物理來源于生活,服務于社會,與實際生活有關的物理知識,已經(jīng)成為各種物理考試的熱點,關于慣性在生產(chǎn)、生活中的應用的事例很多,現(xiàn)舉幾例進行分析,希望對同學們的學習有所幫助。
例1 燒鍋爐的師傅在向爐灶內(nèi)加煤時,鏟子往往并不進入灶內(nèi),而是停在灶前,煤就順著鏟子運動的方向進入灶內(nèi),這是為什么?
解析 對這類慣性題的解釋可從三步驟入手,首先分析煤原來的運動狀態(tài),接著分析送煤過程中發(fā)生了什么變化,最后由于慣性,煤離開鏟子后要保持原來向前的運動狀態(tài),按這樣的分析思路,可以解決各種慣性說理題。
答鏟子裝上煤后,工人用鏟子向爐灶內(nèi)送煤時,鏟子和煤都向爐灶運動,當它們到達爐灶前,工人師傅抓住鏟子讓它停止運動,而煤由于慣性,仍要保持原來的運動狀態(tài)繼續(xù)向前運動,于是就離開鏟子進入了灶內(nèi)。
例2慣性在現(xiàn)代科學技術中的運用相當廣泛,例如,發(fā)射衛(wèi)星所需的推力,不但與衛(wèi)星所受的重力和發(fā)射的傾角有關,而且還與發(fā)射的方向與地點的緯度有關,你認為在什么地方,向什么方向發(fā)射衛(wèi)星最為省力?
解析 地球自轉的方向是由西向東的,如果火箭向東發(fā)射,就可以利用地球自轉的慣性,節(jié)省推力,如圖所示,在地球上不同緯度處由西向東轉動的速度也不一樣,在赤道處最大,速度為460m/s,而在南北極最小,速度幾乎為零,因而在赤道附近順著地球自轉的方向(由西向東)發(fā)射衛(wèi)星最為省力。
例3在沒有其他輔助方法,又不能敲,破的情況下,怎樣才能分辨生熟雞蛋?
解析 方法一 將兩只雞蛋放在光滑的水平桌面上,用手撥動兩蛋的外殼,使它們以同樣的速度同時開始轉動,煮熟的雞蛋蛋白和蛋黃已經(jīng)凝固,與蛋殼形成一個實心整體,所以蛋白、蛋黃能和蛋殼一起旋轉,而生蛋內(nèi)部蛋白和蛋黃仍為液態(tài),轉動時由于慣性。其內(nèi)部蛋白和蛋黃不能立即旋轉起來,所以阻礙著蛋殼繼續(xù)旋轉,故生雞蛋很快停止轉動,熟雞蛋轉一會兒才停止。
方法二 如上,讓兩只雞蛋在光滑的水平桌面上以同樣的速度同時開始轉動,并迅速地用手擋一下就抽開,先停下來的是熟雞蛋。
因為用手擋的是兩蛋的外殼,因生雞蛋內(nèi)部蛋白和蛋黃仍為液態(tài),實際上只是給蛋殼一個阻擋力,由于慣性其內(nèi)部蛋白和蛋黃因慣性不能立即停下來,所以生雞蛋還要繼續(xù)旋轉,而熟雞蛋先停止轉動。
例4氣功表演開始了:一個演員躺在地板上,身上壓著一塊又大又重的石板,另一個演員掄起一把鐵錘,猛力向石板砸去,觀眾緊張得屏住了呼吸,“開!”隨著打錘人的喊聲,“乓”的一聲,石板被砸斷了,而石板下的人一點也沒受傷,這是怎么回事呢?難道他真有護身術嗎?
解析 主要是大石板的慣性保護了演員,鐵錘砸在石板上的力很大,但作用時間很短,石板還來不及運動,就斷了,再加上石板和演員身體的接觸面積很大,演員身上受到的壓強也就小,所以,石板砸斷了,人身仍然很安全,如果換上一塊小薄石板,危險性反倒大了。
這個原理的應用也是很廣泛的:建筑工人為了把一塊整磚劈成兩半,他用左手掌托住磚,右手用瓦刀猛然向磚的中間一擊,那磚應聲分成兩半,而左手卻不會被砸傷,起重機吊貨物,拖拉機用鋼繩拖機器,拖輪拖駁船,起動的速度都不能過大,否則就會發(fā)生“斷繩”事故。
例5 5.12汶川大地震發(fā)生以后,震區(qū)的人們與外界隔絕,缺糧少水,生命受到嚴重威脅,黨中央、國務院心系災區(qū)人民,決定向他們空投食品,我們發(fā)現(xiàn)所有食品都是在到達目的地之前提前投擲的,這是為什么呢?
解析 飛機投擲物體前,被投擲物跟飛機一起運動,投擲物離開飛機后由于慣性仍要向前保持勻速直線運動,可是被投擲物受重力作用,在它向前運動的同時還要向下落,物體的實際下落軌道是一拋物線,所以必須提前投擲。
飛機速度越快,高度越高,提前量也應該越大,飛機投彈也遵循這個規(guī)律。
以上的例題從不同的側面介紹了對慣性知識的應用,下面請同學們完成幾個練習挑戰(zhàn)一下自我:
1 行走的人被石頭絆一下會向前跌倒,下述分析中正確的是( )
A 人的上半身有慣性,下半身沒有慣性
B 由于石塊作用而改變了人的運動狀態(tài)
C 人由于慣性保持向前,石塊作用于腳時,使腳運動變慢
D 以上說法都正確
2 質(zhì)量分別為m和M的兩個物體甲和乙,其中M>m,將它們放在水平且光滑的車板上,車以速度u向右運動,當車忽然停止運動時,則( )。
A 甲、乙兩物體都靜止
B 甲物體運動得快,乙物體運動得慢,兩個物體相撞
C 乙物體運動得快,甲物體運動得慢,兩物體間的距離加大
D 甲、乙兩物體都以原來的速度u向右運動,它們之間的距離不變
3 用手拍打衣服上的灰塵時,被手指拍到的部分灰塵給拍掉了,衣服上沒有被手指拍到的部分灰塵也會被拍下來,它究竟是怎樣下來的呢?
4 汽車啟動時,為什么乘客的身體上部是向后仰而不是向前傾?正常勻速行駛時,一位乘客把蘋果拋向空中,該蘋果能否落入這個人手里?為什么?
參考答案
1 C 2 D 3 拍打衣服時使衣服迅速地振動(抖動),由原來的靜止變成了運動狀態(tài),即偏離了原來的位置,而衣服上的灰塵由于慣性,仍然保持原來的靜止狀態(tài)待在原處,這樣就脫離了衣服,4 汽車啟動,人還保持著靜止狀態(tài),車向前,相對不動的人當然向后仰,還落在手里,因為人和蘋果都保持著勻速直線運動狀態(tài),相對不動,好比地球運動,人卻不動。