【物理碰碰車】

“橡皮筋定律”

其實橡皮筋的受力情況是有規(guī)律可循的，這個規(guī)律就是“橡皮筋定律”，不過它的學(xué)名叫做“胡克定律”或者“彈性定律”。這個定律是胡克最重要發(fā)現(xiàn)之一，也是力學(xué)最重要的基本定律之一。胡克定律指出：“在彈性限度內(nèi)，彈簧的彈力和彈簧的長度變化量成正比。”為了證實這一事實，胡克曾做了大量實驗，包括各種材料所構(gòu)成的各種形狀的彈性體。

站在巨人肩膀上的牛頓

現(xiàn)在我們知道了，世界上到處都是瘋跑的力，一個不小心，我們就可能和它們撞個滿懷。但是，不管它是多么調(diào)皮的力，都要聽三個老師的話，這三個“老師”就是“牛頓三大定律”，它們是偉大的科學(xué)家牛頓發(fā)現(xiàn)的，適用于所有的力。

牛頓出生于1643年1月4日，家鄉(xiāng)是英格蘭林肯郡鄉(xiāng)下的一個小村烏爾斯索普。由于早產(chǎn)，新生的牛頓十分瘦小。從五歲開始，牛頓進(jìn)入公立學(xué)校讀書。那時的牛頓并不是神童，只是喜歡讀書，偏愛一些介紹簡單機(jī)械模型制作方法的讀物，然后自己動手去做一些奇怪的小玩意。12歲的時候，牛頓進(jìn)入了離家不遠(yuǎn)的格蘭瑟姆中學(xué)。他的母親希望他識字之后就回去安心地做一個農(nóng)民，但是牛頓卻酷愛讀書，不想回鄉(xiāng)種地。但是最終沒有拗過母親，被帶回了家里。回家之后，他常常忘記干活，經(jīng)常讓仆人自己去干活，他則躲到樹下看書。不久，這件事情被舅舅發(fā)現(xiàn)了，于是在舅舅的幫助下，牛頓又回到了學(xué)校，而且成了他們學(xué)校最優(yōu)秀的學(xué)生。

1661年6月，他進(jìn)入了劍橋大學(xué)的三一學(xué)院。在那里，牛頓接觸了笛卡爾等現(xiàn)代哲學(xué)家的思想以及伽利略、哥白尼和開普勒等天文學(xué)家更先進(jìn)的理論。1665年，他發(fā)現(xiàn)了廣義二項式定理，并發(fā)展出一套新的數(shù)學(xué)理論，也就是后來的微積分。在1665年，牛頓獲得了學(xué)位，而大學(xué)則為了預(yù)防瘟疫而關(guān)閉。此后的兩年里，牛頓則在家中研究微積分、光學(xué)和萬有引力定律。也就是在這期間，那顆著名的蘋果砸中了當(dāng)時最聰明的頭腦。

1687年，牛頓出版了《自然哲學(xué)的數(shù)學(xué)原理》，書中闡述了牛頓的三大運動定律，在以后的幾百年里，這定律都被視為真理。由于力學(xué)上的成就，牛頓得到了國際性的認(rèn)可，他也贏得了一大群“粉絲”。有人問他是如何想到這么完美的定理時，牛頓謙虛地說：“如果說我取得了一點成就，那也是因為我站在巨人的肩膀上。”

1727年3月31日，偉大的科學(xué)家牛頓逝世，他被埋葬在威斯敏斯特教堂，墓志銘是這樣寫的：“讓人們歡呼這樣一位多么偉大的人類榮耀曾經(jīng)在世界上存在。”從這墓志銘也可以看出，人們對牛頓的崇拜已經(jīng)到了無以復(fù)加的程度。

【物理碰碰車】牛頓的研究趣聞

牛頓對于科學(xué)研究非常專心，甚至到了癡情的地步。有一次牛頓煮雞蛋，一邊看書一邊干活，糊里糊涂中竟然把一塊懷表扔進(jìn)了鍋里。

另外一次，牛頓請人吃飯，準(zhǔn)備好飯菜后，自己卻鉆進(jìn)了研究室，朋友等了半天不見人影，于是吃完就不辭而別了，牛頓出來時發(fā)現(xiàn)桌上只有殘羹冷飯，說道：“原來我已經(jīng)吃過了。”說完就回去繼續(xù)進(jìn)行研究。

