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第4章 进入神奇的力世界(4)

你用滑雪橇能够在松软的雪面上行走,不用滑雪橇就要陷到雪里去。为什么呢?因为用了滑雪橇身体压力分配在比不用的时候大得多的面积上。假如,举例来说,两只滑雪橇的面积等于我们两只鞋底的20倍,那么,用滑雪橇的对于雪面所施的压强,就要比两脚站在雪面上的所施的压强弱,只等于两脚站着的所施压强的20分之一。因此,松的雪面能够承受得住滑雪橇上面的人,却承受不住用两脚站着的人。

根据同样的理由,在沼泽里工作的马,时常要在马蹄上系着特制的"靴子",来增加马蹄和地面间的接触面积,减少沼泽地面所受的压强:这样一来,马蹄就不会陷到沼泽泥淖里去了。在有的沼泽地,连人也是这样做的。

人在薄冰上通过的时候,一定要匍匐爬行,也是为了把自己的体重分配到比较大的面积上。

最后,还有庞大沉重的坦克和装有履带的拖拉机,在疏松地面上所以不会陷下去,也仍旧是这个缘故,它们的重量是分配在比较大的支持面积上。8吨或8吨以上装有履带的车辆,对于每一平方厘米地面的压力不超过600克。从这一个观点看来,沼泽地带应用的装有履带的载重汽车,真是很有趣的。这种汽车载了2吨重的货物,加到地面的压强一共只有每平方厘米160克;因此,它能够在沼泽地带以及泥泞或沙漠地区行驶得很好。

像这样支持面积大的情形,在技术上,跟支持面积小的就像针尖的情形一样,是可以好好利用的。

从上面所说的,可知尖端所以容易刺进物体,只是由于力的作用所分配的面积小的缘故。锐利的刀子要比钝刀容易切割东西,也可以用完全相同的理由解释:力量集中在比较小的面积上。

所以,尖锐物体容易刺进或切割物体,只是因为在它们的尖端或锋刃上集中了比较大的压力的缘故。

腹上破石与刀砍不伤的秘密

在司马南《伪气功揭秘》一书中叙述了一种骗人的伪气功--腹上破石:"表演者仰面朝天,躺在地上,也有人横躺在两条长凳之间,腰背部不着凳子,腹上放一块大石头,通常是五六个、七八个小伙子抬上来的。然后,由一名助手挥起十八磅大锤猛力击打石块,大石头应声而切断,表演者从地上蹦起来,安然无恙。"

观众会被腹部的大石头所迷惑,实际上,正是这块石头保护了表演者。如果锤子直接敲在肚皮上,肚皮是受不了的,因为肚皮的损坏和速度有关。石头越重,打击后感受到的振动越小,这是由物理学中的碰撞定理决定的:物体运动起来有两个物理量应该同时考虑:一个是物体运动的速度,另一个是物体的质量。一个皮球向我们跑来,虽然速度很快,但是我们并不害怕它,反过来,一个满载的机车虽然慢慢地向我们溜来,我们仍然非常害怕,迅速躲避。我们知道这样重的车子是很难阻止它的运动的。物理上定义质量和速度的乘积为动量。设碰撞时锤子全部动量传递给石头变成石头的动量,由于石头的质量很大,所以石头获得的速度便很小。

假如石头的质量是锤子的一千倍,石头碰撞后获得的速度只是锤子的速度的千分之一。所以只要表演的人能承受得了,石头越重所受到的伤害便越小。

上面我们说到石头的运动速度,石头的断裂则和石头本身的性质有关。司马南通过调查指出:一般选择比较脆的石头,容易断裂,宽厚合适,宽大为好,厚度宜在10厘米左右,这种石头比较容易断裂。

当我们缝衣服的时候不小心,用针扎破了手指,你所受到的压强比某些高压锅炉里蒸汽的压强一点也不小;手轻轻拉动刮胡子的刀片,施加在胡子上的压强会达到每平方厘米几千牛顿。

压力和压强看上去类似,实际上相去很远。压强是单位面积上的压力,针尖的面积是钉子尖的面积的几百分之一,所以,能用针缝衣服,不能用钉子来缝衣服。

某些硬气功表演的"刀砍不伤"的道理就在于此。司马南仔细调查了"刀砍不伤"的表演过程,道出了其中的奥妙:"表演开始,气功师一般都举起刀来,就地取材,在案板上剁断五根木筷,让被砍断的木筷飞溅一地;也有的气功师,猛然跃起,操刀砍下两根指头粗细的树枝,削萝卜、剁木头就更常见了。总之,在气功师把刀砍向自己的身体之前,都要搞一点"削铁如泥,吹毛立断"式的操演,让观众的心收紧,相信这把刀是锋利无比的真刀。接下来,气功师玩"真"的了。把上身的衣服脱光,露出一身的腱子肉,常年锻炼的结果,这些表演者多表现出一股雄悍的男人气。右手持刀,运气于左胸。胸大肌高高凸起绷紧。气功师挥起大刀,死命地朝左胸砍去,人们只听见"嗵嗵嗵"直响,可是气功师的胸上除了有点红印儿连一点伤痕也不见。等气功师表演完了,人们上前察看,更是惊讶不已。"

令人疑惑的是,大刀锋利到能砍断一捆竹筷,砍下一根树枝,为什么不会伤了皮肉?

