科学原理:气球的小把戏——压力与压强
发布时间:2020-07-14
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科学原理:气球的小把戏——压力与压强

(图片来源:bing)

期末考试前,你会不会感到“压力山大”?上台演讲前,你会不会紧张焦虑?生活中,我们常用压力这个词来形容自己的焦虑情绪,还好,一个能让你心理平衡的事实是,地球上几乎一切物体都会受到压力。让我们比比看,谁背负的“鸭梨”更大呢?

先来找找潜藏生活中的压力吧:打疫苗时,护士举起注射器,以迅雷不及掩耳之势把又尖又细的针头刺到你手臂的皮肤里,此时,除了有担惊受怕的心理压力,你的皮肤也会受到来自针头的压力;站在体重秤上,秤会受到来自你身体的压力,压力的大小刚好等于你本身的重力,这便是体重秤能一眼识破你体重的秘密所在;按动圆珠笔的按钮、按下电梯的按钮,或者把超轻粘土捏出各种造型的时候,你的手也都在向这些物体施加压力。

细心的你可能已经发现,压力无处不在。假如寻找这些实例的共同特点,你会发现压力的产生有一个重要的前提——彼此挤压。也就是说,这个过程需要两个物体直接接触,并且主动“往下压”。压力的方向垂直于物体间的接触面,而它产生的结果,往往是让物体在压力之下变了形。那么,是不是压力越大,变形的效果就越明显呢?

先来假设这样一个场景:如果打针的护士把注射器掉个头,用相同的力度用活塞的那一端“扎”向你的胳膊。我猜你心里肯定轻松多了,因为这样一点也不疼,皮肤更不会破。可既然压力的大小相同,为什么效果不一样?事实上,压力的大小并不能决定它最终的作用效果,物理学家会用另一个物理量:压强,来衡量压力的作用效果。

针头和你的皮肤只接触了一个小圆点那么大,而另一端的活塞显然是一个更大的圆。这个面积大小的差别,正是决定压力效果的关键。相同的压力下,接触面积越小,作用效果越明显。为了更好地做比较,我们需要划定一样的面积大小,最简单的就是选择1平方米、1平方厘米、1平方千米……物理学家把这称为单位面积,压强指的就是单位面积下的压力大小(物理学家一般规定1平方米面积上受到的压力的数值就等于压强的数值)。当所有的力都被框在了同一起跑线,比较起来自然方便准确地多。

利用压强的原理,还有个经典的“小把戏”:把吹胀了气的气球放在布满牙签的板子上,向下均匀按压气球,气球并不会被扎破。你可能会想,光是一根牙签扎在气球身上就很疼,这么多密密麻麻的小尖刺,威力不是更大吗?恰恰相反,当尖刺变多,气球与牙签的接触面积会增大,分散了压力的作用效果,反而减小了压强。

或许你是第一次听说压强,但你们一定早就在生活里打过照面。比如,古诗里的“磨刀霍霍向猪羊”,就是通过磨刀石让刀刃更锋利,减小接触面积来增大压强,刀因此变得更“快”。还有个实用的生存技巧,假如不小心深陷沼泽,请尽量让整个身体呈游泳的姿势平铺在泥面上,这样能尽可能地增大接触面积,减小压强,避免越陷越深。



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