正文 “不和”的孿生兄弟(1 / 2)

經典力學,是研究通常大小的物體在受力下的形變,以及速度遠低於光速的運動過程的一門自然科學。

我們這裏所指的力,是物質間的一種相互作用,它能夠引起物體運動狀態的變化。靜止和運動狀態不變,則意味著各作用力在某種意義上的平衡。狀態的改變,則必然有力的作用。因此,經典力學可以說是研究力和機械運動的科學。

經典力學,是物理學、天文學和許多工程學的基礎,機械、建築、航天器和艦船等的合理設計都必須以經典力學為基本依據。在經典力學世界裏,有著許許多多的奧妙在等著我們探索。

別猶豫了,馬上走進這神奇的經典力學世界去遨遊吧!

我如果問你:汽車向前行駛是誰推動的?你一定會說:“靠發動機啊!”不錯,發動機可以帶動車輪轉動,車輪一轉汽車便跑起來,這似乎是毫無問題的。

我再問你,如果汽車陷在淤泥或者沙坑裏,車輪照樣轉動為什麼汽車卻不向前進呢?輪子不是在轉動嗎?可見,汽車前進的功勞不能隻歸功於發動機,還和路麵有關係。下麵的小實驗可以說明這個道理。

找一塊大約1米長的三合板,把木板放在水平的桌麵上,下邊墊上幾根圓柱形鉛筆,讓木板和桌麵之間的摩擦力越小越好。再找一輛帶電池的玩具小汽車,讓它在木板上行駛。當小汽車前進的時候,木板後退了。

如果沒有玩具小汽車,也可以用一個線軸和橡皮筋、小木棍(冰棍的木芯就可以)自製一個用橡皮筋作動力的小車輪。用這種線軸車做這個實驗,三合板可以改用硬紙板。先旋轉小木棍把橡皮筋擰緊,然後放到硬紙板上,注意讓木棍一頭頂著“地板”,小車就會前進了。

這個實驗說明,汽車所以能夠前進,和汽車輪胎與地麵之間的摩擦力有關係。汽車輪子一轉,由於摩擦力的作用,車輪便給了地麵一個向後的作用力,這個作用力作用在路麵。與此同時,路麵也產生了一個反作用力,作用在車輪上,方向向前,使汽車向前運動。淤泥或沙坑不能給車輪以足夠的反作用力,所以汽車輪子陷進淤泥或沙坑,汽車便不能前進了。

走路,也是靠地麵的反作用力。腳向後蹬的力量越大,人就走得越快。運動場上的短跑運動員在起跑的時候,為了得到較大的反作用力,常使用起跑器,起跑器能給運動員較大的反作用力使運動員像箭一樣地衝出去。

力是兩個物體間的相互作用。一定要有兩個物體相互作作用,才有力出現。甲物體作用於乙物體,乙物體也同時作用於甲物體,我們分別稱它們為作用力和反作用力。這兩個力必定同時出現,誰也不能單獨存在,有作用力必定有反作用力。

找兩個軟木塞,再找一根鐵針和一隻磁針,把磁針和鐵針分別插在軟木塞上,讓它們同時浮在水麵上,叫磁針去吸鐵針。結果怎樣呢?不僅鐵針在向磁針靠攏,磁針也同時向鐵針靠攏。可見鐵針也在吸引磁針。

你也許會說浮力沒有反作用力,下麵的幾個實驗會使你確信,浮力也有反作用力。

在天平的左盤上放上一杯水,杯外放一塊木頭魚(或一個木塊)。天平的右盤上放上合適的砝碼,使天平恰好平衡。想一想,如果把木頭魚放進杯子裏,天平是不是還平衡?

在做這個實驗之前,有的同學會認為,天平不再平衡了,木魚在水中要受到水給它的浮力,魚的重量被浮力抵消了,不再壓在天平的盤上了,放砝碼的盤子要下降。也有的同學會認為,天平仍然應當是平衡的,因為把木魚放進水杯前後,左盤內的總重量沒變。

到底哪種說法對呢?你不妨試一試。

實驗的結果你會發現,把木魚放到杯子裏以後,天平仍然是平衡的。

那麼,是不是後一種說法對呢?其實,後一種說法隻說對了結果,而沒有把理由說完全。木魚漂在水裏是因為受到浮力,木魚的重量確實是被浮力抵消了。問題是,木魚受到浮力作用的同時會對水產生一個反作用力,這就是浮力的反作用力。它的大小和木魚的重量相等,壓在水上,水又把這個力傳給天平,因此,前後兩次天平左盤受到向下的力沒有變化。這說明,浮力也有反作用力。我們再做一個實驗。

把一個重物用繩子拴好,然後用手捏著繩子頭放到平衡好的天平左盤的水杯裏,重物不要碰著杯底。原來平衡的天平居然不平衡了。

令人費解的是,手始終是提著重物的。為什麼天平還失去平衡呢?看來,這不是重力引起的。經過一番思索,你會想出,是浮力的反作用力使天平失去平衡。

再做一個實驗:

在天平兩邊的盤子裏各放一杯水,天平正好平衡。現在有質量相同的銅塊和鐵塊,用線拴好後用手捏著繩子頭,把它們分別浸沒在兩杯水中,但都不放到杯底,問天平是否平衡?

甲同學認為:“天平還是平衡的,因為兩邊的總重量都相等。”

乙同學認為:“天平不平衡了,因為銅的密度比鐵大,所以同樣質量的鐵塊比銅塊體積大,浸沒在水裏,鐵受的浮力大,因此它給水的反作用力也大,所以鐵那邊應當下降。”