令人費(fèi)解的鉛筆
像圖10那樣,將一根長鉛筆放在水平伸出的雙手食指上,慢慢地將兩根手指互相靠近,同時(shí)保持鉛筆始終處于水平狀態(tài)。注意觀察鉛筆,它會(huì)輪番在兩根手指上移動(dòng)——先是這邊,然后那邊,然后又這邊,又那邊……假如用一根更長的棍子代替鉛筆,這樣輪番移動(dòng)的次數(shù)就會(huì)更多。應(yīng)該如何解釋這個(gè)令人費(fèi)解的現(xiàn)象呢?
圖10 鉛筆在兩根手指移近時(shí)交替向兩個(gè)方向移動(dòng)
這里用到兩個(gè)對(duì)我們有幫助的定律——庫倫-阿蒙頓定律和物體滑動(dòng)時(shí)的摩擦力比物體靜止時(shí)的摩擦力小的定律。前者的內(nèi)容是,物體開始滑動(dòng)時(shí)受到的摩擦力T是某個(gè)表示相互摩擦物體特征的數(shù)值f與物體作用于支點(diǎn)的壓力N的乘積。用公式表示為:
接下來我們?cè)囍眠@兩個(gè)定律來解釋一下鉛筆移動(dòng)的問題。
鉛筆被放在兩根手指上的時(shí)候很難使壓在兩根手指上的力完全相等,總會(huì)有一根手指上受到的力相對(duì)大些,所以那根手指上的摩擦力就比另一根手指上的大。
庫倫-阿蒙頓定律公式清晰地向我們展示了這一點(diǎn)。這個(gè)較大的摩擦力阻礙了鉛筆的運(yùn)動(dòng),使鉛筆只能在壓力較小的支點(diǎn)上移動(dòng)。但鉛筆的重心隨著兩根手指的相互接近越來越靠近滑動(dòng)的支點(diǎn),使該支點(diǎn)上的壓力漸漸增大。由于物體滑動(dòng)時(shí)的摩擦力比物體靜止時(shí)的摩擦力小,所以這個(gè)滑動(dòng)會(huì)持續(xù)一會(huì)兒,直到滑動(dòng)支點(diǎn)上的壓力增加到一定的程度,同樣增加到極限的摩擦力就會(huì)使這一支點(diǎn)上的滑動(dòng)停止,這時(shí)另一個(gè)支點(diǎn)——也就是另一根手指就成了滑動(dòng)的支點(diǎn)。這種現(xiàn)象會(huì)輪番出現(xiàn),在兩根手指互相靠近的過程中,它們會(huì)輪流成為鉛筆的滑動(dòng)支點(diǎn)。
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