假如你站在非常光滑的冰麵上,想走動起來,你用力想把左腳向前移動,此時在你身體內部有許多力的傳遞,但歸根到底就好像兩腳受到兩個力的作用一樣,一個力F1推動左腳向前,另一個力F2使右腳向後,兩力F1和F2大小相等方向相保齡球和保齡球道做得光滑,就是為了減少摩擦力反,它們能使你的雙腳分開來,而你的身體仍然留在原地。假如是在粗糙的表麵上,那麼作用在右腳上的力F2被作用在右腳鞋底上的摩擦力F3所平衡(完全平衡或局部抵消),而加在左腳上的力F1(左腳向前邁,在空中沒有與地麵的摩擦)就推動左腳向前,全身重心也就跟著向前移動了。左右腳交替進行上述過程在摩擦力的幫助下,人就向前走了。
如果沒有摩擦力,我們的世界、我們的生活將變得異常困難。不光人無法行走,車輛無法開動,連吃飯、穿衣都成了問題,飯將從我們嘴裏滑掉,衣服既抓不住也穿不到身上,人無法拿工具和文具,各種工作和勞動也將一事無成,不能勞動將意味著生存受到威脅。如果沒有摩擦力,對質量不大的物體來說,非常微小的萬有引力也表現出來了,地球上所有的物體將象流體一樣,不斷地滾著、滑著……這樣的世界人類是無法賴以生存的。所以人們在日常生活和生產中不但依賴摩擦,而且還設法增加有益的摩擦。如你在爬山時穿上橡膠底的運動鞋防在汽車的圓盤製動器中,摩擦力得到了充分的利用。圓盤和刹車墊間的摩擦力,使車輪的轉動減慢,從而降低了汽車的速度滑;汽車在冰道上行駛時,路麵要撒些爐渣或沙子,或者在車輪胎上縛防滑鏈等。
運用和摩擦有關的物理學知識,我們可以更好地指導實踐活動。比如,若要增大有利的摩擦,增大接觸麵的粗糙度等方法;若要減少有害的摩擦,可以采用潤滑劑,或減小物體間的相互接觸麵變滑動為滾動。
神奇的浮力
由阿基米德的浮力原理可知道,物體的飄浮性決定於它的平均密度,而不是它的重量。如果物體的平均密度比液體的密度大,它就下沉;密度相同時,物體就可懸浮在液體中。深處的水受到上麵水的重壓,密度會增加,海水越深,密度越大,阿基米德那末到了相當的深處,海水的密度一定就可以達到與船的平均密度相等。假使船沉到此處,就不會再沉下去,因為下麵的海水密度大於船的平均密度。因此,沉船會懸浮在相當深的海水裏,而不一定沉到海底。
不過,雖然海洋深處有著巨大的壓強,但是水像所有液體一樣,幾乎不能被壓縮。也就是說,無論多大的壓強,總不能把水壓得比它原來體積小很多。1大氣壓隻能使水的體積縮小22,000分之一。就是在最深的海洋下,水的密度增加也不到5%,不可能增到與船的密度一樣大,所以船在一般海裏沉沒時,毫無疑問地都會沉到海底。
但對一些內陸的特殊海來講,則是另外一種情況。例如死海的水密度很大。平常的海水約含鹽2%或3%,而死海裏水的含鹽量高達27%以上,就是說有1/4的重量是鹽,所以那裏的海水密度很大,人和船都不會沉沒於水中。如果人在死海中遊泳,絕對淹不死。你可以仰躺在水麵上,甚至完全抬起頭來,身體在水麵上浮著,隻有腳跟浸入水中。因此與其說在水裏遊泳,還不如說在水麵上“遊泳”。
我們如果仔細觀察船舷,會發現它們上麵都畫了若幹條橫線——吃水線,它表示船在各種密度的水裏,滿載時的最大吃水深度,超過此線,船就可能下沉。在不同的海洋中,水的密度不同。吃水線在鹹水裏比較低,在淡水裏比較高。這些吃水線的位置實際上也與浮力有關,因為船浸入水的深度決定於液體的密度。即當船上裝著同樣的貨物,在海水裏行駛,船就浮得高些,而行駛到大河等有淡水的地方,就會浮得低點。實際上每一條船都能夠用來測量海洋中水的密度。
液體的密度可以用簡單的辦法來測量。密度計上有不同的刻度值表示了不同液體的密度值。在使用密度計時,隻要把它插入液體,它就會豎直地浮在液體中,液麵所對應的刻度值就是該液體的密度值。
密度計實際上是根據沉浮原理製造的,如果物體平均密度小於液體的密度,那麼物體就要浮起來。待測量的液體密度越大,被密度計排開的液體就越少,密度計浸在液體裏的深度也就越淺些,即液體密度越大,密度計浮起的越高。