官术网_书友最值得收藏!

第8章 有趣的力學(7)

小金是一個很有經驗的出租車駕駛員,有一次他的車突然出現故障,他迅速從車上跳下來,保住了性命。于是出租車公司邀請他為全體的出租車司機做一個報告,告訴大家怎么樣跳車才是最安全的。

如果問你:“從開動的車子里面跳下來,是向前跳,還是向后跳?”你會怎樣回答呢?大家的第一反應通常是順著行駛的方向向前跳,但是如果根據慣性的作用推理,又會得出截然相反的答案:逆著行駛的方向向后跳才對。

其實,我們不應該從慣性定律中去找答案,因為答案不僅與慣性定律有關,還與我們的身體平衡有關。如果有一個情非得已的狀況使我們不得不跳車,你需要了解這樣一個事實:當你從車廂內跳出時,你擁有車輛的速度,如果順著車行駛的方向向前跳,還會有一個向前沖的力加速這個運動,從而人更容易跌倒。如果是逆著車行駛的方向,人跳出時的沖力會抵消或者由于慣性保持的向前的力,從而靜止在地面上。

但是,無論是朝哪個方向人跳,人都有跌倒的可能。因為當我們著落時,雖然兩只腳已經停止了運動,可上半身卻依然保持著運動,而這一運動的速度向前跳要比向后跳還大,大到可以防止人們向前跌倒。如果向后跳躍,雙腳無法做類似行走一樣的補救措施,危險性會提高很多。因此到了萬不得已的時刻非要跳車,安全起見,還是請大家順著行駛的方向朝前跳。

不過,順著行駛方向跳車的選擇是一個最初級的做法,其實跳車時最好的辦法是面向車輛行駛的方向向后跳,這樣就可以減少慣性帶給我們的影響,也可以避免仰面摔倒。不過這種方法對人們的心里素質和經驗要求很高,我們這樣的菜鳥,最好還是往前跳吧!

【物理碰碰車】

行李應該往哪里扔

如果你跳車的時候還隨身攜帶著行李,那么行李應該往哪里扔呢?如果車上人把行李向前拋下去,那些它一定會比向后拋出去時更容易散開。因此,如果當你逼于無奈必須要跳車時,還隨身帶了行李,那你就先把行李向后拋出去,然后自己再向前跳。

撞碎墻面的“大力士”

在動畫片中,我們常常可以見到這樣的場景,就是一個人跑著跑著忽然撞到了墻上,然后墻面裂開了。那么,現實中是不是真的有這樣的“大力士”呢?

茗茗帶著這個問題找到了物理老師。物理老師聽了,笑著說:“那么我們先來分析一下動畫片中的大力士。你先想一想,這些動畫片中的大力士在撞碎墻面之前有沒有什么共同點呢?”

茗茗思考了一下,還是充滿疑惑:“一般他們都是在跑步的時候撞碎墻壁的。”

物理老師接著引導說:“那時候他們跑步的速度怎么樣呢?”

“速度都很快,然后忽然就撞到了墻壁上。”

“其實,他們并不是想要撞在墻上,而是當他們想要剎車的時候,他們的腳已經停止運動,但是他們的上半身由于慣性還保持著運動的狀態,所以就撞在了墻上。此時他們的上半身具有速度,因此還有能量,最終這能量就把墻面撞碎了。”

“啊!老師,我明白了。操場上跑步的大哥哥大姐姐沖刺時也是因為這個原因才不能馬上停止的吧?我看到他們明明已經沖刺了,但還是要跑幾步才能停下來,這也是慣性的原因吧?”

“茗茗真是善于觀察,你說得很對,很多運動員沖刺之后還要跑幾步,是因為他們的上半身依然要保持前面的運動狀態,速度很快,根本不能馬上停下來。如果腳下馬上停止運動的話,他們就會摔倒。所以這些運動員會在沖刺后減速跑幾步,降低上半身的速度,然后慢慢停下來。當然,如果在他們沖刺的地方設置一堵墻的話,這些人也極有可能撞碎墻面。”

【物理碰碰車】

《鐵道游擊隊》中的慣性

《鐵道游擊隊》中,游擊隊員從飛快的火車上跳下來都安然無恙,這并不是藝術夸大,而是有著物理根據的。當他們跳下來的時候,他們會雙手抱頭在地上滾動一段距離,可不要小看這段距離,這樣的滾動可以讓運動狀態慢慢改變,延長作用時間可以減小阻力的作用,這可以保護自己不受傷害。

通過這段講解,你能自己解釋一下為什么發生車禍的時候,老人和孩子反而容易受傷嗎?

尋找火箭的最佳發射地

屁股上冒著煙的火箭將衛星送上天空后就自動脫落,此時,由于慣性的原因,衛星會繼續保持原來的速度運轉,在慣性作用下,它順利沖出了地球!如果你也能被火箭送上天空,那么你也可以在慣性的作用下飛出地球去,成為一顆“人體衛星”。

其實,不光衛星的飛行需要慣性,發射火箭的時候也可以利用慣性來節省能量呢!不過火箭發射時可不是利用自己的慣性,它所利用的慣性來頭可是很大的!

