從一則公益廣告想到的物理問題

李澤寧

摘 要：利用機械能守恒定律和沖擊力計算公式，對一則公益廣告包含的物理學問題進行研究，不斷提高認識問題分析問題解決問題的能力。

關鍵詞：高中物理;能量守恒

前些天，從我家附近停車場經過時，欄桿上的一則公益廣告吸引了我。公益廣告的題目叫做《一個雞蛋的威力》，“它只是一顆小小的雞蛋，但也可能是殺人‘兇手’。一個重30克的雞蛋，從4樓落下會讓人頭起腫包，從8樓落下會讓人頭皮破損，從18樓落下會砸破人的頭骨，從25樓落下可致人當場死亡。”

在響應和認同這則廣告所提出的“共同譴責高空拋物的行為”倡議的同時，我一直在思考，能不能用學習的物理知識，從科學的角度解析這個問題呢？一顆雞蛋大小的物體能夠對人造成多么大的傷害呢？于是我就開始了進一步的研究。

一、物理學原理

1、機械能守恒定律：是動力學中的基本定律，即任何物體系統如無外力做功，系統內又只有保守力做功時，則系統的機械能（動能與勢能之和）保持不變。就雞蛋落地這個論題來說，是勢能和動能的轉換，公式為mgh=mv2

2、沖擊力計算公式：Ft=mv F為平均作用力，t為時間，m為物體質量，v為速度

二、相關假設

1、假設一個雞蛋質量為30克;

2、假設每一層樓高3.5米，則4層樓高度為14米，8層樓高度為28米，18層樓高度為63米，25層樓高度為87.5米;

3、通常物體與地面的碰撞時間是很短的，速度越快，碰撞時間越短，假設4個高度下碰撞時間分別為0.1秒、0.06秒、0.04秒、0.02秒。

4、由于雞蛋為橢圓形，受空氣阻力的影響較小，假設風阻可以忽略不計。

三、分不同的高度計算相應的沖擊力

1、14米高沖擊力計算。

第一階段，計算雞蛋落到人頭上的速度。

根據假設，m=0.03千克，h=14米，g=9.8米/秒2。

根據勢能動能轉換公式，可以得到雞蛋落到人頭上的速度，

v==16.22（米/秒）

第二階段，雞蛋沖擊人后短時間內速度減為0，計算沖擊力。

根據假設，t=0.1秒。

根據沖擊力計算公式，F=mv/t=0.03×16.22÷0.1=4.87（牛頓）

2、28米高沖擊力計算。

第一階段，計算雞蛋落到人頭上的速度。

根據假設，h=28米，g=9.8米/秒2。

根據勢能動能轉換公式，可以得到雞蛋落到人頭上的速度，

v==23.43（米/秒）

第二階段，雞蛋沖擊人后短時間內速度減為0，計算沖擊力。

根據假設，m=0.03千克，t=0.06秒。

根據沖擊力計算公式，F=mv/t=0.03×23.43÷0.1=11.72（牛頓）

3、63米高沖擊力計算。

第一階段，計算雞蛋落到人頭上的速度。

根據假設，h=63米，g=9.8米/秒2。

根據勢能動能轉換公式，可以得到雞蛋落到人頭上的速度，

v==35.14（米/秒）

第二階段，雞蛋沖擊人后短時間內速度減為0，計算沖擊力。

根據假設，m=0.03千克，t=0.04秒。

根據沖擊力計算公式，F=mv/t=0.03×35.14÷0.04=26.36（牛頓）

4、87.5米高沖擊力計算。

第一階段，計算雞蛋落到人頭上的速度。

根據假設，h=87.5米，g=9.8米/秒2。

根據勢能動能轉換公式，可以得到雞蛋落到人頭上的速度，

v==41.41（米/秒）

第二階段，雞蛋沖擊人后短時間內速度減為0，計算沖擊力。

根據假設，m=0.03千克，t=0.02秒。

根據沖擊力計算公式，F=mv/t=0.03×41.41÷0.02=62.12（牛頓）

四、結論

根據上述計算，從4層、8層、18層、25層樓的高度墜落的雞蛋，人受到的沖擊力分別為4.87牛頓、11.72牛頓、26.36牛頓、62.12牛頓，隨著高度的增加，沖擊力更幾何倍數增長。一顆雞蛋，如果被我們食用，能夠增強我們的體質，如果被當作高空拋物，卻能夠給別人帶來巨大的傷害。趨利避害，舉手之勞，文明行為從我做起，從一點一滴做起，應當是大家的明智之選。

在寫這篇短文的時候，發現了自己在物理知識方面的欠缺還非常多，比如沖擊力計算的時間是假設的，有主觀臆斷之嫌，現實中風阻系數等因素都沒有考慮進去，這些都是需要我在下一步學習中不斷思索、不斷提高，進一步提高分析問題、解決問題的能力。