身边的力学

身边的力学

方正三中 郑晓东

　　一、“失重”和“超重”

　　你站在称体重的台秤上，迅速把身子向下一蹲，就会发现，那指针会向零一摆。难道这一瞬问，地心对你的吸引力减少到接近于零了吗?

　　手提弹簧秤，弹簧秤下系一个重物，指针指出了它的重量，如果突然使它向下运动，看!那指针也会摆向零。反过来，猛然向上一提，那指针指示的重量又会大大增加。

　　假如你住在设有电梯的大楼里，你可以拿一个测力计(或者一段软弹簧、橡皮筋)和一个重物(比如一个大铁锁)，到电梯里去做实验。当电梯静止不动的时候，把重物挂在测力计上，指针指出了物体的重量是G。当电梯向下加速下降的时候，你会看到指针的指数变小，弹簧或橡皮筋的长度变短——人们看到的重量(视重)变小了，这是失重现象。当电梯加速上升的时候，那指针的指数竟然比G还大，弹簧或橡皮筋的长度都变长——人们看到的重量(视重)变大了，这就是超重现象。

　　乘电梯的时候，当电梯加速上升或下降的时候，有人会感到不舒服，这是由于电梯上升的时候，他处于超重状态，而电梯加速下降的时候，他处于失重状态。

　　早在十七世纪，著名的物理学家伽利略就注意过这类的问题。他提出：“我们感觉到肩头上有重荷，是在我们不让这个重物落下的时候。但是，假如我们跟我们肩上的重物一起自由下落，那么这个重物怎么还会压到我们的肩上呢?”

　　现代的伞兵亲身体验了伽利略设想的情况。跳伞前，伞兵会感到背上背着的武器很沉，如果从飞机上向下一跳，暂时不张伞，伞兵和沉重的武器一起自由下落，这时候，伞兵就不再会感到肩上有重量了，直到张开伞以后，才会觉出武器的重量。很明显，伞兵和武器一起自由下落的时候，没有感到肩头的重量不是由于失掉了地心引力，而是因为它们都在地心引力的作用下一起加速下落的缘故。

　　失重环境是个很特殊的环境。在失重条件下可以造出没有内部缺陷的晶体，生产出能承受强大拉力的细如蚕丝的金属丝。在失重条件下，医生还可以为病人做许多“起死回生”的手术……为此，科学家们正在设计各种“人造天宫”——失重工厂、失重农场和失重医院……。看来，在不太遥远的将来，这些设计都将成为现实。

　　二、软弱变坚强

　　裁下一条图画纸，用一只手捏着它的一端，纸条会垂下去，连自己本身的重量都支承不了。

　　现在我们只要把这软弱的纸条折成V形或L形，它便挺直了腰板。不仅能负担起自身的重量，还能挑起两盒火柴。

　　这说明，同一张纸条，能够承受多大重量，跟它的形状很有关系。

　　物体的形状影响着它能承受的外力，这是一条重要的力学原理。

　　这个道理同样适用于钢铁。你看，工地上的塔式起重机、油田上的钻探井架、工厂的屋架……它们上边的钢材不都是V形或L形吗?这“折起来的钢铁。”就是大力士的骨骼——角钢。

　　把两个L形钢材组合在一起，可以成为凵形钢材，这就是槽钢。槽钢更是个硬骨头，巨大的铁桥，汽车、拖拉机和一些机器的底架都离不开它!

　　火车脚下的钢轨要承受巨大的压力，它是工字型的。火车很重，钢轨的顶面必须有一定的宽度和厚度来承受压力;为了使钢轨稳定，钢轨的底面也应当有一定的宽度;另外火车的铁轮上还有一个伸长的边，为了让带边的车轮能正常转动，钢轨还应当有一定的高度。只有工字型钢材能满足这三个条件，而且最节省材料。

　　其实，工字钢也是“折”起来的钢铁，把两个凵形的槽钢背对背组合在一起，不就是工字吗?

　　还有一种丁字钢，又叫T型钢。我们也可以把它看成是两个角钢背到背结合到一起的。