“墳?zāi)构质隆敝械牧W(xué)秘密

墳?zāi)怪邪卜诺那蚓谷蛔约喊l(fā)生了移動，這件事情實在太詭異了！莫非真的有靈魂在作怪？當(dāng)然不是。那是怎么回事呢？我們跟著柯南道爾去破解這個謎案吧！

柯南道爾是《福爾摩斯探案集》的作者，不僅小說的主人公福爾摩斯是一個斷案如神的大偵探，柯南道爾本身也是一個見多識廣的推理專家。

有一次，柯南道爾去英國北部旅行，一位男爵夫人找到他，希望他能幫自己解開一個五年未解之謎。

“五年前，我丈夫去世了。他生前最愛打高爾夫，囑咐我給他造一個像高爾夫球那樣的墳?zāi)梗艺兆隽恕Ｄ故浅系模沟厥且粔K很大的長方形石面，石面上有一個淺淺的坑，坑里放著一個直徑80厘米的大理石球，球上朝南的一面雕刻了一個十字架。墓地四周有高高的鐵柵欄，根本沒人能進(jìn)去。”男爵夫人說。

“然后呢……”柯南道爾追問道。

“自從我丈夫去世，我每年冬天都去法國南部度假，那里冬天比較暖和，我心情也會好一點。但每年春天回來掃墓的時候，都會發(fā)現(xiàn)大理石球的南面向下轉(zhuǎn)了一點。現(xiàn)在十字架都有一部分被壓到了下面。這個現(xiàn)象只發(fā)生在冬季，其他季節(jié)沒有。到底是誰滾動了大理石球呢？還是說我丈夫的靈魂要出來，想和我一起去法國南部過冬呢？”

柯南道爾與男爵夫人進(jìn)入墓地去查看。那石面上的淺坑里存著一些水，周圍長滿了苔蘚。柯南道爾估計那大理石球應(yīng)該有5噸重，應(yīng)該沒人能撬動它。難道真的是她丈夫靈魂的力量嗎？作為推理專家，柯南道爾可不會相信這樣的解釋。

這時，柯南道爾的目光又落到淺坑的積水上。他忽然找到了解謎的“鑰匙”：“夫人，那不是靈魂的力量，而是冰和水的力量。這里冬天的夜晚溫度在0℃以下，淺坑里的積水要結(jié)冰，而冰的體積要比水的體積大。到了白天，由于陽光照射，球南面的冰會融化，而球北面受不到陽光照射，冰不會發(fā)生改變。這時，球兩邊的受力就不再平衡了。南邊沒有冰的支持力，它就會向南滾動。這樣一冬天積累起來，球就會轉(zhuǎn)動得比較明顯了。”

困擾了男爵夫人５年的謎題就這樣被解開了。

當(dāng)作用在一個物體上的力能夠彼此抵消的時候，這個物體所受的力就是平衡的，此時物體不會移動，平衡被打破之后，物體就會運動起來。其實很多怪事都并不奇怪，我們要學(xué)著從科學(xué)的角度破解怪事謎案。

【物理碰碰車】

牛頓第一定律

牛頓第一定律是這樣說的：任何一個物體在不受任何外力或者所受的力是平衡力的話，它總是能夠保持靜止?fàn)顟B(tài)或者勻速直線運動狀態(tài)，直到外力迫使它改變這種狀態(tài)為止。

故事中的大理石球開始的時候就是處于受力平衡狀態(tài)，夜晚的時候南北兩面的冰給它相同的支持力，二者抵消，所以大理石球受力平衡。當(dāng)南面的冰融化，平衡狀態(tài)就被打破，大理石球在北面的冰的支持力下就改變了原有的狀態(tài)。

思考一下，假設(shè)我們有一個玩具小車，它的速度非常快，把它放到完全沒有摩擦的水平面上，它會怎樣運動下去呢？

你打了我還是我打了你

牛頓的力學(xué)三大定律是物理學(xué)中著名的定律也是最難理解的就是第三大定律：作用力與反作用力。牛頓第三定律說作用力永遠(yuǎn)等于反作用力，舉例來說，當(dāng)我推了你一下的同時，你也給了我一個同樣大小的推力。

