李善君

鋼筆是每一位教師、每一位學生經(jīng)常使用的書寫工具，那跟鋼筆有關(guān)的物理知識有哪些，你知道嗎？

每次當你奮筆疾書時，那美妙的“沙沙”聲是如何產(chǎn)生的呢？這就涉及初中物理聲現(xiàn)象的知識了。包括聲音是由于筆尖在凸凹不平的紙張上劃過時產(chǎn)生的紙張振動而產(chǎn)生；聲音通過空氣介質(zhì)以聲波的形式傳入人的耳朵；聲音的等級大約10分貝；聲音振動頻率在20～20000赫茲。

當我們看到各種顏色的精美鋼筆和雋永秀麗的鋼筆字時，你是否想到這里也有很多物理知識呢？首先我們能看到各種顏色的鋼筆和各種顏色的鋼筆字，那是因為鋼筆或?qū)懗鰜淼匿摴P字雖然不是光源，但是它們反射的光傳入我們的眼睛，引起視覺的結(jié)果。而太陽光是由不看見光（紅外線和紫外線）和七種可見色光混合而成，七種可見光包括紅橙黃綠藍靛紫。不透明物體的顏色是由它反射的色光決定的；透明物體的顏色是由它透過的色光決定的。例如：我們能看到綠色的鋼筆，是因為這只鋼筆只反射綠光，其他色光都被它吸收的緣故；我們能看到紅墨水，是因為它只能使紅光透過，其余色光都被其吸收的緣故。也許你會有疑問：那用紅墨水寫在紙上的字為什么也是紅色呢？這是因為紅光透過紅墨水后經(jīng)白色的紙反射的結(jié)果。其次，我們仔細觀察鋼筆，它上面有的地方很光很亮，說明那里發(fā)生的是鏡面反射；其余地方發(fā)生的是漫反射。我們能從各個角度看到我們寫的字，就是因為它發(fā)生了漫反射。

有時冬天我們從寒冷的室外進入室內(nèi)，拿出鋼筆寫字時，開始寫不上字，過一會可能會有一大滴墨水從筆尖冒出，這又涉及熱學知識了。剛拿出來的鋼筆寫不出來字，是因為墨水發(fā)生了物態(tài)變化中的凝固現(xiàn)象；過一會兒有一大滴墨水從筆尖冒出，是因為握筆的手與鋼筆發(fā)生了熱傳遞，使鋼筆膽內(nèi)空氣發(fā)生熱脹冷縮，而通氣孔暫時處于阻塞狀態(tài)，所以會把鋼筆膽內(nèi)墨水擠出去。另外鋼筆用完要及時蓋上鋼筆帽，否則鋼筆內(nèi)的墨水會由于分子不停地做無規(guī)則運動而發(fā)生汽化現(xiàn)象，蓋上筆帽可以阻止墨水的蒸發(fā)。還有，鋼筆有的連接處用膠水粘接，鋼筆字能附著在紙面上，這些都是分子間存在引力作用。墨水對于紙來說是浸潤的，它們之間能達到分子引力范圍。

我們到商店去買鋼筆時，有的人喜歡選較重的，有的人喜歡選較輕的，這說明我們用的鋼筆與力學也有很深的淵源。首先，鋼筆的輕重說的是物理中重力知識，物理課上我們可以讓學生利用彈簧測力計測鋼筆的重力，找鋼筆的重心位置。常見鋼筆的重力在0.1N～0.5N之間，重心在兩個筆帽的交接處。其次，我們在物理課上還經(jīng)常讓學生利用刻度尺測鋼筆的長度，常見鋼筆長度在13cm～15cm之間；用托盤天平測鋼筆的質(zhì)量，常見鋼筆的質(zhì)量是10g～50g之間；鋼筆由課桌上落地地上的時間大約0.5s。再次，鋼筆的使用還與杠桿、摩擦力、輪軸、斜面、相互作用力、二力平衡、壓強、功、功率、機械能及其轉(zhuǎn)化、能量守恒定律、彈力等等有關(guān)。其中鋼筆在寫字時屬于費力杠桿，手掌虎口處是支點，捏筆的手指是施加動力的，筆尖與紙的摩擦力是阻力，它們之間滿足杠桿平衡條件；鋼筆尖與紙面之間的摩擦屬于滑動摩擦力，它的大小只與壓力和接觸面的粗糙程度有關(guān)，這點與圓珠筆不同，圓珠筆屬于滾動摩擦；鋼筆帽的頂部一般有一個小螺絲裝置，用來固定筆卡的，它是輪軸的體現(xiàn)；而鋼筆上的螺絲結(jié)構(gòu)是斜面的應用；寫字時，筆尖與紙之間的力是一對相互作用力，它們大小相等，方向相反，在同一條直線上，作用在兩個物體上；紙對鋼筆的支持力和手對鋼筆的摩擦力是一對二力平衡的力，它們大小相等，方向相反，在一條直線上，作用在同一物體上；筆尖很尖這樣增大了鋼筆對紙面的壓強，筆膽中的墨水涉及了液體的壓強，液體壓強大小與液體深度和密度有關(guān)；而鋼筆為什么能連續(xù)不斷的寫字呢？這與鋼筆的結(jié)構(gòu)有關(guān)，鋼筆與我們在醫(yī)院里輸液時所用的吊瓶很相似，鋼筆內(nèi)部有兩條通道，一條是空氣通道，它由筆尖處進入鋼筆內(nèi)部再與筆膽內(nèi)小細管相連，另一條通路是留給墨水的。這樣筆尖在寫字時，由于墨水與紙的毛細作用使墨水下降，導氣管及時向筆膽中補充空氣，維持內(nèi)外氣壓平衡，墨水在大氣壓強的作用下源源不斷的向外流，所以我們就可以不停地寫字了；而吸墨水時也是應用了大氣壓強；物理學中的功是指物體在力的作用下，沿著力的方向有距離，就說物體做了功。那我們在寫字時筆尖與紙的摩擦力是否做功了呢？當然做了功。如果再用做的功除以做功時間，得到的就是寫字時的功率；有時候，不小心把鋼筆碰掉地上，這里也有物理知識呀，放在桌子上的鋼筆有重力勢能，重力勢能大小與物體重力和高度有關(guān)。鋼筆下落時重力勢能轉(zhuǎn)化為動能，動能大小由物體的質(zhì)量和速度決定，如果沒有空氣阻力或忽略空氣阻力時機械能是守恒的，如果考慮空氣阻力，那么有一部分機械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，但是能量的總量還是守恒的，這是能量守恒定律的內(nèi)容了；鋼筆在彈力方面的應用包括筆尖寫字時筆膽吸墨水時按壓彈片，筆卡的使用。

到這是不是鋼筆所涉及的物理知識就列舉完了？當然不是，例如鋼筆所應用的材料，哪些是導體，哪些是絕緣體？各種材料的密度是多少？比熱容是多少？哪些材料是燃料，哪些不是燃料？是燃料的熱值是多少？哪些材料能阻止電磁波輻射？……一只小小的鋼筆所涉及的物理知識簡直太多了，在此做個拋磚引玉之舉，希望能與同仁對這個問題做進一步探討。