火车头做得轻些好吗?这可不行!原因倒不是因为材料和技术不允许,而是,火车头一旦做的轻了,它对后面车厢的拉力就会明显减少。火车头对车厢的拉力来源于火车车轮和铁轨之间的摩擦力。当火车前进时,车轮向后推铁轨,铁轨反过来向前推车轮。这个相互推的力产生在车轮与铁轨相接触的地方,叫做摩擦力。摩擦力的大小与两物体(车轮与铁轨)压紧的力的大小有关,若是火车头做的轻便了,那么这个压紧的力就减小了,火车就拉不动后面的车厢了,你说是吗?为什么旋转球不走直线罚点球的队员把球踢出去后,对方守门员朝着来球的方向扑去,但是球在半途中改变了方向,绕过守门员射进了球门,球场上响起了一片喝采声……这种被解说员称为“香蕉球”的射门技巧是由于射出的球高速旋转而形成的,但为什么旋转的球体就不走直线了呢?这就要用空气动力学中一条重要结论来解释了。这条结论简述为:物体在流体中运动,它周围的流体相对它流速越大处压强就越小,当球如图所示的方向旋转着前进时,球的左侧面的气流相对球面来说流动速度较小,这时球左侧的压强大于右侧,则球受了一个向右的力,所以球从对方大门右侧射入。流体力学的这条规律有多种应用,如飞机机翼的断面设计成上凸下平、喷雾器插在药液中的细管等跳高时为什么要助跑在体育比赛中,跳远的运动员选择较长的助跑距离,而跳高 运动员的助跑距离则要短得多。如果选择较长的助跑距离,是否 就跳不高呢?跳高运动员能腾起越过横杆,靠的是助跑的惯性力和起跳蹬 地的支撑反作用力。由于惯性力的方向是水平向前的,而支撑反 作用力是垂直(或近似垂直)向上的,所以起跳后的身体重心沿 着一个抛物线轨迹运动。这个抛物线轨迹的高度,取决于起跳时 腾起初速度和腾起角的大小,也就是说,腾起初速度和腾起角是 增加跳高高度的关键。一般说来,应该尽可能增大这两项数值。 最大腾起角为90度。然而,由于跳高不是单纯的垂直向上运动, 越过横杆还必须有一个向前的力量;再则,还须充分利用水平速 度来增大腾起初速度,因此,腾起角应小于90度。至于腾起初速度 ,则和运动员的素质和技术的熟练程度密切相关。腾起初速度越大, 跳得就越高。当腾起角一定时,腾起初速度是起决定作用的。惯性故事——萨尔维阿蒂的大船经典物理学是从否定亚里士多德的时空观开始的。当时曾有过一场激烈的争论。赞成哥白尼学说的人主张地球在运动,维护亚里土多德----托勒密体系的人则主张地静说。地静派有一条反对地动说的强硬理由:如果地球是在高速地运动,为什么在地面上的人一点也感觉不出来呢?这的确是不能回避的一个问题。1632年,伽利略出版了他的名著《关于托勒密和哥白尼两大世界体系的对话》。书中那位地动派的“萨尔维蒂”(图4-1)对上述问题给了一个彻底的回答。他说:“把你和一些朋友关在一条大船甲板下的主舱里,让你们带着几只苍蝇、蝴蝶和其他小飞虫,舱内放一只大水碗,其中有几条鱼。然后,挂上一个水瓶,让水一滴一滴地滴到下面的一个宽口罐里。船停着不动时,你留神观察,小虫都以等速向舱内各方向飞行,鱼向各个方向随便游动,水滴滴进下面的罐中,你把任何东西扔给你的朋友时,只要距离相等,向这一方向不必比另一方向用更多的力。你双脚齐跳,无论向哪个方向跳过的距离都相等。当你仔细地观察这些事情之后,再使船以任何速度前进,只要运动是匀速,也不忽左忽右地摆动,你将发现。所有上述现象丝毫没有变化。你也无法从其中任何一个现象来确定,船是在运动还是停着不动。即使船运动得相当快,在跳跃时,你将和以前一样,在船底板上跳过相同的距离,你跳向船尾也不会比跳向船头来得远。虽然你跳到空中时,脚下的船底板向着你跳的相反方向移动。