重力是指由於地球的吸引而使物體受到的力。重力方向豎直向下。地麵上同一點處物體受到重力的大小跟物體的質量成正比。
物體的各個部分都受重力的作用。但是,從效果上看,我們可以認為各部分受到的重力作用都集中於一點,這個點就是重力的作用點,叫做物體的重心。
重心的位置與物體的幾何形狀及質量分布有關。形狀規則,質量分布均勻的物體,其重心在它的幾何中心;形狀不規則質量分布不均勻的物體,其重心就不在它的中心。
有一塊奇形怪狀的硬紙板,讓你用一個手指把它穩穩當當地頂起來,應該頂在什麼地方?
當然可以采取試一試的辦法,試來試去最後找到應該作用的那個點。但是,有沒有辦法事先找到這個點呢?下麵有一個辦法,你不妨試一試。
在牆上釘一個小釘,再剪一塊形狀不規則的硬紙板,隨便紮一個小洞。把紙板掛在釘子上。再用一段棉線,一端係上一把小鎖或其他重物,而把棉線的另一端拴在釘子上。用鉛筆沿著棉線在紙板上畫一條線。
取下紙板,再隨便紮個小洞,讓釘子穿過紙板上這個小洞,重新掛好。像剛才那樣係上棉線,再順著棉線在紙板上畫一條直線。兩條直線相交於一點,這就是你要找的點。用鉛筆記下來,這個點叫O點。用手指頂住這點,紙板就會穩穩當當地平著躺在你的手指尖上。
類似上麵的實驗還可以多做幾次,每次換一個懸掛點,你會發現,掛重物的棉線總會通過紙板上的O點。隻有把手指頂在這裏的時候,向上的力才能和地球對紙板的吸引力平衡。好像地球伸出的那隻看不見的手就抓在紙板的這一點上。這個點就是前麵我們所說的重心。任何一件東西都有重心,而且隻有一個重心。
把紙板剪成圓形、長方形、平行四邊形、三角形,也可以用上麵的方法找到它們的重心。你會發現:圓紙板的重心恰好在圓心上;長方形和平行四邊形的重心在對角線的交點上;三角形的重心恰好在三條中線的交點上。
給你一支鉛筆,你能讓它筆尖向下立在手指上嗎?試試看,這是一件非常困難的事,比用手指頭頂起一支長竹竿難得多。
如果找一塊橡皮,把鉛筆尖紮在橡皮中心。這樣一來,鉛筆和橡皮就成了一個整體。你用手掌托起橡皮,鉛筆就穩穩當當地立著。即使筆杆傾斜一點兒也沒啥關係。
還可以做一個類似的實驗。把鉛筆盒用不同的方式放在桌麵上:立著放,側著放,平著放。這三種方武中,哪一種最穩當,最不容易倒?你會發現,平著放最穩當。
不管是鉛筆,還是鉛筆盒,研究怎麼放它們最穩當,最不容易倒,這就是物體的穩度問題。穩度就是物體穩定的程度。穩度越大,物體就越不容易翻倒。建築物、機器、車船、飛機、儀表……都有一個穩度問題。所以研究物體的穩度是很有意義的。
鉛筆的支麵麵積很小,所以不能站穩。如果找一把小折刀,把刀尖插進靠近鉛筆尖的筆杆裏,把刀柄彎向筆尖的下方,再用手指頂住筆尖,鉛筆就能立起來,雖然有點傾斜,但是很穩當。
鉛筆插上了小折刀為什麼能夠站穩呢?它的支麵不仍舊是細細的筆尖嗎?這就要從物體的重心上來找答案了。
原來,沒有插小折刀的鉛筆,重心在筆杆的中心。插上折刀以後,鉛筆和折刀成為一個整體,因為刀柄比較重,所以鉛筆和折刀共同的重心就降到了刀柄附近,跑到了支撐它的手指下邊去了,因此,鉛筆才能站穩。
這說明:物體的重心越低,穩度越大。重心如果低於支撐點,物體就更加穩定。這是提高物體穩度的另一種方法。
用降低重心來提高穩度的例子是很多的。用小獨輪車來推水,把水桶掛在車架上,讓重心落到車輪上,推起來就穩當。各種車輛的車廂都要盡量造得低些,裝貨的時候要注意把重的貨物裝在下麵,輕的貨物裝在上麵,而且貨物不能裝得過高。這些做法都是為了降低重心,提高穩度。
高高的塔式起重機要把成噸的器材提上高樓,所以提高它的穩度就很重要。你看,塔式起重機的下邊有一個壓重架,在壓重架裏放進了很多沉重的鋼錠,這就是為了降低起重機的重心,增加穩度。
我國古代勞動人民很早就使用這種方法來提高穩度了。明代的航海家鄭和在帆船的底艙裏放了砂石,降低了船的重心,提高了船的穩度。鄭和利用這種重心低的船,在驚濤駭浪中穿越印度洋,訪問了亞非30多個國家。
我國自行設計製造的第一艘大型浮吊——“濱海102號”500噸起重船,是港口的鋼鐵大力士,一艘萬噸輪裝的貨,它隻要工作20多次就能全部卸完。起重船的吊臂提著百噸的重物來回移動,而它的腳下卻是波濤洶湧的大海,怎麼才能保證船的穩定呢?