【物理碰碰車】

“無人之地”變“潘多拉星球”

作為一名熱愛潛水運動的人，卡梅隆拍攝完《阿凡達》之后，挑戰了馬里亞納海溝，他下潛到了10898米的地方。在這之前只有唐·瓦爾什和雅克·皮卡爾曾經到達過這里，但是敢于只身潛入萬米海底的，卡梅隆還是第一個。

他所乘坐的潛水裝置高7.3米，駕駛艙的寬度僅1.1米，承壓鋼板有6.4厘米厚。不過，原定6小時的旅程，由于潛艇漏油而縮短到3個小時。但是卡梅隆透露，如果拍攝《阿凡達2》，他在馬里亞納海溝中看到的一切都會成為《阿凡達2》的素材，這片萬米深處的無人之地，也許未來會變成未來大銀幕上的“潘多拉星球”，到時候我們不用潛水就可以看到1萬米以下的世界了。

比大象還可怕的高跟鞋

在力氣相同的情況下，針能夠輕易穿透厚厚的絨布和紙板，而頭部同樣很尖的鈍釘子卻很難做到這一點，有時候加大力氣，釘子也沒有跟辦法透過紙板。這是怎么回事呢？要回答這個問題，我們首先要了解一個詞：壓強。

壓強表示物體單位面積上所受力的大小的物理量，它與受力面積成反比，與壓力成正比。所以，同樣的力量分別用在針和釘子上，和針接觸的受力面積肯定要比釘子的小得多。針尖產生的壓強要比釘子產生的壓強大得多，因此針尖能夠輕松地穿透絨布，而鈍釘卻不能那般輕松。

經過這樣的分析，我們就應該意識到，在考慮力的作用時，既要考慮力的大小，也要考慮受力面積的大小，同樣的力作用在1平方厘米的地方，跟作用在1/100平方毫米上產生的效果肯定不同。

清清和小玲對上面這個原理理解得非常清楚，原因就要從她們坐公交車上學說起了。這天清清和小玲像往常一樣坐公交車去上學。那天公交車上人非常多，人跟人都擠在一起。清清和小玲分別站在兩個年輕的女性身后。這兩個女性，差不多胖瘦，但是一個穿的是高跟鞋，一個是柔軟的雪地靴。忽然汽車一個急剎車，這兩位女性都沒有站穩，分別踩了清清和小玲。清清被“高跟鞋”跺了一腳，疼得齜牙咧嘴，嘴里叫著：“好疼啊！”小玲則好像沒事人一樣，還嘲笑清清柔弱。到了學校之后，清清的腳還在疼，脫鞋一看，腳趾頭已經變青了。清清和小玲都很奇怪，這倆人差不多重，都是踩了我們一腳，怎么受傷情況差這么多呢？直到她們學習了壓力和壓強的關系，這個問題猜得到了解決。大家能否用壓強的觀點來解釋一下這個現象呢？

如果受力面積夠大的話，即使是大象踩到了我們的身體，大家也不會受傷；但是如果受力面積很小，比如尖細的高跟，即使所受的力不大，大家也可能會因為壓強過大而受傷。幸運的是，這世界上沒有穿著高跟鞋的大象，否則它一定是讓世人為之震顫的超級霸主！

【物理碰碰車】

黃蜂的強大力量

黃蜂蜇人的時候非常疼，這不僅是因為刺中帶有毒液，更多的是因為它的刺所產生的壓強非常大。黃蜂的刺比人們想象中鋒利好幾倍。人造器械中，即使是再鋒利的設備也要比黃蜂刺鈍很多。

顯微鏡下的黃蜂刺尖而光滑，沒有任何凸起物。再用超顯微鏡觀察，我們看到的刺是山峰一樣的形狀。而超顯微鏡下的刀刃，看起來就像鋸子或山脈。這樣比較起來，黃蜂的刺要比剃刀鋒利許多。所以，黃蜂在蜇人的時候，即使用力不大，也會讓人感覺十分疼痛。

撬起地球的妙計：杠桿的故事

阿基米德的狂言

阿基米德不僅是個理論家，也是個實踐家，他一生熱衷于將自己的科學發現與實踐結合起來。在埃及，公元前1500年左右，就有人用杠桿來抬起重物，不過當時的人們并不知道它的道理。阿基米德潛心研究了這個現象，最終發現了杠桿原理。當時的國王為埃及的國王制造了一條船，體積非常大，重量也很大，因為不能挪動，所以擱淺在海岸上很多天。阿基米德設計了一套很復雜的杠桿滑輪系統安在船上，然后把繩索的一端交到國王手上。國王輕輕地拉了一下繩索，奇跡突然出現，大船緩緩地移動起來，并最終進入海里。國王對這件事情感到非常驚訝，對阿基米德也更加佩服，還讓人貼出告示說“今后不管阿基米德說什么，大家都要相信他。”

