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谈物理
物体的惯性
一场精彩的马戏表演正在进行,演员骑在飞奔的骏马上,做着各种
各样惊险的动作,时而马底藏身,时而侧身拾瓜,接着又将捡起的西瓜
高高地抛向空中,西瓜好像很听话,又落回到了演员的手里。突然演员
从马背上腾空而起,“不好,他会落到地上的!”就在观众为演员捏着
一把汗的时候,演员却稳稳地落回到马背上。令人惊叹不巳。
对于这类奇怪的现象,读者也可以亲自试验一下,例如:当你坐在
匀速行驶的汽车、火车、船或飞机上时,将一顶帽子垂直向上抛出去,
它决不会落到后边的座位上,还是会落到你的手中。
这是为什么呢?其实这是物体的惯性在起作用。物理学告诉我们:
一切物体在没有受到外力作用时,总是保持匀速直线运动状态或静止状
态。物体的这种性质就叫做惯性。也就是说,在没有外力干预的情况下,
运动起来的物体有保持运动的怪脾气;同样,不动的东西则有保持不动
的嗜好。
生活中最常见的物体惯性的例子,恐怕要数坐在汽车上的乘客最能
体会了:正在前进的汽车突然停下来,乘客就纷纷向前倾倒。这是因为
汽车已经停止,而乘客由于惯性要保持原来速度前进的运动状态的缘
故。停在车站上的汽车突然启动的时候,乘客们又一个个身不由己地向
后倾倒,这是因为汽车已经开始前进,而乘客由于惯性要保持静止状态
的缘故。
应用惯性知识,善于思考的读者一定会想到从马背上腾起一段时
间,仍能落回到马背上的道理。正在奔跑的马,由于驮着西瓜和人一起
向前运动,故而西瓜、人与马具有相同的速度;当西瓜被抛起、人从马
背上跳起而脱离马的时候,由于惯性的作用,在水平方向仍然保持原来
的前进速度(空气阻力不计)。这样,西瓜或人从抛上到落下,在水平
方向上,西瓜、人、马都以相同的速度前进,所以演员最终一定会落到
马背上,西瓜会落到演员手里,没有落在地上的危险。
惯性是物体本身的一种属性,它是客观存在的。认识了惯性,在日
常生活、工作中就可以自觉地利用惯性为我们服务。例如,锤子头松了,
拿着锤子把在石头上墩一墩,由于锤把碰到硬物停止运动后,锤头由于
惯性继续向下运动,就紧箍在锤把上了。在光滑的路面上骑车,将车蹬
起来达到一定速度后,停止蹬车,车依靠惯性仍能走一段距离;如果路
面阻力很小,车利用惯性可走很长距离。宇宙飞船飞向月球也要利用惯
性。飞船飞出地球的大气圈以后,它所遇到的阻力几乎是零,飞船可以
在不使用燃料的情况下,按已经得到的速度飞行。
惯性的例子在日常生活中是不胜枚举的。给我们带来不便的惯性,
就要设法减小它的作用。例如:坐汽车或飞机时要将安全带系好,没有
安全带时则要扶好坐稳,以免人由于惯性作用而使身体受到磕碰伤害。
汽车、自行车在刹车时一定要刹住后轮,否则会很危险。比如:飞
快骑自行车的人,当他遇到紧急情况,突然用前闸刹车时,车身后部会
跳起来,甚至整个车身会以前轮为支点向前翻倒。这是因为前轮虽已停
止运动,但是后轮和人由于惯性却还继续向前运动的结果。那么,刹住
后轮,为什么前
轮向前冲的惯性不会使车子翻倒呢?因为这时整个车身以后轮为支
点,由于车身受到地面的阻碍,要想往前翻,是翻不过去的。
有趣的作用和反作用
你只要仔细观察,便会发现这样一个有趣的现象:每一个力都有一
个相等的反作用力。请看大力士挥手劈砖:在手给砖作用力的同时,砖
也给手回敬了一个大小相等而方向相反的反作用力。当物体放在地面上
时,物体对地面便有一定的压力,同时物体也受到地面的反作用力(支
撑力),它们也是大小相等、方向相反的,分别作用在地面上和物体上。
作用和反作用的现象在我们的日常生活中处处可见。
对任何作用力来说,总是存在一个数值相等、方向相反的反作用力。
作用力与反作用力总是作用在两个不同的物体上。这就是物体间的相互
作用规律——牛顿第三定律。字宙间的力都是成对出现的,一个没有“伙
伴”的单独的力是不存在的。
人类在日常的生活、工作中,总是在自觉或不自觉地应用牛顿第三
定律。
在你划船或游泳时,船桨或手臂把水向后拨;在这同时,船或人体
受到水向前的推力,使船或人向前行进。
吹起一个气球,然后把捏住气球口的手松开,你将会看到当空气从
气球里向外逃时,气球则朝与空气相反的方向运动。火箭和喷气式飞机
就是这样制造的:当空气被迫朝后(或朝下)冲出时,飞机或火箭则以
极快的速度朝前(或朝上)飞行。
如果你的同伴和你开玩笑,将你孤零零地抛在光滑的冰面上。冰很
滑,你走不了,如何脱离困境到达岸边呢?精通物理的你非常聪明,你
将身上携带的大书包,或身边的大石头使劲向远离岸边的方向抛出去,
那么使这些物体运动的作用力的反作用力将帮助你向岸边滑去。