摩擦力
一个物体在另一个物体表面运动时, 在两个物体接触面会产生一种阻碍运动的力叫摩擦力。例如:日常生活中汽车在公路上行驶是靠汽车轮胎与地面的摩擦力向前行进的。摩擦通常分为滑动摩擦、滚动摩擦和静摩擦几种。
我们知道踢出去的足球会慢慢停下来,是由于受到摩擦力的作用。木匠在把木板磨光滑的工作中,是用砂纸在木板上靠砂纸和木板产生的摩擦力将木板打磨平滑的; 汽车发动机靠与皮带的摩擦力将动能传给发电机发电;人们洗手时双手摩擦把手上的灰尘洗掉;洗衣机洗衣时转动使衣服和水产生摩擦;吃东西时牙齿和食物发生摩擦;用拖把擦地;用布擦桌子;用板擦擦黑板都会产生摩擦力。在我们的生活中只要物体相互接触且有相对运动或有相对运动趋势都会产生摩擦力。
影响摩擦力大小的两个因素:
1. 摩擦力的大小与接触面间的压力大小有关,接触面粗糙程度一定时,压力越大摩擦力越大。生活中我们有这样的常识,当自行车车胎气不足的时候,骑起来更费力一些。
2. 摩擦力的大小与接触面的粗糙程度有关,压力一定时,接触面越粗糙,摩擦力越大。
如何增大摩擦力和减少摩擦力
1. 物体的接解面越粗糙,摩擦力越大。比如鞋底和轮胎的花纹。汽车在路面行驶时,轮胎与粗糙的柏油路面接触,这样摩擦力就能增大。汽车行驶在雪、水的路面,摩擦力就会减小。所以雨、雪天就要注意安全。
2. 减小接触面间的粗糙程度; 风扇转轴要做得很光滑。钟表加油可以减少摩擦力,使走时更准确。滑冰场上,工作人员经常打扫冰面使它平整,可减少摩擦,加快滑冰的速度。
拔河比赛比的是什么?很多人会说:当然是比哪一队的力气大喽!实际上,这个问题并不那么简单。
对拔河的两队进行受力分析就可以知道,只要所受的拉力小于与地面的最大静摩擦力,就不会被拉动。因此,增大与地面的摩擦力就成了胜负的关键。首先,穿上鞋底有凹凸花纹的鞋子,能够增大摩擦系数,使摩擦力增大;还有就是队员的体重越重,对地面的压力越大,摩擦力也会增大。大人和小孩拔河时,大人很容易获胜,关键就是由于大人的体重比小孩大。
另外,在拔河比赛中,胜负在很大程度上还取决于人们的技巧。比如,脚使劲蹬地,在短时间内可以对地面产生超过自己体重的压力。再如,人向后仰,借助对方的拉力来增大对地面的压力,等等。其目的都是尽量增大地面对脚底的摩擦力,以夺取比赛的胜利。
通过以上的学习观察总结出,摩擦力的大小取决两物体压力和表面的粗糙程度。
骨笛遐想
——浅析小提琴发声、调音的物理原理
一.选题意义
据我国最早的物理史学家吴南薰先生考证,世界上第一个人工制作的物理仪器就是在兽骨或竹管上挖孔并能吹出声音来的笛子。这既是一种乐器,也是一种声学仪器;我国古代对共鸣、弦的振动、管的音调的研究等都是通过乐器来进行的;希腊哲学家毕达哥拉斯发现了琴弦的长短与音高有一定的关系;从近代物理学发展来看,声学依旧占据着相当重要的部分,且与我们的生活息息相关;……
许多同学都会演奏一些乐器,但对于弦乐器的调试却无从下手。我们结合已经学过的振动学知识,浅析西洋擦弦乐器——小提琴的发声原理,并为演奏者检音、调试提供理论依据和实验结果参考。
二.相关物理知识
实际的乐音由基频、谐波(泛音)、分音三部分组成。每一个乐音即周期性的振动都可以分解为许多不同频率、不同相位、不同振幅的简谐振动的叠加。简单的简谐振动即正弦振动或余弦振动的传播产生的声波叫做纯音,实际的乐音如歌唱声、乐器声等都不是简单的纯音,而是许多的纯音的叠加。在这些简谐振动中,频率最低的叫做基频,基频的能量往往是最大的。频率是基频整数倍的叫做谐波,其余的高频振动叫做分音。现代的分析中表明,还有低于基频的次声。因此,从物理上讲,音乐声应由三部分组成:乐音、在音乐中使用的噪声(如锣、鼓、沙锤、梆子等没有固定音调的打击乐器和海涛、流水、风声等效果声音)以及对音色有影响的在谐波中存在的一部分超声。
