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科学有趣味:体重秤、跷跷板和袋鼠力和力矩的

科学有趣味:体重秤、跷跷板和袋鼠力和力矩的

做物理科普的时候,提到最多的就是力,总会看到评论区中那些奇葩的留言,都是对力最基本的概念缺乏理解导致的。那么力究竟是什么呢?我们看不到,能看到的只有力作用的结果——物体运动状态的变化。本文通过一些简单的现象分析,帮助小伙伴们加深对力的理解   很多人家里都有体重秤,尤其是那些漂亮的小姐姐们,更关心称上的读数。如果要得到体重数据,就需要这个称。而要想利用万有引力,实现体重的称量,就需要有一个行星那么大的物体。好在我们正好站在这样一个物体——地球之上   牛顿通过万有引力定律对引力做了简单、明确、有效、定量的描述:它与两个物体的质量的积成正比,与物体质心间距离的平方成反比。然而,这个解释有一个巨大的缺陷:他没有解释引力的来源。牛顿用苹果落地来断言引力的存在,但引力究竟从何而来   这个问题直到爱因斯坦提出广义相对论,才有了比较令人满意的答案。具体的您可以看我昨天写的文章《为什么引力不存在,只是一种几何效应,爱因斯坦是怎么想的?》,但在广义相对论之前,牛顿的引力模型被学界普遍接受,并得到了广泛应用。直到今天,我们的宇宙飞行轨道计算,仍然使用牛顿的结论   体重秤称量的是人体与地球之间的引力(忽略地球自转产生影响),这个数值等于人体质量与重力加速度的乘积,由于重力加速度的值在地球上固定的位置也是恒定的,所以只要得到重量,就能根据已知的重力加速度计算出人体的质量   这种方法适用于地球上的任何物体,物体质量越大,重量就越大。在太空中,所有的物体都会失去重量,是因为太空距离星球太远,引力的大小与距离的平方成反比,所以引力效果不明显,除非让物体靠近某颗星球   引力很弱,地球的质量有6×10^21吨,但它对一个鸡蛋的引力还不到一根小皮筋的拉力。不过,如果没有引力,那么宇宙,银河系、太阳系、地球,当然也包括我们人类以及所有的生命都将不复存在。但体重秤在一直提醒着我们,当你在跳绳健身的时候,你其实正在对抗着整个地球的引力   正因为引力很弱,所以我们的太阳系才如此之大。不过,引力的作用范围(距离)却很广,在我们这个拥有460亿光年可视半径的哈勃球之内,正是因为这些微弱的引力,才搭建了这个宏大、精密的宇宙结构   引力很弱,但是你拿起来一个鸡蛋也要花力气,而且,拿起来的力气必须比桌面的支撑力要大,这样才能打破平衡,让鸡蛋向上运动。生活中,引起物体运动状态变化的不是某一个单独的力,而是这个物体受到的所有力的合力   有了这样的想法,很多关于力的分析的问题就简单了。高中刚开始接触物体受力分析的时候,就是从分析固体受力开始的,这是因为固体在受力的时候不会发生形变。而流体(气体和液体)就比较麻烦。密度比空气大的物体会从空中坠落,而一个实心铁球,也会沉到水底。就是因为,支持力不够,合力不为零,物体在合力作用下,改变了运动状态   我们玩跷跷板的时候就是运用了这个道理。两个体重差不多的人,分坐在跷跷板的两端,跷跷板的中间被一个支点撑起。两边的人只要用一个很小的力蹬踏地面就能向上运动   跷跷板相当于支点在中心的杠杆,阿基米德在研究杠杆的时候,发现了力矩这个物理量,物理学上指使物体转动的力乘以到转轴的距离   即:M=L×F。其中L是从转动轴到着力点的矢量,F是矢量力;力矩也是矢量。力矩的量纲是力×距离;与能量的量纲相同。但是力矩通常用牛顿-米,而不是用焦耳作为单位。力矩的单位由力和力臂的单位决定   电梯的配重使用了与跷跷板同样的原理。配重就像跷跷板的一端,被通过跨过定滑轮的钢缆连接到电梯箱,电梯轿厢和配重对称挂在主机曳引轮上,在轿厢半载的时候,轿厢和配重的重量基本相等,此时曳引机只需克服摩擦力做功就可驱动电梯,最省力了   电梯配(对)重也称重量平衡系统,该系统的主要功能是相对平衡轿厢重量,在电梯工作中能使轿厢与配重间的重量差保持在限额之内,保证电梯的曳引传动正常。