第3章 有趣的力学(2)

在这个过程中并不是你的体重变轻了，也不是有什么神秘物质在托举你，而是在电梯启动的时候你脚下的电梯板已经具备了一个下降的速度，而初入电梯的你还不具备这个速度。那一瞬间，你对电梯地板几乎没有任何压力，所以你才会感觉到自己的体重变轻了，甚至感觉自己浮在了半空中。可是很快你也有了下降的速度，对地板产生了压力，那种失去重量的感觉也就消失了。

其实很多娱乐项目都利用了失重的原理，因为失重能给人带来一种刺激的感受。懂了这些原理之后，下次去玩蹦极、高空跳伞的时候不妨分析一下自己的受力情况吧！

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看得到的失重

如果上面的描述太过抽象的话，那么让我们一起来做个小实验观察一下失重现象吧。将一个砝码挂到弹簧秤的秤钩上，为了便于观察秤和砝码一同运动时的数值变化，我们可以在秤的缺口处放上一小块软木，观察软木的位置变化。

现在将挂好砝码的弹簧秤向下迅速移动，你会发现读数显示的重量远远小于砝码的重量值。如果你让这个秤做自由落体运动，并且你能够在秤落到地面之前观察读数的变化，你会发现砝码在坠落时是没有重量的，此时弹簧秤的指针一直停留在零这个位置上。

比萨斜塔上的对决

一个人站到了比萨斜塔的尖上，这是要干什么？让我们先来听听周围的人怎么说。“肯定是大铁球先落地啊，大的重啊！”“是啊，几千年前的圣人亚里士多德都是这么说的！”“也不一定啊，我觉得伽利略也很有实力的。我赌伽利略赢！”“我相信亚里士多德！”到底在干什么呢？再不开始，下面就要变成赌场啦！

原来这就是伽利略著名的铁球实验。他是意大利著名的物理学家和天文学家。据说，他首先用石块分析出了重力并不影响它们落地的时间。他对自己的结论深信不疑，为了让大家心服口服，他决定在比萨斜塔上做一个实验，证明亚里士多德的结论是错误的，这可真是超越时空的对决！

这一天，伽利略站到了比萨斜塔上，下面聚满了人。只见伽利略平举双手，在同一高度释放了两个大小不一的铁球。此时，围观的人们又惊奇又紧张，如果两个铁球同时落地，那么，他们信奉了2000年的亚里士多德的理论就错了！这是多可怕的事情！但结果就是如此可怕，两个铁球同时落地了，伽利略战胜了亚里士多德！

这两个铁球的运动同样是自由落体运动。不受任何阻力，只受重力作用且初速度为0的运动，就是自由落体运动。伽利略的自由落体实验揭示了自由落体定律，：物体下落的加速度与物体的重量无关。

可是，我们生活中，不是大铁球先落地吗？石头不是比羽毛先落地吗？实际情况的确是这样的。那不是与伽利略的结论矛盾了吗？

这是因为在地球上自由下落的物体，除了受重力影响外，还受空气阻力和摩擦力影响。通常，重量越轻的物体，受到的摩擦力越大，阻止它下落的力也就越大，所以，掉落速度更慢，也就更晚落地。

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真正的自由落体实验

其实伽利略做的实验还算不上真正的自由落体，因为两个铁球还受到空气阻力和摩擦力的影响。要想做真正的自由落体实验必须消灭空气阻力。那么，什么地方可以满足我们的愿望呢？答案是月球。

月球上没有空气，处于一个真空状态，当然，也就没有空气阻力。1971年，阿波罗15号飞船第一次登上月球，万众瞩目之下，宇航员把一根羽毛和一把锤子从同一高度同时扔下来，结果——同时落地！这才是真正的自由落体实验！同时它也证明了伽利略提出的自由落体定律：在没有空气和摩擦力的环境里，任何物体掉落的速度都是一样的。

拖后腿的家伙们：摩擦力和阻力

捣蛋的幽灵：摩擦力

要说力学世界中的捣蛋鬼，非摩擦力莫属。它像幽灵一样无处不在，当人们需要用力向前的时候，它就使劲往后拉；当人们需要后退的时候，它又给人向前的力。下面我们就来看看摩擦力是怎么给人捣乱的。

有一天，周妈妈带着儿子小强去海边玩，小强出门的时候坚持要带上自己心爱的小自行车。妈妈拗不过，只好答应了。

到了海边，小强骑上自己的小自行车，但始终停在沙滩上的某一个地方纹丝不动。这时候，妈妈才走过来微笑着对小强说：“会骑自行车的小朋友们都知道，自行车在沙滩上是寸步难行的，不管你用多大力气，轮子都转不起来。你下车来仔细看看就会发现，自行车轮子的下边陷进了沙子里。车轮转不动，就是这些沙子在捣乱，是沙子用摩擦力拽住了轮子。”