一般来说,发生体振动的频率越高,人们听起来音调也越高;发生体的振动频率越低,人们听起来音调就越低。但音调与频率之间并不是严格按比例对应的。一般认为,频率每增高一倍,音调听起来就高一个八度,这仅仅限于中频段。在高音部分,听感偏低,即频率增加一倍,听起来不到高八度,而是偏低,于是要把频率调高些,以适应人的听觉。低音段则听感偏高,于是需要把频率调低些。
乐音听起来有一定的强弱,即音的响度,这是乐音的第二个主观量。声音的能量越大,声强越大,听起来响度就越大。但是,这二者也不是按比例一一对应的。
至于音色,更是一种主观感觉了。从传统来讲,决定音色的主要因素是频谱,所以常常根据频谱模仿各种音色。但据资料显示,实践表明:音的起始与结尾的瞬间状况,即“音头”和“音尾”,也同音色大有关系。音色不仅与频谱的组成(即基频、谐波和分音的数目、长短、相对强度、分音的不谐和程度及瞬态)有关,还与基频和谐波在听音区的位置有关,这是由于人耳对于多种频率的响度反映不同。音色也与听者距声源的距离有关,这是因为一个音中的各种成分的衰减不同。
三.相关音乐知识
音程,就是两个音音高之间的距离。在音乐上,音程用“度”表示。几度就是把起始音算在内,沿着音阶数有几个音名。钢琴上相邻两个键(包括黑键)之间差半音,两个半音等于一个全音。这也是一种表示音程的方法。音程与频率基本上是一一对应的关系。
把两个相差八度音程之间的音顺次排列,就成为音阶。规定音阶中各个音的由来及其精确音高的数学方法叫做律制。
最常用的三种律制是十二平均律、五度相生律和纯律。音阶中的各个音都有音名,由于生律的方法不同,不同律制生成音律中的同名音(例如都是 )其频率是不一样的。
十二平均律是我国明代科学家朱载堉最先发明的,比西欧早了几十年。他将一个八度音程(频率比为2)按等比数列均分为十二份,得十二律。当前的钢琴和所有键盘乐器以及带“品”的弦乐器等,用的都是这种律制。
数学表示:相邻两音之间的频率比均为: 即从任何一个音开始,比该音高半音的音,其频率是该音的频率乘 ;比该音低半音的音,其频率是该音的频率乘 ;以此类推,可得出所有音的频率。
十二平均律有许多优点,比如它易于转调,简化了不同调的升、降半音之间的关系。
在小提琴中,假如以 音的弦长为基准,那么小字一组(其中的 比 高两个八度) 、 、 、 、 、 、 对应的弦长之间按照十二平均律可由频率关系确定一组固定比值。
四.研究与实验
小提琴的弦是一根两端固定的细钢丝。在拨、擦弦线时产生的波列经两固定端反射,叠加后形成驻波,但其中包含有许多频率的波。在这里,我们只对决定音调高低的基频振动做出分析研究。
驻波的基频振动所对应的为波长最长的振动,即弦长 。提琴弦线与指板之间的距离很小,用手指在指板上压紧琴弦不同位置而使得弦产生的形变量很小,可以忽略不计。则可认为弦上张力 ,及弦的质量线密度 保持不变,可得弦线中波速 近似恒定。因此,可认为有如下比例关系成立:
实验过程:一把小提琴,经专业乐师调音后,定下 音,再由一位有多年演奏经验的同学拨奏单音,多位乐感敏锐、受过专业训练的同学一起听辨,配合其他乐器校对各音高。记录及计算数据如下表。表中的k值定义如下:
相差一个半音的两个音高对应
相差一个全音的两个音高对应
序号n 音高音名 比下
音程差 弦长/mm 总长:320.0mm 上述k值