前蘇聯(lián)的“切留斯金”號曾去北極考察，但是他們卻在那里遭遇了沉船的事故，所幸最終這些人都被飛行員救了回來。不過，這個例子倒是很好的作用力與反作用力樣本。當(dāng)時，北極巨大的浮冰緊緊地擠壓著“切留斯金”號的船身，船舷受到北極浮冰強(qiáng)大的壓力，與此同時，浮冰對船身施加同樣大小的反作用力。冰塊體積巨大，所以能夠抵擋船舷的壓力，當(dāng)時“切留斯金”號的船身卻經(jīng)受不了這么大的反作用力，于是在強(qiáng)大的壓力下破碎了。如果這船的船身是實心的，可能還可以抵擋一陣，但是空心的船身最終造成了慘劇。

牛頓的這個定律同樣適用于自落體運動。我們就用落地的蘋果為例。由于地球引力，蘋果落到地上，而事實上，蘋果對地球同樣有引力，而且這個引力與地球引力大小相等 。盡管兩力大小相等，但兩個力作用產(chǎn)生的加速度卻有著天壤之別。蘋果下落的加速度大約有10米/秒，而地球的質(zhì)量是蘋果的無數(shù)倍，所以地球向蘋果移動的距離幾乎可以忽略不計。也就是說，在蘋果落在地球上的同時，地球也落在了蘋果上，但是地球下落的距離被我們忽略了，所以我們說蘋果落到地上，而不說地球落到了蘋果上。

【物理碰碰車】

制作一個小火箭

想要火箭升空，首先我們需要找一個空曠的地方，以免誤傷他人。然后準(zhǔn)備好一個礦泉水瓶子、一個酒瓶木塞、自行車的打氣筒、氣針和釘子。

下面，讓我們一起來感受作用力和反作用力的魅力！

1.把釘子插進(jìn)酒精木塞中，然后再拔出來。

2.將氣針塞進(jìn)釘子拔出后留下的洞里。

3.在礦泉水瓶中加入大約1/5的水，把木塞堵在瓶口處。

4.把氣針的另一端和自行車的打氣筒連接起來。

5.把礦泉水瓶倒放在一個適當(dāng)?shù)陌l(fā)射平臺上，保證它不會倒下。

6.用自行車打氣筒向著礦泉水瓶中打氣，然后你就可以靜靜地期待火箭升空的激動時刻啦！

慣性帶你飛出地球去：物體的慣性

慣性是個什么東西

生活中，我們常常會聽說慣性這個詞，那么究竟什么是慣性呢？下面這個故事會給我們一點啟發(fā)。

魔術(shù)師站在臺上，請了一位觀眾上去作見證。桌子上放著一堆裝水的杯子，杯子下面鋪著一張桌布。魔術(shù)師請觀眾睜大眼睛，然后猛地抽出了桌布，沒錯那些杯子不僅沒有倒，而是一個個原封不動地呆在那里，似乎被看不見的“膠水”粘住了！

其實，那根本不是什么膠水，也不是什么魔法，而是因為物體具有慣性，所以才會出現(xiàn)這種情況。那么究竟什么是慣性呢？物體保持其原來運動狀態(tài)的性質(zhì)就是慣性。而一切物體在沒有受到外力作用的時候，總能保持勻速直線運動狀態(tài)或者靜止?fàn)顟B(tài)，除非有外力迫使它改變這種狀態(tài)，這就是慣性定律，也是前面提到的牛頓第一定律。

慣性就像物體內(nèi)的一雙手，在外力試圖改變物體狀態(tài)時，它總是盡力抓住物體，讓它保持原來的狀態(tài)，直到最終敗下陣來。

桌布被抽出而杯子沒有動，這就是慣性使杯子繼續(xù)保持靜止的。我們身邊的一切物體，包括我們自己在內(nèi)，都具有慣性，這聽起來很不可思議，但是確實真真切切存在于我們身邊的物理知識。