回到家之后，妈妈又带着小强做了一个有趣的实验。妈妈用一个搪瓷缸、一把筷子和一大碗米来做实验原料。妈妈把筷子放在搪瓷缸里，用大米把筷子压实，然后让小强向上提筷子，结果筷子没拿出来，倒把整个搪瓷缸提起来了。妈妈说：“这种现象也是摩擦力在作怪。”顿了一下，妈妈接着说：“自行车陷进了沙滩，就像筷子插在压实的大米里一样，在车轮和沙子之间会产生很大的摩擦力，正是这个摩擦力拽住了车轮子，让你的自行车跑不动。”

亲自做了实验之后，从此小强再也不倔强地要求骑自行车去海滩上玩了，平时在家的时候也知道了要去光滑的路面骑车。

两个互相接触的物体，当它们要发生或已经发生相对运动时，会在接触面上产生一种阻碍相对运动的力，这种力就是摩擦力。那么摩擦力是怎样产生的呢？用显微镜去观察一下物体表面吧！你看到了什么？高高低低、凹凸不平，像小山丘一样的表面！是的，就是这样。物体表面并不光滑，即使看上去很平滑，它的本质上还是凸凹不平的。当这些凹凸不平的表面相互接触时，突起和沟壑就会像齿轮一样咬合在一起，阻止对方的运动，摩擦力也就产生了。

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怎样减小摩擦力

推重物的时候，你是不是希望摩擦力小一些呢？那么，怎样减小摩擦力呢？

1.减少压力。摩擦力跟物体间的压力关系密切，如果能减少压力，如减少重物的重量，那么摩擦力也会随之减少。

2. 压力不变时，让接触面更光滑。如果压力无法改变，那就让接触面光滑一点吧，你可以在接触面上涂抹润滑油或洒些滑石粉。

3.将滑动摩擦改为滚动摩擦。在重物下面装上轮子，让重物“滚起来”，摩擦力就会小多了，推起来也就容易多了。

滑溜溜的世界好恐怖

你知道大力士吗？就是那种力大无穷、身形巨大的勇士！他们总是能做很多神奇的事情。这天，一艘巨大的轮船正准备下海远航，它的绳索正被切断，船身向海里滑去！忽然，一艘快艇飞快地向轮船行驶的方向冲过来，眼看没多久就会撞上！千钧一发之际，一个身强体壮的人出现了。只见他一下抓住轮船前的绳索，用尽力气将轮船朝岸上拖，然后迅速把绳索在铁桩上绕了几圈。很快，船停止了向前航行，那艘快艇也及时改变了航向，一场撞船事故解除了！短短几秒钟，船上的人经历了生死轮回！人们欢呼起来，一起涌向拯救轮船的大英雄！不错，这人是个大力士！但他却不是拯救轮船的核心人物，真正阻止撞船事故的，其实是另一个更名副其实的大力士，它就是摩擦力。

看到这里，是不是觉得总是调皮捣蛋的摩擦力在关键时刻还是很有用的？其实，摩擦力的作用可不止于此。我们都曾经有过在冰面上行走的经历吧？为了能顺利前行，大家做出了各种各样的尝试，我们甚至会感叹，平时粗糙的地面是那么适合行走。其实，这些都源自于摩擦力的作用。虽然摩擦在有些时候是个可恶的幽灵，但是在多数情况下，它是个有利于我们生活的小天使。

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摩擦能帮我们做些什么

首先最简单的，如果没有摩擦，我们根本就站不起来；如果没有摩擦，汽车还没发动就会打滑；如果是汽车开着的时候摩擦力突然没了，那么汽车开起来就停不下来了，因为没有阻碍它运动的力，它就只能无限滑下去，最后与其他车相撞，造成一起又一起的连环追尾事故；当你饿了，想吃饭，筷子和手指之间的摩擦消失，筷子根本不肯呆在你的手上；打开电视看看百米赛跑，你会发现运动员根本无法起跑。哦，差点忘了，在没有摩擦力的世界中，你根本打不开电视机的开关。