我們知道地球是自西向東自轉的,如果火箭發射方向朝向東方,就可以充分利用地球自轉的慣性,節省推力。地球轉動的速度在赤道是最大的,這個速度隨著緯度增加而減小,在南北極則變為零。因此,火箭的發射地點緯度越高,火箭所需要的能量就越大。如果順著地球自轉方向,而且是在赤道附近發射,就可以最大限度地利用地球的自轉慣性,就像“順水推舟”一樣。

雖然各國的地理緯度不同,火箭不可能全在赤道附近發射,但是為了利用地球的自傳慣性,誰都不會選擇向西發射衛星,那就像逆水行船,要比“順水推舟”費更多的勁。

我國現在擁有四個衛星發射中心,分別是內蒙古的酒泉衛星發射中心、四川的西昌衛星發射中心、山西的太原衛星發射中心以及海南的文昌衛星發射中心。

其中,文昌衛星發射中心是維度最低的一個,地球自轉慣性可以節省更多的染料,也可以讓火箭搭載更多的物品。研究表明,文昌衛星發射中心的運載能力將比西昌的衛星發射中心多10%至15%,衛星的壽命也可以延長2年以上。另外,從海南島發射的火箭,1000公里的范圍內都是茫茫的大海,墜落的殘骸也不會造成意外。

【物理碰碰車】

衛星發射過程

衛星是由運載火箭送入其運行軌道的。運載火箭的發射軌道一般為加速飛行段、慣性飛行段和最后加速段三部分。運載火箭垂直起飛后很短的時間內,就可以到達70千米左右的高度,此時第一級火箭發動機關機分;當高度達到150~200千米之后,火箭達到預定速度和高度時,第二級火箭發動機關機、分離,加速飛行段結束。這時,運載火箭已獲得很大動能,開始進入慣性飛行段,當飛行到與衛星預定軌道相切的位置時,第三級火箭發動機點火,進入最后加速段。加速到預定速度時,第三級火箭發動機關機,衛星從火箭運載器彈出,進入運行軌道。

生熟雞蛋跳芭蕾,誰的舞姿更美

給你一個生雞蛋和一個熟雞蛋,如何不打破雞蛋就分辨出生熟呢?

這天,物理老師帶著兩個雞蛋來到了課堂上,笑著說:“誰能找出其中的熟雞蛋,我就把雞蛋獎勵給他!當然,不能打開看哦!”

大家七嘴八舌地議論起來,紛紛搖頭,然后都等著老師給出答案。

老師說:“我給個提示。熟蛋的蛋殼包裹的是凝固的固體,是一個沒有間隙的整體,而生蛋里卻都是液態物質。這兩種狀態下,做某個動作時,慣性產生的效果是不同的。”

提示到這里,班里物理最棒的齊琪舉起了手。她說:“只要讓這兩個雞蛋跳個芭蕾舞就可以了。跳得好的就是熟雞蛋。”

老師贊許地點點頭,邀請她到講臺上來給大家演示一樣。她把兩個雞蛋放在平臺上,用兩個手指夾住雞蛋分別旋轉。然后,又用手分別按住。得到結果之后,她拿了一只雞蛋走向講臺,站在位置上說:“老師,這是我的獎勵哦!”

“那你給大家講講原理!”老師鼓勵齊琪說。

“由于慣性的作用,生蛋中的蛋白和蛋黃是液態的,在旋轉時會像‘剎車’一樣延緩蛋殼的運動。知道了這一點之后,沒有‘剎車’的熟蛋會比裝了‘剎車’的生蛋速度快,且持續時間長。而且,停止旋轉時它們的現象也是不同的。如果是旋轉中的熟蛋,只要被手指碰一下它就會立即停止轉動;生蛋在手指的作用下會停轉片刻,但手指離開后會緩沖一下。這依然是慣性的作用,只是慣性是為延緩蛋殼對原本運動狀態的改變,因此原本有‘剎車’的生蛋這次卻猶如裝了‘發動機’。

【物理碰碰車】其他的分辨方法

分別用小塊的薄布把雞蛋裹緊,用兩根同樣的細線懸掛起來。然后將兩個雞蛋旋轉相同的圈數,之后放開,就會發現二者不同的現象。熟蛋會由于慣性作用反復向不同的方向旋轉,且旋轉圈數逐漸減少,而生蛋雖然也會有改變旋轉方向的現象,但圈數比熟蛋少得多——因為,生蛋中的液態物質起到了很強的制動作用,使生蛋不能持久地運動下去。

慣性偷走了神父的腳印

慣性無處不在,它可以讓人們更順利地將火箭送上太空,它也可以幫助犯罪分子隱藏自己的罪行。

美國有一位英明的總統名叫林肯,他24歲的時候曾經在一個鄉村郵局當代理局長。那時,他每天的工作就是把信件一一送到收信人的手中。

一天早晨,他給剛搬到這里不久的一位神父送信,但是一直叫不開門。神父自己單獨住一間小屋,林肯心想神父也許出去散步了,于是便到田野間去尋找神父。還沒走多遠,他就遠遠看見神父倒在地上,背上還插著一支箭。

林肯馬上報了警,警察一看那支箭,就知道這是與這個村有世仇的一個土著酋長實施報復的記過。但是細心的林肯發現,殺人現場既沒留下兇手的腳印,也沒有被害人的腳印,所以想要抓住兇手根本沒有證據。那么腳印哪里去了呢?