第一次 第二次 第三次 平均值 计算值 理论值 误差率
1
全音 243.0 243.8 243.7 243.5 1.11 1.12 1.39%
2
全音 220.0 220.9 219.2 220.0 1.13 1.12 0.25%
3
半音 195.5 196.1 195.0 195.5 1.07 1.06 1.11%
4
全音 182.5 181.9 183.1 182.5 1.12 1.12 0.18%
5
全音 162.5 162.0 162.3 162.3 1.13 1.12 0.48%
6
全音 143.8 143.8 144.2 143.9 1.11 1.12 1.00%
7
半音 130.0 129.8 128.7 129.5 1.05 1.06 0.79%
8
124.0 122.4 123.2 123.2
其中弦长一栏为小提琴 弦(四根弦由粗到细依次叫作 、 、 、 弦,指的是该弦的空弦音)上对应各音高压指与琴码两固定点之间的距离,即参加振动的部分弦长。
如上数据显示,平均误差率为0.74%,基本符合前文理论分析。
五.结论
我们总结出对于一把小提琴(邻弦相差五度)的自我调试方法:
以一根弦,例如 弦,的空弦音 为标准,按音高关系计算出同一根弦上 所对应的弦的长度。取 音高即与 弦空弦音等高(这是小提琴的制作要求)。依次调整 弦的松紧、长度后,再算出 弦上 的音高,作为 弦的空弦音。……同理进行下去。
此种方法适用于各类提琴及吉他等擦、拨弦乐器,但须注意:
①对于比空弦音高出许多的音,计算方法误差较大。实验中在一根弦上进行多组数据测量只是为了便于计算、对比,得出结论;实际操作中应对各相邻琴弦依次校对。
②大提琴与吉他相邻的弦空弦音相差四度,计算时应注意数据与小提琴不同。
希望我们的研究能够对广大演奏弦乐器的音乐爱好者提供帮助。
这种问题肯定是成龙本人提问的,他想了解一下他在众人的心目中的形象,对吧? 所以提问题的就是成龙!!不好意思啦,我戳穿你了!
爱因斯坦的广义相对论预言:引力波的主要性质有:在真空中以光速传播;携带能量和与波源有关的信息;是横波,在远源处为平面波;最低次为四极辐射;辐射强度极弱;物质对引力波吸收效率极低,引力波穿透性极强,地球对引力波几乎是透明的;其偏振特性为两个独立的偏振态等。引力波是波动形式和有限速度传播的引力场。
爱因斯坦虽然在1916年曾预言加速的质量可能有引力波存在,但他提出的引力波与坐标的选取有关,在某一个参考系看来,引力波可能有能量,而换一个参考系可能就没有。因此在提出引力波存在的初期,包括爱因斯坦本人在内的大多数人对引力波都持怀疑态度。1956年,皮拉尼提出一个与坐标系选取无关的引力波定义;1957年,邦迪进而从理论上证明与坐标系选取无关的平面引力波的存在。1959年,邦迪、皮拉尼和罗宾森更进一步证明,静止物体在引力波脉冲作用下会产生运动,于是间接地证明引力波携带能量,并可被探测到。由于引力辐射极其微弱,目前还不能在实验室里发射可供探测的引力波,而大质量天体的激烈运动,比如双星体系公转、中子星自转、超新星爆发,理论预言的黑洞的形成、碰撞和捕获物质等过程,都能辐射较强的引力波。
多年来,各国科学家都在致力于探测引力波,美国马里兰大学的科学家韦伯首创用一根铝棒作为天线进行探测,并声称探测到了不能排除是引力波的信号,但其他科学家都没有得到这一结果,韦伯的结论没有得到公认。现在对引力波的研究方兴未艾,反引力或称反重力研究又提上了日程,这项研究可能获得的成果或许将彻底实现人类实现恒星际航行的梦想,科学家值得为这项研究投入毕生的精力和才华。中国科学家在这方面已经做了有价值的实验和研究。