人是无法脱离摩擦力生存的，没有摩擦力，这个世界真的会很恐怖，人类也会失去很多乐趣。

惊悚的天上掉馅饼事件

靠近加勒比海的洪都拉斯人特别喜欢吃鱼。每年的5月至7月间，洪都拉斯的天上都会掉“馅饼”，这馅饼不是别的，正是他们最喜欢的鱼。这种现象已经持续了许多年头了，甚至已经被写入洪都拉斯的民俗故事中。传闻鱼雨来临之前，天上总会乌云滚滚，特大暴雨会持续两三个小时，紧接着数百条活鱼就会落在地上。从1989年开始，洪都拉斯的人每年都会庆祝“鱼雨节”。不过，当鱼雨来临的时候，可没有人跑到街上去捡鱼，这是为什么呢？也许你会从另一个故事中得到启示。

1975年，英国的电台记者罗纳·萨班斯尔向大家讲述了他亲身经历的一件事。那时候他为了报道前线新闻，他曾经在驻扎于缅甸的英军中服役，有一次部队来到缅甸与巴基斯坦交界处的库米拉城。这里淡水奇缺，每人每天只能喝几口水保证生存。突然一天，乌云滚滚，大风呼啸，一场暴雨眼看就要到来。罗纳马上脱去衣服，涂上肥皂，站在空地上想痛快地洗个澡。雨终于来了，可是竟不是水，而是一条条沙丁鱼，这些鱼把他打得很痛，没有招架之力的罗纳摔倒在地，他挣扎了很久，才从地上站起来逃回房间中。

这些鱼之所以有这样高的“武功”，就是因为它们是从天空落下来的。即使初速度为零，在下落的过程中，由于重力的作用，它不断做着加速运动，等落到地面的时候，这些鱼已经具有相当高的速度。高速的物体撞在人身上的感觉可想而知。

知道这个道理之后，即使看到天上掉馅饼也千万别忙着去捡，等它落地之后再出手也不迟。

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形形色色的雨

除了洪都拉斯，世界上还有很多国家出现过各种各样的雨。从美国的加利福尼亚州到欧洲的英国再到亚洲印度，也偶尔会有其他一些小动物，例如青蛙和蛇从空中落下，甚至还有一个地方下过银币雨。

这些出人意料的“雨点”多数是由于强大的龙卷风把沿途的水生生物或者其他东西带进云层后，通过强风携带，最终落在很远的地方，形成规模不等的形形色色的“雨”。

高空中落下的奇迹

如果一个人从5500米的高空掉下来，结果会怎么样？这个人99%要摔死了，不过凡事都有例外，下面这位就是个超级无敌的幸运儿。

第二次世界大战中，一架袭击德国汉堡的英国轰炸机被击中起火。坐在飞机后座的机枪手一时拿不到放在机舱前面的降落伞，但又不想活活被烧死，于是他果断地跳出了机舱。他刚刚离开，飞机就爆炸了。这时飞机的高度是5500米。一分半钟以后，他就像一列高速急驶的列车，以每小时200公里的速度飞快地向地面落去。

当他从昏迷中醒来的时候，发现自己并没有摔死，只是皮肤被划破，有多处地方被挫伤。闻讯赶来的德国人也感到惊叹不已，他们对所有的数据进行了精确的测量，发现这不能不说是一个奇迹。

后来，人们经过分析才发现，机枪手下落时幸运地掉在了松树丛林里，而离他不远就是开阔的平原。他先在松树丛上砸了一下，然后掉在积雪很深的雪地上，把松软的积雪砸了一个一米多深的坑。这样一来，机枪手和地面碰撞的时间被延缓了上千倍，冲力也大为减少，只有千分之几。当然也还有一个原因，他受到了空气阻力的保护。如果没有空气阻力，从5500米高的地方落下，落地时的速度要达到每小时180公里左右，而空气的阻力使他的落地速度大大减小，这也是产生奇迹的原因。

这样一分析，大家就会发现，许多没摔死的奇迹都与冲击力被减缓有关，在这个例子中，首先是空气阻力减少了他落地时候的冲击力，另一个是落地的时候积雪的摩擦力减少了冲击力。

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“高空飞人”费利克斯

如果有人告诉你，他要从3.1万米的高空跳下，你一定会认为这人是个疯子！世界上还真有这么一个疯子，而且他对高空跳下还很上瘾。这个人叫费利克斯·鲍姆加特纳，是奥地利的一位极限运动玩家。他最喜欢做的事就是跑到几百层高的楼上或几万米的高空，从上面跳下来，做自由落体运动。当然，他通常都会及时打开降落伞安全着陆。不过，就算如此，3万米还是个恐怖数字，这样的事，大家还是不要模仿了。

怎样游泳速度最快

参加游泳比赛的时候，摩擦力就变成了一个不受欢迎的家伙，如果游泳的时候服装选择失误，水与衣服之间的摩擦力可是会大大减缓运动员的游泳速度呢？