判天地之美 析万物之理
2018-09-13王玉洋
王玉洋
大千世界,芸芸众生,飞禽走兽,花鸟虫鱼,无处不在,无奇不有。天上飞的、地上跑的、水里游的、土里生的,数不胜数,美不胜收。生活是五光十色的,让我们也来看看能发现什么——
饮食中的物理学
问题:为什么劈柴刀的刀背要厚一些,切菜刀的刀背要薄一些?
首先看看把东西分开的原理:仔细观察一下,刀的侧面是斜的,在用刀劈或者切东西的时候,当然要用力,这个力就使得刀的侧面向两边推压物体,使物体分开来,由于刀的侧面对物体的推力,比我们用的力大得多,所以容易把物体分开来。
那么,刀背跟刀面的关系究竟怎么样呢?根据力的分解,我们知道刀口斜面的长度比刀背宽几倍,刀口给旁边的推力,就等于作用力的几倍。例如,一把斧头的刀口斜面长4寸,刀背宽1寸,我们用100牛顿力来劈柴,那么它向两边推压木柴的力就各为400牛顿,如果把这把斧头的刀背宽度减小一半,同样用100牛顿力,刀口向两旁的推力就增大到800牛顿。所以刀背越薄,刀口斜面越长,用起来就越省力。平时切菜时的刀不仅刀背薄,而且刀口锋利,切东西自然不费什么力气了。
但劈柴刀为什么那么厚?
这是因为木柴很硬,易使刀口卷,另一方面,本身相当重,让木柴受到的冲力更大,更易断裂。虽然它不及薄刀省力,但我们利用它本身的重量和刀背上的力,已足够把木柴劈开。
交通、旅游中的物理学
旅行中首先是安全问题。有时,即使你没分心,但如果不了解客观规律的话。有些事情甚至不以你的意志为转移,使你眼睁睁看着灾难发生。
问题:两艘平行疾驶的大轮船为什么会相撞?
1912年秋天,有一艘当时世界上最大的远洋轮船——“奥林匹克”号出了事。一天,它正在大海上航行,在离它100米远的地方,有一艘比它小得多的铁甲巡洋舰“豪克”号与它平行疾驶着。可是却发生了一件意外的事情:“小船好象被大船吸了去似的,一点也不服从舵手的操纵,竟一个劲地向‘奥林匹克号冲来,最后‘豪克号的船头撞在‘奥林匹克号的船舷上,把‘奥林匹克号撞了一个大洞”。
想找到出事的原因,我们先来看这样一个实验:把一张小纸条贴在嘴唇下方,用力向前吹气,这纸条不是向下飘,而是向上飘。这个实验说明了流动气体的压强比静止气体压强小,也就是说:“气体流速越大,压强越小”。(伯努利原理)
气流和水流有许多相同的性质,实际上,水流的流速越大,压强也越小。当两艘船中间的水比外侧的水流得快,因此,水对两船内侧的压强,比外侧部分受到的压强要小。于是,在外侧水的压力下,使两船互相靠近,以致“豪克”号撞到“奥林匹克”号的船舷上。
运动中的物理学
问题:掷铁饼时,运动员为什么要旋转身体?
投掷手榴弹和标枪的运动员,大都是采用助跑的方法,在快速奔跑中把投掷物投掷出去,这是为了使投掷物在出手之前就有较高的运动速度,再加上运动员有力的投掷动作,投掷物就能更有力地飞向远处。
投掷铁饼时,运动员是被规定在投掷圈内进行投掷。在直径只有几米的投掷圈里,不能进行助跑动作,要使铁饼在出手前能有一定的运动速度,运动员就采用了在原地转体的投掷动作,来加快铁饼的出手速度,提高投掷成绩。同时还可以给予铁饼一定的转速,使它在空中运行保持它的轴向,减少空气阻力。
推铅球时,铅球运动员大都是先把上身扭转过来,背向投掷方向,然后,摆腿滑步前冲,再用力推出去,使铅球在推出前已具有一定的速度。所以推铅球时也要“旋轉”。
当今世纪,科学技术突飞猛进,知识经济初露端倪。新理论、新发现铺天盖地;新技术、新工艺层出不穷。可以说,科学技术正在以巨大的历史力量,以人们难以想象的速度改变着人类文明进程,让我们感受科学技术带给我们的无穷魅力!