阿基米德曾經說過這樣的狂言：“假如給我一個支點，我就能推動地球。” 在他的眼里，只要把外力施加到杠桿的長臂上，將短臂作用于物體，就能撬動任何重量的東西，因此他認為撬動地球對他來說并不是什么難事。但是他忽略了地球的質量，即使我們能夠找到一根足夠長的杠桿，以地球的重量來說，要翹起1厘米的高度也需要三十萬億年。即使阿基米德的手動得像光速那么快，他也至少需要十幾萬年的時間才能實現自己撬動地球的豪言壯語。

不過你可千萬不要因此認為阿基米德是騙子，雖然他確實無法撬動地球，但他發現的杠桿原理卻對人類的確是非常有用的。下面，來認識三種杠桿類型吧。

支點在動力點和阻力點之間的杠桿，稱為第一類杠桿。由于動力點和阻力點在支點的兩側，因此這類杠桿可以調節兩個力并使它們保持平衡，典型例子是天平。當然，小孩子愛玩的蹺蹺板也是第一類杠桿的一種。

阻力點在動力點和支點之間的是第二類杠桿。很明顯，這類杠桿的動力臂長于阻力臂，所以可以用較小的力來撬動較大的物體，屬省力杠桿。核桃夾子就屬于第二類杠桿，此外，門、跳水板等也屬于這類杠桿。

第三類杠桿是動力點在支點和阻力點之間的，稱為第三類杠桿。跟上一個相反，這類杠桿的動力臂比阻力臂短，是費力杠桿，但卻能節省距離。像鑷子、鉗子、筷子等短小的工具，就屬于這類杠桿。雖說用起來費力，但卻能幫人們完成很多精細工作。

【物理碰碰車】

什么是杠桿

在力的作用下，圍繞固定點轉動的堅硬物體叫杠桿。它的妙處在于可以讓我們用較小的力抬起很重的物體。

你一定熟悉這些東西：打孔用的打孔機、訂書機、筷子，釘釘子的榔頭，捕魚的魚竿等。這都是常見工具，它們都是根據杠桿原理制造出來的，你能找出它們各自的支點以及動力臂和阻力臂嗎？

四兩真能撥千斤

“四兩撥千斤”是一種神奇的招式，就是可以用很少的力量戰勝力大無比的人，不過這種功夫似乎只出現在虛幻的武俠小說中，現實生活中有沒有“四兩撥千斤”這樣的妙招呢？

其實，經常出現在我們生活中的秤就是“四兩撥千斤”的高手，想練成這樣的絕活，首先要掌握的就是“杠桿原理”。

這天，正在上小學的君君、琪琪、玲玲正坐在實驗室里完成老師布置的實驗題。上周，他們剛剛學習了杠桿原理，知道了如何用桿秤稱出物體的重力。他們先拿來一本大書，稱出它是2.4千克，一會兒又稱出一只小貓是1.8千克。不過，這只是這些物體的重量，要想知道這些它們所受的重力，還要乘以9.8牛頓/千克。

做完老師布置的作業，君君的目光轉向了實驗室外邊的大石頭。

“能稱院子里那塊大石頭嗎？”君君問。

“這里的秤最多才稱10千克，看樣子稱不起來。”琪琪回答。

“大石頭接近長方體，量出長、寬、高，算出體積。每立方米的石頭質量是2.5噸，再用體積乘以密度就可以知道它的質量了。”玲玲腦子很快。

君君、琪琪都點頭稱是，可是很快君君就提出了不同意見：“不同的石頭密度不同，我們沒法確定這塊石頭的密度啊！”

“那怎么辦？”

“杠桿原理。剛才咱們用不到1千克的秤砣稱起了10千克的大東西。咱們可以再用一次杠桿原理啊？”

君君說出這個思路之后，琪琪和玲玲的好奇心馬上就被調動起來了，他們找來一根2米左右粗細均勻的鐵棍、幾根繩子，又喊了幾個大人來幫忙。

他們先用繩子把大石頭拴好之后，把它掛在鐵棍中央。幾個人在緊靠鐵棍中央5厘米的地方，用繩子拴了個套，兩個大人用棍抬起來；在鐵棍的另一頭，也用繩子拴個套，一個大人用桿秤鉤住。君君喊一聲：“起！”桿秤稱出是10千克整。

“放！好了，我們能算出大石塊的質量了。”君君說。

“以兩個大人抬的地方為支點，”琪琪很快列出杠桿公式：

石重×5厘米＝10千克×(100+5)厘米

根絕這個公式，他們算出石頭重210千克。

“不對！”玲玲忽然說，“石頭的重量不是210千克。”

“我算錯了？”琪琪疑惑地說。

“沒算錯，但沒算完。”經玲玲一提醒，君君也立刻悟出道理，看到琪琪疑惑的表情，君君補充了一句：“還沒去掉鐵棍的重量呢！”