原来大刀的刀尖处是锋利的,而其他部分则是钝的。挥刀砍下,接触气功师身体的那部分是钝的,面积增大,压强减小。再加上挥刀时有技巧,看似重砍,实为轻打。

避不开的碰撞

一九一二年秋天,海面上相距数百米的一艘大型远洋客货轮"奥林匹克"号和一艘海军"豪克"号巡洋舰同向前进,由于航速相近,所以久久遥遥相望,远洋轮上的旅客还不时向军舰挥手致意。可是,航行中巡洋舰逐渐与远洋轮平行后,竟不断地越靠越近,当接近一百米时,军舰突然加速冲向客货轮,把远洋客货轮的船舷撞了个大窟窿……

伯努里"奥林匹克"号远洋客货轮的船长和旅客都认为,是军舰恶意冲撞;而巡洋舰方则委屈地声明,他们绝非故意,而是尽力想避开,可是身不由己……一时舆论纷纷莫衷一是,并引起了法律诉讼。最后,虽然法院判决"奥林匹克"号因为没让开航道而负"过失"责任,而旅客和船长愤愤不平,认为判决不公,成了一场争论不休的疑案。

以后十几年,又不断有类似的撞船事件发生,引起了海运、海军和社会各方的关注,一些科学家也开始进行有关的研究和实验。终于,科学家揭开了类似撞船事件的谜底。那艘巡洋舰确实不是故意冲撞,而是由于两船距离过近,两船间的海水流速较大,而两船外侧的水流速较小,根据"伯努利原理",水的流速大压力小;水流速小压力大,所以平行的船都受到外侧海水的压力而越靠越近。"奥林匹克"号吨位大,外侧水流的压力对航速、航向影响不大,而吨位小的"豪克"号巡洋舰在靠近时受外侧压力影响明显,形成加速靠拢--冲撞。弄明白了原因以后,渔业、海运和海军部门都制订了海上航行船舶间的"安全距离",以防再发生类似惨祸。

这种水流速度不同形成的压力差,我们在江河湖海中游泳时也会有体会--急流似乎有"吸力"会把人"吸"过去。有人做过计算,流速每秒一米的水流,对人体的"吸力"可达三十公斤力!流速再大,这"吸力"就十分危险了。

有惊无险的过山车

在游乐场里,最惊险又最有趣的游戏之一,也许就是乘过山车了。当你乘飞车,穿云霄,头朝下飞行的时候,常常会吓得魂飞魄散。其实,你一点也不必担心自己的安全。物理学定律像一位天使在保护着你。过山车都是按着力学规律精心设计的,就像月亮不会突然从天上掉下来一样,你也绝不会突然头朝下地从过山车上栽落下来。

下面让我们一起乘上这种最有趣的过山车--穿梭环轨飞车"飞"一次,然后我们一起来琢磨一下这里面的道理。

两个高达几十米的滑梯中间,夹着一个十几米高的环轨。车站上停着漂亮的轨道车,舒适的座椅正等待着我们。当我们在座椅上坐稳以后,服务员提醒我们,把椅子前的保险档放好锁住,这样我们就被锁在椅子里!只有当每一个椅子上的横档都锁好以后,列车才能开动,而且在列车行驶的整个过程中,乘客自己不能开启这个横档。因为横档是由中央控制系统统一管理的,列车不到终点,锁是打不开的。

乘客坐好以后,钢丝绳把列车慢慢拖到滑梯的顶端,突然钢丝绳松开了,列车迅速地向下冲去。我们的心就好像提到嗓子眼一样,但是只有几秒钟,列车速度开始减慢进入环轨向上爬升。到了环顶,我们的列车整个颠倒过来,头朝下地向下俯冲,速度越来越快,有的小朋友被吓得闭上眼睛,不过很快列车就冲向另一个滑梯,兜了一个圈子以后,再次冲向环轨。最后列车戛然停在原来的车站上。

我们的这一段经历是很宝贵的,因为在没有过山车之前,只有飞行员才能有这种体验。乘过山车的时候,你也许会想过列车为什么不会从环轨的顶端掉下来。

下面我们通过一个实验来讲讲这里面的道理:用一个网兜兜住一杯水,用手提着网兜慢慢摆动,让它越摆越高,这时候水杯虽然倾斜,但水却洒不出来。等摆得很高的时候,顺势让水杯在竖直面上划一个圈,水杯底朝天越过你的头顶,但是杯中的水仍然不会洒在你的头上,好像地球不再吸引杯中的水似的。这是一种失重现象。其实,失重的时候,重力并没有消失,而是在"忙"着干其他的事,因此顾不上把水从杯子里拉下来。

重力在忙着做什么呢

再来做一个类似的实验:在绳子的一端拴一个螺丝母。甩动绳子让螺丝母在竖直面上做圆周运动。等螺丝母转到高处的时候,一松手,螺丝母就会向外飞去。做这个实验要特别注意安全,最好找个空旷的地方。

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