感受万有引力的力量

曹远强

卷卷老师：讲述科学小实验的导师，中学物理教师，同学们眼中无所不能的“神人”，因为头发天生卷曲而得此别名。

小 璇：卷卷老师的女儿，初二学生，喜欢动手实践来解答心中的“为什么”。

小 博：与小璇同龄的邻居家的孩子，人小胆大，好奇心非常重。

小 斐：小博的双胞胎妹妹，既喜欢看热闹，又喜欢亲手尝试一探究竟。

小璇的妈妈端来一盘洗好的苹果，卷卷老师拿起一个苹果说道：“据说大科学家牛顿从‘苹果落地问题引发思考，发现了万有引力并总结出了万有引力定律。”

小斐说：“牛顿被苹果砸中的故事我们都知道，老师说是因为重力的原因它才落地，我们人人都离不开重力。”

卷卷老师回答道：“是啊，重力是地球施加的，它的方向总是竖直向下，因此我们扔出一个物体，它会落下来。我给你们做几个有趣的实验。我们都知道水往低处流，物体如果不稳固，就会向低处运动，今天让你们看一个反常的现象。”

【实验器材】 两把螺丝刀、钢球、两根光滑的木棍（长度大于1.5米）、一个篮球或排球等。

【实验内容】 1.把两把螺丝刀很自然地平放在桌面上，螺丝刀上的金属棒靠近木柄的一端高，刀口处一端低。

2.将两把螺丝刀的木柄处分开一定距离，宽度略小于钢球的直径，刀口端互相接触。

3.将钢球放在金属棍中间略微靠上的位置松手，会发现钢球向木柄方向滚动（如图一）。

小璇、小斐和小博都觉得很奇怪。卷卷老师提醒他们仔细观察，看谁先发现其中的奥秘。卷卷老师反复把钢球放上去，三个人仔细观察。

小斐说：“我知道了，越往上开口越大，球会陷下去，上面的位置，钢球可以陷入更低，因此向上滚动。”

小璇和小博经她这么一提醒，也都认可这个结论。

卷卷老师赞叹道：“小斐观察仔细，善于动脑筋，很棒！实际上钢球真的往高处滚动了吗？”

“没有。”三人异口同声地回答。

小博说：“我们用篮球来做这个实验能行吗？”

卷卷老师答：“可以尝试。不过，篮球表面粗糙，与木棍间的摩擦阻力大一些，不容易成功，一定要耐心仔细调整位置方可成功。”

三个人开始搬桌子，找东西，卷卷老师不断给他们提建议。经过多次尝试，调整宽度和高度，终于成功了。最后他们玩得非常高兴，因为他们看到大篮球一次次向“高处”慢慢自发滚动（如图二）。

小博问：“老师，什么是物体的重心？”

卷卷老师：“重心就是一个点，即物体受重力的作用点。比如人体各个部分都受重力，但我们可以想象它受力的总效果，相当于作用在我们人体的某一个点上，这个点就是人体的重心。一个物体重心低了，它的稳定性就会更好。比如汽车，底盘做得很低，行驶中就会更稳，不容易翻车。”

小博道：“我明白了为什么赛车做得那么矮了。”

卷卷老师说：“我们要支撑住一个物体，如果支撑住了物体的重心，它就很容易稳定。下面来看这样一个有趣的小实验。”

【实验器材】 一支铅笔、一把小刀（刀片和刀鞘部分之间的摩擦力要大一些的）。

【实验内容】 1.把小刀刀尖竖着插入铅笔侧面。

2.不断调整刀柄与刀的角度，直到笔尖可以稳稳地立在手指上（如图三）。

小璇说：“这个实验比较有趣，让我们都来试一试。”

卷卷老师一边看大家兴致勃勃地做实验，一边给他们讲解：“走钢丝的人，常常拿一根长杆，做什么用呢？就是调整重心，使表演者的整个重心在钢丝的正上方。走钢丝的人通过训练，对于重心感觉极为灵敏，通过身体和长杆的及时调整，实现精彩表演。”

“那么，怎样才知道物体的重心在哪里呢？”小璇提出了心中的疑问。

卷卷老师答：“对于质地均匀的规则物体，重心在几何中心。”

小斐问：“什么是几何中心？”

卷卷老师答：“比如球体，重心就在球心处，再比如长方体，重心在中心对角线的交点处。”

小博插嘴道：“不规则的物体呢？”

卷卷老师自信地说：“通过下面的这个小实验告诉你答案。”

【实验器材】 一支铅笔、一块形状不规则的薄木板（在不同位置打好两个小孔）、细绳、长直尺、记号笔。

【实验内容】 实验过程1：

伸出一个手指，另一只手把铅笔横放在指头上，不断调整位置，直到铅笔在指头上稳定，手指与铅笔接触的位置，就是这支铅笔重心的位置（如图四）。

实验过程2：

1.用细绳拴在薄木板的一个孔上，将木板悬挂起来。

2.待稳定后，拿长直尺和记号笔按绳垂直向下的方向，在木板上画一条直线。

3.将装置取下来，解开细绳，拴在另一个小孔上，再次悬挂起来。

4.重复步骤2，这样两条直线就会出现一个交点。

5.在交点上画得重一点，标上字母G，这个点就是薄木板重心的位置（如图五）。

小博问：“老师，失重是怎么回事？我从电视里看到宇航员在飞船里面飘来飘去，真好玩。”

卷卷老师说：“失重应该加引号，多数情况下重力并没有真的失去，除非航天器离开地球十分遥远。飞船在绕地球飞行时，重力提供了绕地球转动的向心力，不再像在地球上一样把人拉向地面，好像重力失去了。”

三个人聚精会神地听着。

卷卷老师说：“要不我们接下来做一个小实验来说明这种失重。”

【实验器材】 纯净水塑料瓶、锥子、水。

【实验内容】 1.用锥子在瓶子侧面扎几个小孔。

2.装上水，水会从小孔向外喷射形成水流（如图六）。

3.当放开手让瓶子自由下落，仔细观察，水流没有了。

小斐疑惑不解地问：“在下落过程中，水流没有了，怎么就是失重呢？”

卷卷老师说：“瓶中水因为感受到重力，会对瓶底和侧壁有压力，水才会从小孔向外冒出。在下落过程中，这个压力突然没有了，就好像水突然失去了重力。”

“可是水失去重力了吗？”小博问。

“当然没有，这种现象叫失重，实际上重力并没有失去。除了失重，还有一种超重现象。”卷卷老师接着讲道，“当航天器加速上升离开地球时，航天员的身体会被紧紧地压在地板上，假如他们的身体下有体重计的话，显示的读数会变得很大，远远超出自己正常的体重，这种现象叫作超重，与失重一样，也是人的一种错觉。”

卷卷老师手一挥，说：“走，跟我去搭乘垂直升降的电梯，你们可以直接体验失重和超重现象。”

【实验器材】 家用体重计、垂直升降电梯。

【实验内容】 把体重计放在电梯的地板上，蹲在上面（好看清读数），记下自己的体重，观察电梯加速与减速时体重计的数值如何变化（如图七）。

【原理解析】 人站在电梯里，正常情况下静止或匀速升降时脚对底面是有压力的，压力的大小等于人的体重。但电梯加速上升时，人处于超重状态，对底面的压力大于体重，反之加速下降时，对底面的压力会小于体重，相当于“失去了部分重力”。从理论上来讲，若电梯自由下落，人的脚对电梯地板的压力为零，即完全失重。

（编辑 文 墨）