自从英国科幻小说作者威尔斯描述了“反重力”(能够屏蔽重力影响,使宇宙飞船飞向月球)后,反重力已经成为人类一个多世纪的梦想。如果反重力是确实存在的,它必将改变整个世界。汽车、火车、轮船,所有你能想到的交通系统,都能通过从引力场中获取的能量驱动。这一会改变世界科学界和航空航天界禁忌的反重力研究,目前再次受到人们的关注,因为有消息说世界上最大的飞机制造商波音公司正在探索一些新概念,这些新概念可能在将来某一天彻底改变一个世纪来的推进技术。
波音公司进行的反重力研究概括起来就是该公司一个名为“先进空间推进技术重力研究(Grasp)”的项目。《简氏防务周刊》获得的一份有关文件阐述了波音公司认为该项目获得成功的重大意义。文件中写道:“如果反重力是确实存在的,它必将改变整个航空航天事业。”这种评价可能还不够。如果反重力是确实存在的,它必将改变整个世界。汽车、火车、轮船,所有你能想到的交通系统,都能通过“无推进剂推进”———一种从重力场中获取能量的模式来驱动。
尽管,反重力是人们一个美好的梦想,但是传统科学长期认为,反重力是不可能的。1992年4月,已故的英国索尔福德大学教授、当时担任英国航天防御系统战略项目负责人的布赖恩·扬在伦敦机械工程师学会发表演讲,他在演讲中解释了为什么进行反重力研究与航空航天业乃至世界都有关。“Grasp”简报说明了波音公司为什么必须雇佣俄罗斯材料专家叶夫根尼·波德克列特诺夫的原因。波德克列特诺夫声称发明了可以屏蔽重力影响的装置。
1992年,任职于芬兰坦佩雷技术大学的波德克列特诺夫向一家英国物理学杂志提交了一篇论文,他描述了被置于高速旋转的超导体(极低温度时失去电阻)上面的一个物体如何失去将近2%的重量。这篇论文泄漏给了一家报纸。一来因为它涉及禁忌的“反重力”概念,二来因为它在主流物理界掀起了轩然大波,波德克列特诺夫被学校开除了。但这位俄罗斯人的研究吸引了美国国家航空航天局的注意,该局早已同亨茨维尔亚拉巴马大学的一位研究员有联系,这位研究员宣称她能制造出一种类重力场,能够利用高速旋转超导体排斥或吸引物体。
在20世纪90年代中期,位于亚拉巴马州的美国国家航空航天局马歇尔航天中心在重复波德克列特诺夫的实验时失败了。但是,该中心承认,不知道这位俄罗斯人制作超导盘的独特方法,它在很大程度上是在盲目地进行研究。
几年前,美国国家航空航天局向俄亥俄州哥伦布超导元件公司支付60万美元,制造波德克列特诺夫曾使用过的装置,并且聘请了这位俄罗斯人做顾问。这项实验虽然被延期了,但该项实验的负责人罗恩·科措尔自信实验可以完成。现任职于莫斯科化学研究中心的波德克列特诺夫,进一步发展了自己的思想。他同意大利科学家乔瓦尼·莫达内塞联合发表了一篇论文,详细介绍了一种“冲量重力发生器”的研究工作,它能对所有物体产生一种斥力。该设备使用一个强放电源“发射器”和一个超导“发射器”,制造出了一种“重力冲量”。波德克列特诺夫说:“时间很短,沿着放电的线路以极快的速度(实际上是瞬时)进行传播,经过许多不同物体,没有任何显著的能量损失。”他说,实验结果是对光束击中的任何物体都产生了推力作用,大小同物体质量成正比。波德克列特诺夫在调整一个激光瞄准装置时说,他的实验装置已经显示有能力击倒1公里外的物体,他声称,这一装置用同样的能量可以击倒200公里外的物体。正是波德克列特诺夫的“冲量重力发生器”的研究工作引起了波音公司的注意。在那份“Grasp”简报中,波音公司描述了该装置发出的光束如何不受任何电磁屏蔽影响,可以穿透任何物体而达到目标。