鋼針穿透玻璃 (壓強(qiáng)與動(dòng)能的關(guān)系)
首先把一塊完好無(wú)損的玻璃架在空中,然后表演者要設(shè)法讓一根細(xì)小的鋼針穿過(guò)玻璃。
一些人認(rèn)為,鋼鐵的硬度比玻璃大得多,因?yàn)椴AЫ?jīng)不起敲打,失手一掉就碎,而鋼鐵卻是堅(jiān)韌無(wú)比。如果用鐵棒大力敲擊普通玻璃,發(fā)現(xiàn)要弄碎玻璃并不是難事,但不要以為用鋼針擊穿玻璃輕而易舉。其實(shí),玻璃的硬度比鋼鐵大,若用鋼鐵在玻璃上刻劃,便會(huì)發(fā)現(xiàn)玻璃上并無(wú)殘留鋼鐵的“杰作”,相反,玻璃卻可以在鋼鐵上任意留下痕跡。這就足一證明鐵并不比玻璃硬。倘若要問(wèn)鐵為何會(huì)輕易擊碎玻璃,這就要?dú)w結(jié)與玻璃本身的質(zhì)地了。玻璃硬而脆,受到強(qiáng)力沖擊容易支離破碎,這就解釋了為何玻璃比鐵硬卻容易被鐵敲碎。
鐵用力擊打玻璃,需要制造足夠沖力才能把它擊碎,這便要求鐵本身要具有一定的質(zhì)量,但魔術(shù)中使用的只是小小的一根鋼針。顯然,單純地憑借鋼針自身的質(zhì)量來(lái)?yè)舸┎A切胁煌ǖ?。這時(shí),需要兩個(gè)簡(jiǎn)單的知識(shí)來(lái)解決。
首先是壓強(qiáng)與受力面積的問(wèn)題。在初中時(shí)候,我們都學(xué)過(guò),相同的壓力下,物體受力面積越小,作用效果越大。這就是為什么人們?cè)谥谱鲌D釘時(shí),要把用手按的那一頭做得又平又大而不是為節(jié)約工本減小它的面積。此魔術(shù)的通理也正是如此。通過(guò)鋼針的針尖,使玻璃相對(duì)容易刺穿。
但玻璃要比墻和木頭硬多了,并不是像按圖釘一樣用手的力量就可解決問(wèn)題。這便引出另一個(gè)知識(shí)——動(dòng)能與速度的關(guān)系。動(dòng)能的大小與物體的質(zhì)量和運(yùn)動(dòng)速度有關(guān),在這里,細(xì)小的鋼針顯然不能通過(guò)質(zhì)量來(lái)提高動(dòng)能。所以,鋼針的速度就是魔術(shù)成功的關(guān)鍵。運(yùn)動(dòng)速度越大,撞擊物體時(shí)產(chǎn)生的能量就越大。曾經(jīng)發(fā)生過(guò)高速運(yùn)行的飛機(jī)被空中的飛鳥(niǎo)擊穿的事故。小鳥(niǎo)能穿過(guò)飛機(jī)的鋼板,可想而知,當(dāng)時(shí)的力量是多么驚人。誰(shuí)都知道,如果地球被小行星撞上的話(huà),后果將會(huì)如何。1994年,科學(xué)家拍攝到了一顆直徑約50千米的小行星與木星“親密接觸”的相片,在木星上發(fā)生了巨大的爆炸,覆蓋面甚至比整個(gè)地球還大,要不是木星體積夠龐大,恐怕如今太陽(yáng)系也只有“八大行星”了。小行星能產(chǎn)生如此驚人的力量,也是由于它受到引力作用,撞擊時(shí)擁有足夠的速度。
用針刺穿玻璃需要上述兩個(gè)條件同時(shí)具備,既要保證鎮(zhèn)豎直與玻璃接觸,又要達(dá)到一定的速度,這純粹就看表演者的技術(shù)了。
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