徒手劈木板的奧秘

大氣壓強簡稱“大氣壓”，是作用在單位面積上的大氣壓力，它是空氣的分子運動與地球重力場綜合作用的結果。在海平面，標準大氣壓約為1.013×105Pa，相當于760毫米水銀柱產生的壓強。大氣壓隨高度的增加而減小，這是由于隨著高度增加，上方空氣柱的質量減少導致的。氣壓還受到溫度和濕度等因素的影響，是天氣預報中的關鍵參數之一。

在力的作用下能繞固定點轉動的堅實物體叫杠桿，杠桿是最簡單的機械之一。杠桿原理是物理學中經典力學的基本定理之一，揭示了作用在杠桿上的力與力臂之間的平衡關系。當動力與動力臂的乘積和阻力與阻力臂的乘積相等時，杠桿處于平衡狀態。阿基米德的名言“給我一個支點，我可以撬動地球”，形象地說明了杠桿原理在物理學和工程學中的核心地位。

當大氣壓遇上杠桿，會產生很多非常有趣的物理現象，本期科學課堂為大家揭開徒手劈木板的奧秘，接下來請跟著本文一起動手實驗吧。

科學原理：

1．廣告紙蓋在薄木板上時，根據F=pS=1.013×105Pa×1m2 =1.013×105N，廣告紙受到的大氣壓力可達到101300N（相當于約10噸物體的重力）。這一巨大壓力會將木板緊緊壓在桌面上，使得木板在被劈擊時，靠近桌面的部分無法向上翹起（若沒有廣告紙，劈擊時木板會被輕易抬起，力的作用會分散）。此時，木板與桌面接觸的邊緣成為一個近似固定的“支點”，伸出部分的受力會集中在支點處，為斷裂創造條件。

2．當手掌快速劈擊木板伸出的一端時，伸出部分會瞬間受到一個向下的沖擊力。但木板未伸出桌面的部分（被廣告紙壓住的部分）因慣性會保持原來的靜止狀態，導致木板被“分割”為兩部分：伸出端受沖擊力向下運動，而固定端因慣性保持靜止，兩者的運動趨勢相反，使得木板與桌面接觸的邊緣（支點處）產生了強烈的彎曲形變。

3．手掌的劈擊是瞬時沖擊力（作用時間極短，通常小于 0.1 秒），這種力的特點是 “強度大、作用集中”，手掌的沖擊力作用在木板伸出端（力臂較長），會產生較大的力矩，迫使木板以支點為軸發生彎曲。當彎曲力矩超過木板的抗彎曲強度（即木板內部纖維能承受的最大拉伸 / 壓縮力）時，木板會在支點處斷裂 —— 伸出部分因力矩作用向下彎折，固定部分因慣性保持不動，最終在應力集中處（支點附近）被“撕裂”。

材料準備：

薄木板（長1m、寬10cm、厚3mm）、報紙或廣告紙（長1m、寬1m）

實驗操作：

1.將薄木板平放在水平桌面上，一端伸出30cm。

2.將廣告紙鋪開，平整地蓋在薄木板上，并用手將廣告紙壓緊壓平，排出紙與桌面間的空氣。

3.用力快速擊打伸出桌面的薄木板（稍微遠離桌面的位置），可發現薄木板被劈斷了。

材料準備

步驟1

步驟2

步驟3-1

步驟3-2