物理世界漫游指南(7)

压力与压强

上周末的课前,学生江瑞早早就来了,那时我在往墙上钉钉子,他就在一边看。

“哐当!”我又一锤子下去,钉子依然没进去,反而被砸弯了。

“我去,弯了!老师你还是换一根粗一点的钉子吧。”江瑞惊呼道。

我说:“不,粗的钉子更钉不进,得换一根细一些的。”

我便找了一根只有之前一半粗细的钉子,“哐哐哐!”砸了三下,顺利钉入墙面。

江瑞很是诧异。为什么更细的钉子反而更容易钉进墙面呢?

在物理学中,单位面积上的压力,叫做压强。当我用粗细两种不同的钉子钉墙的时候,虽然用的力相同,于是墙面所受的压力相同,但是墙面所受的压强却不一样。

用细钉子的时候,我所用的力都集中在那极细的钉尖上,而用粗钉子的时候,由于它与墙面接触的面积比细钉更大,所以我施加的力被分散得更多。

因此,墙面受到细钉所加的压强,自然就比粗钉大得多,所以细钉反而能轻松钉进墙面。

事实上,由于钉尖非常非常细,以至于我把它钉进墙面的那一瞬间,墙面所承受的压强甚至比十辆汽车对地面的压强还要大。

我初中时的班主任孙立群老师曾在课堂上给我们讲过一则《好快刀》的故事:

明朝末年,济南府所属地域多有强盗。每县各自备置兵丁,捕到强盗就杀掉。章丘县有一个兵的佩刀非常锋利。有一天,捕得十多名强盗,押赴刑场。里边一个强盗认识那个兵,便对他说:“听说你的刀最快,砍脑袋没有砍两次的,求你杀我!”兵说:“行,你靠近我,不要远离。”强盗跟到行刑的地方,兵拔出刀来对他一挥动,毫无阻碍的头就落地了。几步之外,头颅仍在转圈儿并大声赞叹说:“好快刀!”

锐利的刀子更容易切割东西,也是由于力量集中在比较小的面积上的缘故。

当然,在生活中的一些地方,我们不希望压强太大,这就要求我们反其道而行之,增大压力与受力物体的接触面积。比如:火车的铁轨下要垫上枕木,坦克要装履带,滑雪要穿雪橇等等。

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