警察托著腮說:“沒有兇手的腳印,這不奇怪,因為兇手是從遠處射的箭。可是昨晚下過雨,土是濕的,神父走過,不可能沒有腳印啊!”

“莫非是神父昨晚下雨以前就被害了,雨水把腳印沖刷掉了?”林肯猜測。

“不,那樣的話,神父的衣服和身體也應該是濕的。”

“那么是風吹干了嗎?”

“也不是。神父身邊的血跡并沒有被雨水沖洗的痕跡。”

林肯身高1.93米,他滿懷疑惑地環顧四周,忽然看到3米開外的地方有塊高2米的墻。墻的那邊是個破舊的大院,院里有棵大樹,樹上還掛著一個秋千。林肯細心觀察發現墻的附近也沒有腳印。由于警察個子不高,看不到院里的情況。林肯就把看到的情況說給警察聽。

說著說著,林肯突然說:“我知道為什么沒有神父的腳印了。”他抱起警察讓他看墻那邊,但是警察仍然不解。林肯解釋了一遍,警察連連點頭表示信服。后來的事實,證實了林肯的推斷。

那么到底是誰把神父的腳印偷走了呢?這個“小偷”就是物理學中的慣性。原來,神父早晨散步到院子里,心里高興就蕩起了秋千。藏在遠處的兇手,正好在神父蕩到最低點的時候射中了他。物理學中,做圓周運動的時候,最低點的速度是最快的。神父被箭射中之后,松了手,在慣性的作用下,他被斜向上拋出2米高的墻外,落在3米遠的地上,所以沒有留下他的腳印。從理論上來說,與地面成45°的時候斜向上拋出,尸體會被拋得最遠。

【物理碰碰車】

重力勢能與動能的轉變

一個鐵球從2米高的地方掉下來的時候必然會攜帶著一定的能量,這個能量就是重力勢能,因為是重力做功產生的能量。另外,一個鐵球從2米高的地方落下來和從5米高的地方落下來,它所具有的能量是不一樣的,顯然,從5米高的地方落下來,它砸出來的坑會更深一些。

能量不會消失,只會轉化。故事中,當神父從最高點落下來的時候,重力勢能轉化為動能,當他到達最低點時,他所具有的重力勢能全都轉化成了動能,所以此時神父的速度最大。當然,除了動能之外,重力勢能也可以與其他的能量相互轉變。

植物大戰僵尸中的“慣性武器”

“啊!僵尸來啦!大家趕快武裝起來!”聽到這一聲呼喊,沉睡的植物們都來了精神,集中精力像來犯的僵尸們扔出自己的“武器”。其中西瓜炮手最賣力,一個又一個的西瓜扔出去,把僵尸們打得屁滾尿流,最終,這些守護家園的植物們戰勝了僵尸,取得了勝利。

你會不會覺得游戲就是游戲,充滿了想象呢?其實植物大戰僵尸中還真有不少物理原理呢?我們先來分析一下最賣力的西瓜炮手吧!

其實武器不見得一定要是刀槍劍戟或者手槍炮彈之類的,一旦物體在拋擲時達到某種速度,就算扔出去的是西瓜,由于慣性也能產生一定的殺傷力。在1924年的一次汽車賽中,許多賽車手被沿途觀眾拋出來的蘋果、梨等誤傷。原來,當車本身的速度加上丟過來的西瓜、蘋果由于慣性而具有的速度,這些東西就一下子變成了傷人利器。不過,由于西瓜、蘋果或者梨等物體的形狀和硬度,它們的穿透作用不能和特制的子彈相提并論,但是對付個把僵尸,西瓜炮彈還是綽綽有余的。

主站蜘蛛池模板: 辛集市| 宁阳县| 游戏| 民和| 建湖县| 彭泽县| 昌黎县| 沐川县| 闽侯县| 淳化县| 建德市| 台前县| 辽中县| 开化县| 天水市| 习水县| 宁晋县| 陆河县| 河北省| 德化县| 修文县| 涞水县| 新野县| 拉孜县| 遂昌县| 新蔡县| 洮南市| 泽库县| 根河市| 宁阳县| 开远市| 伊宁市| 昭平县| 那坡县| 佛教| 沿河| 尖扎县| 得荣县| 海宁市| 宝山区| 航空|