路麵的工字型鋼軌上滾滾向前而不越軌一寸,靠的是鐵軌對車輪內側凸起的輪緣的阻擋作用。每一對輪緣正好卡在固定軌距的兩條鋼軌內側,使車輪沿著軌道安全行駛。

當火車駛入彎道時,鋼軌擠壓在輪緣的彈力作用為向心力,使火車轉彎。

火車的質量大、速度快,在彎道上行駛時,外軌的內側麵與火車外輪輪緣間的擠壓力十分巨大,使得它們的磨損十分嚴重,而且容易發生脫軌事故。

為解決這一技術問題,鐵路工程技術人員巧妙地給彎道設計出外軌高、內軌低的傾斜路基。由於路基的內傾,使火車的重力與鋼軌對火車的支持力不在一條直線上,它們的合力就成為火車轉彎的向心力,火車就可以順利地轉彎了。

向心力的大小與物體做勻速圓周運動的質量、半徑和角速度有關。當角速度不變時,半徑越大,所需向心力越大;當角速度不變時,半徑越大,所需向心力越小。

做勻速圓周運動的物體,由於受到向心力的作用,也產生加速度,使速度的方向不斷變化。加速度的方向與向心力方向相同,因此叫做向心加速度。

向心力的大小要掌握適度。如雜技演出中的“水流星”。如果失掉了向心力,水就會沿切線方向飛去;如果向心力太大,運動速度就要加快,水桶或水碗有可能拉斷繩索,遠離圓心向外飛去。因此,對速度要求很嚴。

宇宙飛船繞著地球運動的情況,和“水流星”的運動情況相似。飛船速度過慢,就會跌回地麵;飛船速度過快,將會遠離地球。那麼,飛船的速度達到多大,才能正好繞著地球做圓周運動呢?

地球是球形的,半徑是6371公裏,每向前走7.9公裏,地麵就要向裏彎4.9米。如果有一個物體在空中飛行,一秒鍾能在水平方向飛7.9公裏,情況如何呢?盡管它在第一秒內掉下4.9米,但在它飛過的這段路程上,地麵也恰好彎下了4.9米,它和地麵的距離沒有變,從地球上看,它並沒有向下落。

所以,它總是在向前飛行,也總是在“下落”,但是總也落不到地麵上。這時候,地球對這個物體的引力就正好等於它繞地球做圓周運動的向心力。

向心力定向性強,我們喜愛玩的陀螺就具有這種倔脾氣。雖然很尖就是不倒,而且轉得越快,穩定性越好。

早期的槍筒和炮筒裏都是光溜溜的,子彈打出去會東倒西歪,碰上氣流還要翻跟頭,打不中目標。後來,人們從陀螺身上得到了啟發,在槍筒和炮筒裏刻上一道道螺旋形小槽,子彈沿著這一圈圈螺旋線射出以後,就會像陀螺似地打起轉來,保持著轉軸的方向,不再東倒西歪,因而總是對準目標。子彈擊中目標以後,由於慣性,它仍然會旋轉,像鑽頭那樣鑽進目標,大大提高了命中率和殺傷力。

離心運動則是做圓周運動的物體在向心力減小或消失時,遠離圓心而去的運動。這種現象叫離心現象。