从一则公益广告想到的物理问题

李泽宁

摘 要：利用机械能守恒定律和冲击力计算公式，对一则公益广告包含的物理学问题进行研究，不断提高认识问题分析问题解决问题的能力。

关键词：高中物理;能量守恒

前些天，从我家附近停车场经过时，栏杆上的一则公益广告吸引了我。公益广告的题目叫做《一个鸡蛋的威力》，“它只是一颗小小的鸡蛋，但也可能是杀人‘凶手’。一个重30克的鸡蛋，从4楼落下会让人头起肿包，从8楼落下会让人头皮破损，从18楼落下会砸破人的头骨，从25楼落下可致人当场死亡。”

在响应和认同这则广告所提出的“共同谴责高空抛物的行为”倡议的同时，我一直在思考，能不能用学习的物理知识，从科学的角度解析这个问题呢？一颗鸡蛋大小的物体能够对人造成多么大的伤害呢？于是我就开始了进一步的研究。

一、物理学原理

1、机械能守恒定律：是动力学中的基本定律，即任何物体系统如无外力做功，系统内又只有保守力做功时，则系统的机械能（动能与势能之和）保持不变。就鸡蛋落地这个论题来说，是势能和动能的转换，公式为mgh=mv²

2、冲击力计算公式：Ft=mv F为平均作用力，t为时间，m为物体质量，v为速度

二、相关假设

1、假设一个鸡蛋质量为30克;

2、假设每一层楼高3.5米，则4层楼高度为14米，8层楼高度为28米，18层楼高度为63米，25层楼高度为87.5米;

3、通常物体与地面的碰撞时间是很短的，速度越快，碰撞时间越短，假设4个高度下碰撞时间分别为0.1秒、0.06秒、0.04秒、0.02秒。

4、由于鸡蛋为椭圆形，受空气阻力的影响较小，假设风阻可以忽略不计。

三、分不同的高度计算相应的冲击力

1、14米高冲击力计算。

第一阶段，计算鸡蛋落到人头上的速度。

根据假设，m=0.03千克，h=14米，g=9.8米/秒²。

根据势能动能转换公式，可以得到鸡蛋落到人头上的速度，

v==16.22（米/秒）

第二阶段，鸡蛋冲击人后短时间内速度减为0，计算冲击力。

根据假设，t=0.1秒。

根据冲击力计算公式，F=mv/t=0.03×16.22÷0.1=4.87（牛顿）

2、28米高冲击力计算。

第一阶段，计算鸡蛋落到人头上的速度。

根据假设，h=28米，g=9.8米/秒²。

根据势能动能转换公式，可以得到鸡蛋落到人头上的速度，

v==23.43（米/秒）

第二阶段，鸡蛋冲击人后短时间内速度减为0，计算冲击力。

根据假设，m=0.03千克，t=0.06秒。

根据冲击力计算公式，F=mv/t=0.03×23.43÷0.1=11.72（牛顿）

3、63米高冲击力计算。

第一阶段，计算鸡蛋落到人头上的速度。

根据假设，h=63米，g=9.8米/秒²。

根据势能动能转换公式，可以得到鸡蛋落到人头上的速度，

v==35.14（米/秒）

第二阶段，鸡蛋冲击人后短时间内速度减为0，计算冲击力。

根据假设，m=0.03千克，t=0.04秒。

根据冲击力计算公式，F=mv/t=0.03×35.14÷0.04=26.36（牛顿）

4、87.5米高冲击力计算。

第一阶段，计算鸡蛋落到人头上的速度。

根據假设，h=87.5米，g=9.8米/秒²。

根据势能动能转换公式，可以得到鸡蛋落到人头上的速度，

v==41.41（米/秒）

第二阶段，鸡蛋冲击人后短时间内速度减为0，计算冲击力。

根据假设，m=0.03千克，t=0.02秒。

根据冲击力计算公式，F=mv/t=0.03×41.41÷0.02=62.12（牛顿）

四、结论

根据上述计算，从4层、8层、18层、25层楼的高度坠落的鸡蛋，人受到的冲击力分别为4.87牛顿、11.72牛顿、26.36牛顿、62.12牛顿，随着高度的增加，冲击力更几何倍数增长。一颗鸡蛋，如果被我们食用，能够增强我们的体质，如果被当作高空抛物，却能够给别人带来巨大的伤害。趋利避害，举手之劳，文明行为从我做起，从一点一滴做起，应当是大家的明智之选。

在写这篇短文的时候，发现了自己在物理知识方面的欠缺还非常多，比如冲击力计算的时间是假设的，有主观臆断之嫌，现实中风阻系数等因素都没有考虑进去，这些都是需要我在下一步学习中不断思索、不断提高，进一步提高分析问题、解决问题的能力。