乘電梯時的物理思考

電梯已成為城市生活的一種重要交通工具，給人們帶來了方便、快捷的享受。那么，當你在乘坐電梯的時候，是否覺察到其中包含著許多物理現象，涉及到許多物理知識呢?

比如：電梯在運動的時候，實現了將電能轉化成了機械能；電梯箱內的電燈發光的時候，實現了將電能轉化成了內能和光能；電梯工作的時候通過了許多傳動裝置(如滑輪)實現了動力的傳動，還起到了省力的作用；電梯上下運動時。與周圍的物體之間存在著相對運動的問題等等。

只要我們仔細留心一下，就會發現這些現象，對于這些現象，如果我們能應用所掌握的物理知識對這些現象做出合理、正確的解釋，將對我們學好物理知識起到鞏固和促進的作用。

下面以電梯中的這樣一個現象，談談其中包含的物理知識，說明物理與生活的密切關系：

當電梯在開始上升或在下降過程開始停止的時候，如果你注視著電梯箱內的某一行提示語或固定在電梯箱內壁上的某一物體，你會感覺到它在上升；當電梯在開始下降或在上升過程開始停止的時候，你會感到它在下降。

從相對運動的角度來看，當我們站在電梯箱中，隨著電梯一起上升或下降時，無論電梯處于何種狀態，我們相對于電梯都是靜止的，相對于固定在電梯箱內壁上的提示語或固定在內壁上的其他物體也是靜止的。但是，當電梯在開始上升或下降的時候，以及在開始停止的時候，為何感覺到內壁上的提示語或物體相對于我們在運動呢?

其實，這種現象的產生，正是由于相對運動產生的結果。要運用相對運動來解釋這種現象，我們還需要先了解眼睛的基本結構和視覺產生的基本原理。

一方面，我們能夠看到物體，是因為物體通過晶狀體將它的像成在視網膜上，刺激視網膜上的神經使其產生興奮，興奮通過傳人神經傳給大腦，最終形成視覺的。其中，晶狀體相當于凸透鏡，是成像的主要器官，它通過睫狀肌固定在頭部的眼眶上，而睫狀肌具有一定的彈性或韌性，使得晶狀體在一定范圍內可以隨意運動。

另一方面，我們觀察物體時，如果物體在水平方向上，我們是平視，此時，物體、晶狀體和視網膜的中心近似于在同一水平直線上，物體成像在視網膜的中心部位，其成像原理如圖(1)所示。

當物體在水平視線上方時，我們要仰視，此時，物體的像將成在視網膜的下方部位，其成像原理如圖(2)所示。

當物體在水平視線下方的時候，我們要俯視，此時，物體成像在視網膜的上方部位，其成像原理如圖(3)所示。

根據成像原理，結合光路的可逆性可知：如果物體成像在視網膜的中心，視覺上物體就在水平方向；當物體成像在視網膜的下方，視覺上物體就在水平視線的上方；當物體成像在視網膜的上方，視覺上物體就在水平視線的下方。

我們走進電梯箱時，電梯箱處于靜止狀態，站立時，人及眼眶中的晶狀體相對于電梯箱也是靜止的，電梯箱處于勻速上升或勻速下降的過程中，眼眶中的晶狀體相對于電梯箱也是靜止的。在電梯開始上升或在下降過程開始停止的時候，人體受到電梯箱底板的力的作用，隨電梯一起加速上升或減速下降，而此時，晶狀體由于慣性要保持原來的運動狀態，與眼眶產生相對向下的運動，使本來在視網膜中心部位成像的物體的像，成在了視網膜的下方，便產生了物體向上運動的視覺效果。

同理，當電梯在開始下降或在上升過程開始停止時，人體仍然受到電梯箱地板的力的作用，相對于電梯箱仍是靜止的，但晶狀體由于慣性卻相對于眼眶向上運動，使本來在視網膜中心部位成像的物體的像，成在了視網膜的上方，便產生了物體向下運動的視覺效果。