無處不在的彈力

薛海鳳

力能使物體發生形變，也能改變物體運動狀態，力在生活中發揮著重要作用。有這樣一種力：小青蛙玩具上弦后，放在地上會自己跳起來; 射箭運動員把弓箭射出去;跳水運動員、蹦床運動員依賴它完成各種優美的空中動作，這就是彈力。發生彈性形變的物體，會對跟它接觸且阻礙它恢復原來形狀的物體產生力的作用，這種力叫彈力。

彈力在生活中無處不在。繩的拉力、彈簧施加的力都是彈力。杯子放在桌面上，杯子對桌面的壓力、桌面對杯子的支持力也是彈力。

彈力的兩個要素：接觸、彈性形變。物體在力的作用下發生的形狀或體積改變叫作形變。形變有兩種：（1）外力撤銷后，物體能完全恢復原狀，叫彈性形變。（2）外力撤銷后，物體不能完全恢復原狀，叫塑性形變。物體能恢復原狀的力叫彈力。因物體的彈性形變有多種多樣，所以產生的彈力也有各種不同的表現形式。把重物放在塑料板上，被壓彎的塑料要恢復原狀，產生向上的彈力，這就是它對重物的支持力。物體掛在彈簧上，把彈簧拉長，被拉長的彈簧要恢復原狀，產生向上的彈力，這就是它對物體的拉力。

不僅塑料、彈簧等能夠發生形變，任何物體都能夠發生形變，不發生形變的物體是不存在的。不過有的形變比較明顯，能夠直接見到;有的形變相當微小，必須借助儀器才能覺察出來。彈力的方向跟使物體形變的力的方向相反。撐桿彎曲發生形變產生彈力讓撐桿跳高運動員越過橫桿，蹦床形變產生的彈力把運動員拋向空中，高壓氣槍靠彈簧的彈力推動活塞壓縮空氣把子彈射出去，各種彈射器、自行車或摩托車的減震裝置都利用了彈力。主要用于捆扎物品，具有回彈性好、價低、方便等特點的橡皮筋（學名乳膠圈）;廣泛運用于服裝領域的松緊帶（又叫彈力線）;主要用于外科包扎護理，對創面敷料進行固定或限制肢體活動的彈力繃帶;紡紗時加入很細的高強度橡膠皮筋制成的彈力棉等都有彈力的作用。

早在歷史悠久的青銅時代就存在金屬彈簧。彈簧很早之前就有應用了，古代的弓弩就是廣義上的彈簧。真正意義上的彈簧是符合“胡克定律”的彈簧。英國科學家胡克提出了“胡克定律”：在彈性限度范圍內，彈簧所受的力的大小與形變量成正比，F=kx，F為彈力，k為勁度系數（或倔強系數），x為彈簧拉長（或壓短）的長度。根據這一原理，1776年，使用螺旋壓縮彈簧的彈簧秤問世。不久，專供鐘表使用的彈簧也被胡克本人發明出來。先進的制造方法，使今天的彈簧無處不在。各類彈簧產品共有21個大類、1600多個品種，主要有氣門彈簧、螺旋彈簧、懸架彈簧、膜片彈簧、減震彈簧、板彈簧、液壓彈簧、空氣彈簧、油泵彈簧、碟形彈簧、高溫彈簧、卡簧、拉簧、扭簧、壓簧、渦卷彈簧、記憶合金彈簧以及異型彈簧等。

彈簧主要功能有：①控制機械的運動，如內燃機中的閥門彈簧、離合器中的控制彈簧等。②緩沖功能，吸收振動和沖擊能量，如汽車、火車車廂下的緩沖彈簧、聯軸器中的吸振彈簧等。③帶動功能，儲存及輸出能量作為動力，如鐘表彈簧、槍械中的彈簧等。④測量功能，用作測力元件，如測力器、彈簧秤中的彈簧等。⑤發聲功能，當空氣從口琴、手風琴中的簧孔中流動時，沖擊簧片，簧片振動發出聲音。 ⑥復位功能，建筑大門的合頁上裝了復位彈簧，人們進出后門會自動復位。自動傘、自動鉛筆等，以及各種按鈕和按鍵也少不了復位彈簧。⑦緊壓功能，盒式磁帶、訂書機、自動步槍中的子彈自動上膛、夾衣服的夾子、圓珠筆、鋼筆套上的夾片都利用彈簧的緊壓功能。

日用品業及五金業，包括打火機、玩具、鎖具、門鉸鏈、健身器、床墊、沙發等對彈簧需求量最大，汽車、摩托車、助動車、內燃機、電氣、儀器等行業的發展也帶動了彈簧行業的發展。

我們來做有關彈力的小實驗

[器材]

扁玻璃瓶、帶孔橡膠塞、吸管、空礦泉水瓶、一次性筷子、橡皮筋、衣服夾子、腳盆、清水、藍莓汁或紅墨水、卷筒紙軸或保鮮膜（帶）紙軸、圓珠筆芯、礦泉水瓶蓋、剪刀、回形針。

1[微小形變演示儀]

扁玻璃瓶裝滿藍莓汁水，插有吸管的橡膠塞塞緊瓶口，注意到水上升至瓶口上方吸管。沿長軸方向按壓玻璃瓶，發現吸管中水面下降。沿短軸方向按壓玻璃瓶，發現吸管中水面上升。

2[彈力小車]

卷筒紙軸沿縱向剪去四分之一，正對兩側共開4個空，插入吸管，圓珠筆芯充當車軸插進吸管，兩側套入打好孔的瓶蓋充當車輪。幾根橡皮筋串起來，一頭固定在后輪車軸上，另一頭用回形針固定在前輪側紙筒上。拉緊橡皮筋，轉動后輪車軸使橡皮筋纏繞在車軸上，松手，發現小車朝前運動起來。

3[簡易橡皮筋動力小船]

空礦泉水瓶兩側用橡皮筋各固定一根一次性筷子，露出瓶外的筷子部分再套上橡皮筋，衣夾取一半，半截放入橡皮筋中，順時針旋轉纏繞橡皮筋，再放入水中松手，發現衣夾旋轉開來拍打著水面，“小船”也筆直朝一個方向快速前進。