力學(xué)故事

尼克·阿諾德　岳金霞

力有很多種，有輕彈一粒豌豆那樣微小的力，也有宇宙星體之間巨大的引力。如果你不小心摔倒了，那也是力的作用。本期讓我們來(lái)了解一些關(guān)于力學(xué)的知識(shí)。

偉大的牛頓

艾薩克·牛頓從小就對(duì)科學(xué)產(chǎn)生了濃厚的興趣，后來(lái)他去劍橋大學(xué)讀書(shū)，把所有的時(shí)間都花在學(xué)習(xí)和做實(shí)驗(yàn)上，以至于常常忘記吃飯。

牛頓在研究力學(xué)的同時(shí)，發(fā)明了微積分。人們至今仍在使用這個(gè)數(shù)學(xué)工具，甚至用它來(lái)計(jì)算火箭的航程。緊接著，牛頓實(shí)現(xiàn)了人生當(dāng)中最偉大的一次科學(xué)發(fā)現(xiàn)。

剛開(kāi)始接觸力學(xué)知識(shí)的時(shí)候，你會(huì)發(fā)現(xiàn)它們有些復(fù)雜難懂。然而許多年前，一位英國(guó)科學(xué)家早就將力學(xué)知識(shí)解釋得非常透徹了，他就是大名鼎鼎的艾薩克·牛頓。

一大傍晚，牛頓在果園里計(jì)算著月亮是如何繞地球旋轉(zhuǎn)的。一陣風(fēng)吹過(guò)，一顆蘋(píng)果從樹(shù)上掉了下來(lái)，恰好砸在了牛頓的頭上……

牛頓一邊揉著腦袋，一邊思考著：為什么蘋(píng)果會(huì)掉下來(lái)而月亮不會(huì)掉下來(lái)呢甲從此，他開(kāi)始了一系列計(jì)算研究。20年后，他發(fā)表了自己的理論成果《自然哲學(xué)的數(shù)學(xué)原理》。

在這本科學(xué)著作當(dāng)中，牛頓解釋了整個(gè)宇宙的奧妙，提出了有關(guān)力學(xué)的三個(gè)定律以及物體是怎樣運(yùn)動(dòng)的，這些發(fā)現(xiàn)奠定了經(jīng)典力學(xué)的堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

騎車(chē)歷險(xiǎn)記

在牛頓之前，人們對(duì)力學(xué)知之甚少。不過(guò)在那之后，物理學(xué)家們可就輕松多啦！一切運(yùn)動(dòng)都能用力學(xué)定律來(lái)解釋，包括你第一次學(xué)習(xí)騎自行車(chē)。

還記得你當(dāng)初學(xué)騎自行車(chē)的情形嗎？當(dāng)你騎上自行車(chē)時(shí)，你不能將書(shū)包和三明治等重物同時(shí)掛在一側(cè)的車(chē)把手上，因?yàn)檫@樣自行車(chē)會(huì)受力不均，朝一邊歪斜。

此外，重力、速度、地形和風(fēng)速都會(huì)對(duì)你的騎行產(chǎn)生一定的影響。

慣性是物體保持原來(lái)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的一種屬性。因?yàn)閼T性，剛開(kāi)始踩動(dòng)自行車(chē)會(huì)比較費(fèi)勁。然而，當(dāng)你已經(jīng)騎行起來(lái)，就會(huì)輕松很多。遇到陡坡時(shí)，你需要多費(fèi)點(diǎn)兒力氣，這是許多力相互作用的結(jié)果。

下坡了！這時(shí)，重力想要把你拉回地球，這會(huì)使你感到一股加速的動(dòng)力，自行車(chē)的速度會(huì)逐漸加快。小心一些哦！

當(dāng)你騎車(chē)下山坡時(shí)，會(huì)感到風(fēng)強(qiáng)勁地吹著你的臉頰。這時(shí)，你的速度會(huì)變慢，這種力叫做阻力。

有趣的重力

累壞了吧？要不要放松一下？下面讓我們來(lái)看看重力。

任何物體之間都有引力。質(zhì)量大的物體會(huì)吸引質(zhì)量小的物體，這種力的作用我們平時(shí)根本發(fā)現(xiàn)不了。除非，這個(gè)物體的體積非常巨大，比如地球。地球?qū)τ谖矬w的引力叫做重力。讓我們?nèi)ンw驗(yàn)一下重力，來(lái)一堂驚險(xiǎn)刺激的自由跳傘課吧！

自由跳傘課

這架飛機(jī)位于6100米高空。別害怕，仔細(xì)檢查你的降落傘是不是牢固，然后從飛機(jī)上往下跳……閉上眼睛一一三、二、一！

剛跳下去的一段時(shí)間內(nèi)，你可以在空中盡情地翱翔一會(huì)兒……這時(shí)，你可能會(huì)在空中翻跟頭，因?yàn)榇藭r(shí)的你根本無(wú)法保持身體平衡。

接下來(lái)的15秒，你會(huì)越落越快，在空氣阻力的作用下，你的速度會(huì)達(dá)到每秒50米。哇，真過(guò)癮！現(xiàn)在，試著臉朝下，張開(kāi)雙臂……這樣能增大阻力作用，使你不至于下落得太快。

注意，你將會(huì)在25秒內(nèi)落地一一現(xiàn)在，拉開(kāi)降落傘的傘繩——準(zhǔn)備著陸！

各種輪子

旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)與離心力、向心力有關(guān)。如果用一根繩子拴住小球繞圈旋轉(zhuǎn)，離心力會(huì)試圖把小球沿直線甩出去，而向心力則會(huì)把小球拉向旋轉(zhuǎn)中心。正是有了離心力和向心力，輪子才得以轉(zhuǎn)動(dòng)前進(jìn)。你能說(shuō)出生活中有哪些輪子嗎甲讓我們來(lái)看一看輪子的諸多用途。

1.摩天輪

摩天輪最早出現(xiàn)在17世紀(jì)的俄國(guó)。據(jù)說(shuō)，這項(xiàng)發(fā)明是受了孩子們坐水車(chē)汲水玩耍的啟發(fā)。水車(chē)旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的離心力常常會(huì)把孩子們丟到河里去一一幸好他們都會(huì)游泳！

2.旱冰鞋

18世紀(jì)發(fā)明家約瑟夫·默林為了炫耀他發(fā)明的旱冰鞋，一邊滑行一邊演奏小提琴，在光滑的地板上嗖嗖滑行，酷極了！然而，他最終因?yàn)闊o(wú)法停下而撞到了一面鏡子上！

3.驅(qū)動(dòng)機(jī)器

轉(zhuǎn)動(dòng)輪子還可以獲得能量，這種能量可以用來(lái)驅(qū)動(dòng)機(jī)器。19世紀(jì)，囚犯?jìng)儽粠нM(jìn)一個(gè)腳踏的動(dòng)力輪里，被迫不停地攀爬轉(zhuǎn)動(dòng)這個(gè)巨大的輪子。輪子旋轉(zhuǎn)能給輪船提供動(dòng)力，防止輪船下沉。

4.過(guò)山車(chē)

當(dāng)你坐在過(guò)山車(chē)上，頭部朝下快速行進(jìn)時(shí)，由于向心力的作用，你的屁股會(huì)緊緊貼在座位上，不會(huì)掉落下來(lái)哦！

神奇的力學(xué)與我們的生活息息相關(guān)。盡管我們今天已經(jīng)了解了一些力學(xué)知識(shí)，但這還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠。自然界中，還有更多的力學(xué)原理等待你去發(fā)現(xiàn)和探索。