用来平衡轿厢重量的,基本上是条板状。用了后可保证电梯运行平稳及电机的功率可比不用时减小   只有强制驱动电梯和液压驱动电梯不需要配重块,曳引式都需要配重。配重在电梯曳引系统起到节能作用。另外也可以减少主机运行的负载。电梯配重的原理即是跷跷板的原理,只不过这是一个用滑轮隐藏了力臂的跷跷板   自然界中也有很多利用跷跷板解决重力问题的案例。请想象一个支点高1米,两端各有一块长约1米的板子所组成的平衡的跷跷板。这里说的不是我们游乐场里的跷跷板,而是袋鼠。成年袋鼠身高1.6米左右,它有两条粗大的后腿,髋部就是它的支点   袋鼠以跳代跑,最高可跳到4米,最远可跳至13米,可以说是跳得最高最远的哺乳动物。袋鼠在跳跃过程中用尾巴进行平衡,当它们缓慢走动时,尾巴则可作为第五条腿。袋鼠的尾巴又粗又长,长满肌肉。它既能在袋鼠休息时支撑袋鼠的身体,又能在袋鼠跳跃起帮助袋鼠跳得更快更远   我们在看动物世界的时候,会发现,袋鼠的逃跑方式与同样生活在开阔地带的其它动物有很大区别。袋鼠基本上都是直线逃跑,如果实在逃不掉,会在跑动中突然向上跳转身面对敌人,趁着敌人发愣的时候,从对方的头上跳过去,向反方向逃。而不是像有些动物那样采用突然变向的方式来甩掉对手   这是因为,奔跑中的袋鼠,在身体展开的时候,转身变向很吃力。它要转身的时候,必须要尽量让身体收缩到围绕转轴的线上,才能实现快速转身。这个道理,就跟我们的花样滑冰运动员,在冰上旋转的时候,只要收回手抱胸,就能在不需要外力的情况下加快速度。只要打开手脚,这个转速就能降下来   这就是袋鼠转身吃力的秘密。它的腿虽然强壮,但是产生的转动力矩也是有限的,展开的上身和尾巴,距离转轴太远,就像运动员展开双臂一样,这时候,它们只能慢慢转身。只有在它收回尾巴,并且让身体的质量集中在转轴附近的时候才能快速转身   这也能解释,为什么我们要摔倒的时候总是会本能地张开手臂,因为用物理学来解释,摔倒的时候,就是身体以脚为轴发生了转动,这个时候我们张开手臂,就可以降低转动的速度,为调整姿态争取时间   2018年10月1日,“高空王子”阿迪力携徒弟沙特尔及团队在宁夏青铜峡市黄河大峡谷表演“高空走索”。 从照片中我们可以看到,最引人注目的是他手中那根水平的长杆,它是辅助平衡的工具。由于人的手臂距离有限,利用长杆阿迪力可以精确地控制住身体平衡   即使身体失去平衡,由于长杆的作用,变化也会来得更慢,因为平衡杆两端之间的距离削弱了力矩的作用效果。袋鼠转身速度慢,也是这个道理   亲爱的小伙伴们,本文通过一些案例对力以及力的作用效果进行了介绍,尽管这些介绍都不是非常严谨的物理学意义上的表达方式,但是我相信,这些例子能够帮助您了解到力和力的作用效果之间的关系   欢迎关注@郭哥聊科学,普及科学知识,传播科学思维,持续输出高质量的科普文章七星棋牌 七星棋牌app 七星棋牌手机版官网 七星棋牌游戏大厅 七星棋牌官方下载 七星棋牌安卓免费下载 七星棋牌手机版 七星棋牌大全下载安装 七星棋牌手机免费下载 七星棋牌官网免费下载 手机版七星棋牌 七星棋牌安卓版下载安装 七星棋牌官方正版下载 七星棋牌app官网下载 七星棋牌安卓版 七星棋牌app最新版 七星棋牌旧版本 七星棋牌官网ios 七星棋牌我下载过的 七星棋牌官方最新 七星棋牌安卓 七星棋牌每个版本 七星棋牌下载app 七星棋牌手游官网下载 老版七星棋牌下载app 七星棋牌真人下载 七星棋牌软件大全 七星棋牌ios下载 七星棋牌ios苹果版 七星棋牌官网下载 七星棋牌下载老版本 最新版七星棋牌 七星棋牌二维码 老版七星棋牌 七星棋牌推荐 七星棋牌苹果版官方下载 七星棋牌苹果手机版下载安装 七星棋牌手机版 七星棋牌怎么下载



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