你把不论什么东西扔给你的同伴时,不论他是在船头还是在船尾,只要你自己站在对面,你也并不需要用更多的力。水滴将象先前一样,滴进下面的罐子,一滴也不会滴向船尾。虽然水滴在空中时,船已行驶了许多柞。鱼在水中游向水碗前部所用的力并不比游向水碗后部来得大;它们一样悠闲地游向放在水碗边缘任何地方的食饵。最后,蝴蝶和苍蝇继续随便地到处飞行。它们也决不会向船尾集中,并不因为它们可能长时间留在空中,脱离开了船的运动,为赶上船的运动而显出累的样子。”萨尔维阿蒂的大船道出了一条极为重要的真理,即:从船中发生的任何一种现象,你是无法判断船究竟是在运动还是在停着不动。现在称这个论断为伽利略相对性原理。用现代的语言来说,萨尔维阿蒂的大船就是一种所谓惯性参考系。就是说,以不同的匀速运动着而又不忽左忽右摆动的船都是惯性参考系。在一个惯性系中能看到的种种现象,在另一个惯性参考系中必定也能无任何差别地看到。亦即,所有惯性参考系都是平权的、等价的。我们不可能判断哪个惯性参考系是处于绝对静止状态,哪一个又是绝对运动的。伽利略相对性原理不仅从根本上否定了地静派对地动说的非难,而且也否定了绝对空间观念(至少在惯性运动范围内)。所以,在从经典力学到相对论的过渡中,许多经典力学的观念都要加以改变,唯独伽利略相对性原理却不仅不需要加以任何修正,而且成了狭义相对论的两条基本原理之一。为什么桥都设计成凸形的?桥是不是不应该设计成拱形向上的,而应该设计成凹形的为好。因为汽车在向下行驶之前具备一定的势能,这个势能可以帮助它顺利地到达桥的那一端。可是拱形向上的桥却没有这个优点。桥设计成向上的理由,是因为汽车经过桥中部时,桥所承受的压力较小;而相比之下,凹形桥承受的压力较大。由于汽车经过一个弧形的时候,需要有一个向心力F,它是由重力Mg和支承力N合成的。在拱形桥:F=Mg-N ∴ N=Mg-F在凹形桥:F=N-Mg ∴ N=F-Mg故总水压力通过压强的三角形分布距坝底H/3.设水库大坝的总重力为G,重心在O′处,为便于分析,设水库中水对大坝的总压力F水平向外(大坝外侧),如右下图所示.因受水的压力F的作用,坝体会以水库外侧大坝的坝脚O为支点有沿顺时针方向倾覆的趋势,其倾覆力矩为MF=F×H/3.而大坝依靠自身的重力G产生的抗倾覆力矩MG=Gd.把坝体修得沿背水面坡度缓一些,能够达到既增大重力,又增大力臂d的效果,从而达到增大抗倾覆力矩MG的效果.由此可见,在不增加建设大堤和大坝的土石方,用料及造价相同的前提下,迎水面比背水面缓的江河大堤更牢固,挡水面比背水面陡的水库大坝更稳定.过山车中的物理知识过山车是一项富有刺激性的娱乐工具。那种风驰电掣、有惊无险的快感令不少人着迷。如果你对物理学感兴趣,那么在乘坐过山车的过程中不仅能够体验到冒险的快感,还有助于理解力学定律。实际上,过山车的运动包含了许多物理学原理,人们在设计过山车时巧妙地运用了这些原理。如果能亲身体验一下由能量守恒、加速度和力交织在一起产生的效果,那感觉真是妙不可言。这次同物理学打交道不用动脑子,只要收紧你的腹肌,保护好肠胃就行了,当然,如果你的身体条件和心理承受能力的限制,无法亲身体验过山车带来的种种感受,你不妨站在一旁仔细观察过山车的运动和乘坐者的反应。在开始旅行时,过山车的小列车是靠一个机械装置的推力推上最高点的,但在第一次下行后,就再也没有任何装置为它提供动力了。事实上,从这时起,带动它沿着轨道行驶的惟一的"发动机"将是引力势能,即由引力势能转化为动能、又由动能转化为引力势能这样一种不断转化的过程构成的