正文 第1章 認識我們身邊的力(1)(1 / 3)

力,無處不在,無時不有。它就在我們身邊,就在我們的生活之中,我們無時無刻不在和力打交道。本章將通過講述我們身邊關於力的一係列故事,來加深我們對力的認識和理解。

雨衣中的力學

每逢下雨天,外出的人們不是打傘就是穿雨衣用以防雨,因為它們都具有防水功能。

雨衣為什麼不透水呢?奧妙就在製作材料上。就拿布製雨衣來說吧,它是用防雨布(經過防水劑處理的普通棉布)製成的,防水劑是一種含有鋁鹽的石蠟乳化漿,石蠟乳化以後,變成細小的粒子均勻地分布在棉布的纖維上。

石蠟和水是合不來的,水碰見石蠟就形成橢圓形水珠,在石蠟上麵滾來滾去,這說明是石蠟起了防雨的作用,物理學上把這種不透水的現象叫做“不浸潤現象”。

物質是由分子構成的,同一種物質的分子之間的相互作用力,叫做內聚力;而不同物質的分子之間的相互作用力叫附著力。在內聚力小於附著力的情況下,就會產生“浸潤現象”;反之,則會出現“不浸潤現象”。雨衣不透水,正是由於水的內聚力大於水對雨衣的附著力的緣故。

物理學還告訴我們:水的內聚力作用在水表麵形成表麵張力。水的表麵張力使水麵形成一層彈性薄膜,當水和其他物體接觸時,隻要水對它不浸潤,那麼這層彈性膜就是完好的,可以把水緊緊地包裹著。有人曾經試驗過:巧妙地把水倒進浸過蠟的金屬篩裏,水從篩眼裏是漏不下去的。

我們常見的玻璃看起來光滑晶亮,可是,水遇上它卻能緊緊地纏住不放,這給人們帶來了很多麻煩:下雨的時候,車前窗玻璃上的雨水擋住了司機的視線,很不安全,於是隻好開動雨刮器,把雨水排去;戴眼鏡的人在喝熱水的時候,鏡片上會立即蒙上一層霧汽,擋住了視線,讓人什麼東西也看不見。

人們知道了水的表麵張力的特性,了解了水的內聚力與附著力的關係以後,不僅巧妙地製成了雨衣,而且還造出了新穎的“憎”水玻璃——在普通玻璃上塗一層矽有機化合物藥膜,它大大削弱了霧汽對玻璃的附著力。用這種憎水玻璃做鏡片,給戴眼鏡的人解除了蒙霧的苦惱;把這種玻璃安在車的前窗上,刮水器也就用不著了。

剪刀的力學奧妙

我們平時使用的剪刀的刀柄和刀口長短是差不多的。但是,有著特殊用途的剪刀的刀柄和刀口的長短卻很不一樣。比如理發師剪頭發的“理發剪”,它的刀柄很短而刀口卻相當長,為的是在長長的頭發叢中一刀能整齊地剪下一撮頭發。又比如,園藝工人修樹枝的“園藝剪”,因為它要把較硬較粗的樹枝剪斷,所以刀柄要做得很長,使力點離開支點遠些,這樣剪起樹枝來就比較省力了。

剪刀是利用杠杆原理製作的,它的支點就是那個把兩半片剪刀連接在一起的鐵鉚釘,它的刀柄長度就等於力臂,刀口長度等於阻力臂。根據杠杆平衡的原理:力×力臂=阻力×阻力臂,就可以針對不同的工作對象製作不同的剪刀。如果要省力,就把刀口做得短一些,把刀柄做得長一些;如果要一次多剪東西,反過來就把刀口做得長一些,把刀柄做得短一些。

除了出自省力上的考慮外,還要針對不同的工作對象,在剪刀的形狀上動腦筋。同樣是“園藝剪”,就有好幾種形狀,修樹葉的,不但刀口長(可以一次剪去許多樹葉),而且刀柄向上彎,為的是方便操作;剪樹枝的,不但刀口短(可以省力),而且其中一個刀口要做成半圓形,為的是可以包圍住圓圓的樹枝。

除了剪刀本身的結構外,怎樣使用剪刀也是大有講究的,使用得好就能事半功倍。例如,用剪刀剪馬口鐵時,要盡力使剪口張開得寬些,為什麼呢?目的是能把金屬順利地塞進靠近旋轉中心的地方,阻力矩的力臂短些就可以省些力,在剪刀的剪柄或平口鉗的把手上,成年人一般要用400~500牛頓的力,但由於一個力臂可能是另一個力臂的20倍,我們就能夠在剪刀施加約10000牛頓的力緊緊地咬住金屬。

汽車緊急刹車的力學原理

一輛公共汽車急速地行駛在公路上,突然前方出現了一個意料不到的險情,司機迅速踩住踏板猛然刹車,車雖然停下來,但是乘客卻身不由己地全都向前傾倒,擁擠在一起,這是由於慣性引起的。

什麼是慣性呢?如果物體在沒有外力作用的情況下,它的運動狀態就不會改變,原來靜止的將繼續靜止,原來運動的還將以原來的速度沿原來的方向繼續運動下去,這個規律叫做牛頓第一定律,又稱為慣性定律。