比如，當(dāng)我們坐車的時候，當(dāng)汽車向左拐的時候，我們的身體向右傾就是因為慣性。此時隨著車的運動，我們的腳已經(jīng)有了向左轉(zhuǎn)的趨勢，但是上半身依然保持著原來的狀態(tài)，所以相對于車來說，我們的身體就會向右傾斜。

說到這里，你是不是想到了平時被絆倒的經(jīng)歷，也是慣性在搞鬼哦！不過，你可不要埋怨慣性，因為它雖然有時會讓你摔跟頭。但它同時也能讓你把鉛球扔得更遠(yuǎn)，讓紙飛機(jī)飛得更遠(yuǎn)……實際上，慣性的作用非常大，從汪汪亂叫的小狗到宇宙飛船，大家都離不開慣性呢！

【物理碰碰車】

火車上起跳后的落點

如果你在火車車廂里用力往上跳，你猜你最終會落在哪里？有的人可能會覺得落下后，應(yīng)該落在比原先所站之處向后的地方，因為車廂往前運動著，而人的卻沒有向前運動。

事實上，你站在哪里，就會落在哪里。因為車廂雖然往前運動，但是人在慣性的作用下，也會跟著往前運動，人往前運動的速度就是火車運行的速度。那么，無論人站在車廂的哪個部位往上跳，都會落在原地。

挖出慣性的小秘密

“慣性”是物理學(xué)中很常見的一個名詞，但是它也是最難理解的名詞之一。一遇到難解的詞語，人們總會陷入這樣那樣的誤區(qū)中。有關(guān)慣性的誤區(qū)主要有以下幾個：

1運動的物體有慣性，靜止的物體沒有慣性。這種觀點是錯誤的。實際上，所有物體，無論處于什么狀態(tài)、什么時間都具有慣性。其實這也很容易理解，運動的物體保持運動，也就是反抗靜止，這是一種慣性。同樣地，靜止的物體保持靜止?fàn)顟B(tài)，抵抗運動，也是慣性。

2速度大的物體慣性大。運動速度大的汽車比速度小的汽車更難立即停下來，所以人們覺得速度大的物體慣性大。如果這個結(jié)論成立的話，那么我們可以推測“速度小的物體慣性小，速度為零的物體沒有慣性”，顯然這和上面所說的“所有物體都具有慣性”的說法相矛盾。

3“慣性”就是“慣性定律”。慣性定律就是“牛頓第一定律”，它是說任何物體都具有保持其運動狀態(tài)不變的屬性——慣性；在不受任何外力作用的情況下，一個物體總能保持勻速直線運動狀態(tài)或靜止?fàn)顟B(tài)，直到有作用在它身上的外力迫使它改變這種狀態(tài)為止。因此慣性不過是物體本身固有的一種屬性，它跟物體受不受外力無關(guān)。

4慣性是一種特殊的力。運動中的汽車關(guān)閉發(fā)動機(jī)后，仍會向前行駛一小段距離。有些人認(rèn)為是慣性力使車能繼續(xù)前行。因為物體的運動需要力來維持。事實上，如果物體所受的所有外力突然同一時間消失，物體不會停下來，而是會以外力消失時的速度繼續(xù)做勻速直線運動，這就是慣性的作用。這時候，已經(jīng)沒有力作用在車子上，當(dāng)然也就不存在“慣性力”的說法。

分辨清楚慣性與其他物理概念之間的區(qū)別之后，相信我們就不會說出“受到慣性力”或者“慣性消失了”之類不科學(xué)的話了。

【物理碰碰車】

月球上有慣性嗎？

我們說到物體的慣性只與其質(zhì)量有關(guān)，質(zhì)量不消失，慣性也就一直存在。在月球上，物體的質(zhì)量并沒有改變，所以它們依然具有慣性。

月球表面的引力只有地球的1/6，所以一個特別重的包到月球上就會變得只有地球上的六分之一重。但是，即使宇航員感覺不到背包的沉重，他走路的時候也會小心翼翼。因為背包的質(zhì)量沒有發(fā)生改變，所以它依然具有很大的慣性。宇航員突然停下來的話，在慣性作用下，背包會帶著人繼續(xù)向前走，宇航員就會向前摔倒。

跳車是個技術(shù)活

遇到危險情況要跳車的話，往哪個方向跳比較安全呢？我們來聽聽專業(yè)人士怎么說。