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运动和力

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尖锐的物体为什么特别锋利?

 你有没有想过,针为什么能轻松穿透物体?为什么针能轻松穿过布料或纸板,钝的钉子却很难完成同样的任务?说到底,无论是针还是钉子,它们受到的力难道不是一样的吗?力是一样的,不一样的是它们产生的压强。针的所有力都集中于针尖,要是换成钉子,同样的力分散在它钝圆的头部,这个面积比针尖大得多。所以,虽然我们施加了同样的力,但针产生的压强比钉子大得多。

尖锐的物体为什么特别锋利?

 

你们都知道,松土时,20齿的耙子比同样重量的60齿耙子挖得深。这是为什么?因为前者每根耙齿产生的压强比后者大。

 讨论压强时,除了力以外,我们还必须考虑到力的作用面积。如果有人告诉你,一名工人拿到了100块钱,你并不知道他的薪水是高还是低,因为你不知道这是一年的工资还是月薪。 同样的,力的效果取决于它的作用面积是1平方厘米还是0.01平方毫米。有了滑雪板,我们就能轻松穿过覆盖新雪的地面,要是靠自己的双脚,你只会陷进雪里。为什么?滑雪板承载你体重的面积比你的双脚大得多。假设滑雪板的面积相当于脚掌面积的20倍,那么它对雪地产生的压强只有双脚的1/20。正如我们已经注意到的,用了滑雪板,新雪可以承载你的体重,要是没有它,你很容易陷进雪地里。

因此沼泽地区的马匹需要特制的马蹄铁,这能增大它们的受力面积,减小每平方厘米的压强。也是出于这个原因,人们在穿越泥塘或薄冰时会采取同样的预防措施,他们往往会趴下来匍匐前进,以增大自身体重的受力面积。

最后,虽然坦克和履带式拖拉机都很重,但它们不会陷进松软的地面,同样是因为它们的重量分布在一个相对较大的支撑面上。一台重达8吨的拖拉机产生的压强只有区区600克/平方厘米。有的履带车产生的压强只有160克/平方厘米,尽管它重达2吨,所以它才能轻松穿过泥煤沼泽和沙滩。在这些案例里,更大的受力面积带来了好处,与针的例子完全相反。

 以上所有案例表明,尖锐的物体之所以特别锋利,唯一的原因是它的端部受力面积特别小。所以锋利的刀比钝刀更好切,因为承载力的刀锋面积更小。总之,尖锐的物体更容易刺穿、切开其他东西,因为它们的尖端和锋刃产生的压强更大。

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