聽到這里，琪琪恍然大悟，他們馬上稱出了鐵棍重7千克。

“那么，石頭的重量是203千克！”終于算出了結果，三個人異口同聲地歡呼起來！

下次遇到類似的事情，你準備好使用“四兩撥千斤”大法了嗎？

【物理碰碰車】

杠桿的平衡條件

想要利用杠桿原理計算某個力的大小，首先要讓杠桿達到平衡狀態。杠桿達到平衡的時候要滿足的條件是：

動力×動力臂=阻力×阻力臂

那么什么是動力臂和阻力臂呢？從支點到力的作用方向的距離叫做“力臂”，其中，從支點到動力作用線的距離叫“動力臂”；從支點到阻力的作用線的距離叫作“阻力臂”。

咱們身體中的杠桿

人體內也有杠桿？不會吧？這當然是真的！下面我們就尋找一下體內的杠桿。

小紅和小明是物理小組的成員，這天他們按照老師的要求尋找身體內的杠桿。正當小紅托著腮冥思苦想時，小明忽然哈哈地笑了起來：“小紅，我已經找到一個杠桿了！”“在哪呢？”“你的腦袋。”看著小明滑稽的樣子，小紅很生氣地說：“趕緊找，別開玩笑了！”

這時候小明一本正經地說：“我沒開玩笑。”說完就詳細地給小紅分析起來。原來人點一下頭或者抬一下頭都是靠杠桿的作用，我們的頭這個杠桿的支點是脊柱，這個支點的前后都有肌肉，這些肌肉配合起來，有的收縮有的拉長，就形成了低頭和抬頭。

說到這里，小明的發現啟發了小紅，她也發現了一個新的杠桿，那就是手臂。她說當手肘彎曲把重物舉起來的時候，手臂也是一個杠桿。這個時候肘關節是支點，支點左右都有肌肉相連。這種杠桿是個費力杠桿，每當舉起一份重量，肌肉要花費6倍的力氣，不過雖然費力，但是卻可以節省距離。

接著小紅又說：“當我們把腳尖翹起來時，腳尖是支點，腳跟后面的肌肉在起作用，這是一個省力杠桿，因為肌肉的拉力比體重要小，腳越大越省力。 ”

看了小紅和小明的發現，你能不能找到我們身體內的其他杠桿呢？雖然說人體內的杠桿大多數屬于費力杠桿，但正是因為有了它們，我們的身體才能協調運動哦！

【物理碰碰車】

變形的杠桿

滑輪是杠桿的變形，屬于杠桿類機械。早在公元前388年，墨子和他的弟子所著的《墨經》中就有關于滑輪的記載。中心軸固定的滑輪叫定滑輪，是等臂杠桿的變形，不能省力但可以改變力的作用方向。中心軸跟重物一起移動的叫動滑輪，是不等臂杠桿的變形，可以節省一半力，但不能改變力的方向。實際生活中工程師常把一定數量的動滑輪和定滑輪組合成滑輪組，這樣既可以省力也可以改變力的方向。

“瘋跑”也得守規矩：牛頓三大定律

滿世界瘋跑的“力”

除了我們前面介紹的幾種力之外，彈力也是力學世界中的貴族。與其他的力一樣，它也經常化了妝之后去為難參加考試的小朋友們，偶爾也會扮演殺手去做壞事。

曾經兩次獲得奧林匹克馬拉松冠軍的埃塞俄比亞選手阿貝貝遭遇了一次車禍之后，只能在輪椅上生活。有一次他受邀去拜訪一位世界著名的畫家，這畫家也是坐在輪椅上的殘疾人。

畫家住在倫敦郊外的古城堡里，阿貝貝與使館的人員一起前往。秘書出來迎接之后，還用電

話與畫家所在的四樓進行聯系。畫家客氣地說：“請阿貝貝先生用茶，我這就乘電梯下來。”

當電梯下到一樓時，所有的來客都驚呆了。畫家坐在輪椅上奄奄一息，脖子上刺著一把短劍，劍柄上是一根很粗的橡皮筋。他們趕緊把畫家推出來放置好。

“奇怪，畫室里只有畫家一個人啊！”秘書還告訴阿貝貝和使館工作人員說，除了電梯，樓里還有一個螺旋樓梯。“我們上去看看。”阿貝貝坐著輪椅進入電梯，畫家秘書則領著使館人員由螺旋樓梯上去。他們在四樓會合之后，沒發現可疑的地方。

“我去看看電梯上下經過的豎道里是不是有異常情況。”秘書悲傷地說。使館人員報警后也跟了上去，卻找不到秘書了。這時候阿貝貝忽然想起那把劍以及上面的橡皮筋，還有電梯頂棚上的通風口，便對警察說：“那個秘書就是殺人犯！”

阿貝貝說，秘書一直覬覦畫家的成果，他想利用這次我們來訪之機，嫁禍于人，就預先在樓頂拴了一根又粗又長的橡皮筋，這橡皮筋下端拴了一把短劍，通過電梯上面的通風口懸掛在電梯里。畫家乘電梯時，因為是坐輪椅，他只能在電梯間的正中，也就是短劍的下方。當電梯下降時，短劍擋在電梯里，橡皮筋被拉長，短劍受到向上的拉力，壓在電梯頂部。當橡皮筋的伸長遠遠超過彈性限度時，就會被拉斷。這時，懸空的短劍就會落下刺中畫家。

其實，除了彈力之外，我們生活的世界中任何地方都有“力”的身影，它們就像活潑的小孩，滿世界亂跑，這里做點好事，那里干點壞事，無處不在，無時不在。放下手里的書，找找看你的周圍都有哪些力在調皮。