立扫帚原理(扫把为什么就能立起来)

mwjj001 2022-04-2409:39:30名人评论144阅读模式

最近一条消息在刷屏:“由于地球引力的作用,今天是一年中扫把能站立起来的唯一的一天”

有可能是最近大家在家里待得无聊,拿这个开个玩笑,聊解无趣吧。但从大家发的信息里,看来还真有人把这个当真了吧!下面我就给大家说说这个无聊但很有趣的问题。

首先说结论吧:扫把无论是昨天前天大前天、今天明天后天 大后天,都能立起来。

图一 图片来自网络

立扫帚原理(扫把为什么就能立起来)

图二 立起来的扫把

立扫帚原理(扫把为什么就能立起来)

那么扫把怎么就立起来了?说起来这个问题应该是初中物理就学习过的问题,我来带大家温习一下吧。

在地球上(在别的星球也一样啊)任何物体,由于地球引力的影响,根据万有引力定律,都是有重量的,有重量就存在重心。

那么什么是重心呢?重心在物理学上是这么定义的:

“重心是物体各部分所受重力之合力的作用点。物体的每一微小部分都受地心引力作用(见万有引力),这些引力可近似地看成为相交于地心的汇交力系。由于物体的尺寸远小于地球半径,所以可近似地把作用在一般物体上的引力视为平行力系,物体的总重量就是这些引力的合力。

如果物体的体积和形状都不变,则无论物体对地面处于什么方向,其所受重力总是通过固定在物体上的坐标系的一个确定点,这就是重心”

立扫把就是利用了重心平衡的原理。

立扫帚原理(扫把为什么就能立起来)

图三 扫把的重心

扫把可以看做一个底面是平面的三角椎体。我们抽象到下面的图,以便于分析。

立扫帚原理(扫把为什么就能立起来)

图四 把扫把抽象成一个三角椎体

这个椎体能达到稳定平衡一般采取两个办法,一个是降低重心,二是扩大支面面积。网上大家立的拖把,都是这种头轻脚重的塑料扫把 ,这种塑料扫把,一个是扫把头相对于扫把杆较重,另一个是扫把头截面比较宽且较平整,很少有人用那种用植物编织的扫把,如高粱扫把。如下图:

立扫帚原理(扫把为什么就能立起来)

图五 高粱扫把

根据重心性质,这个椎体重心G向地面的垂线如果落在支面ABCD内,这个椎体就不会倾倒。我们立扫把时,不会一次就能成功。我们要经过多次调整,才能把拖把立起来,实际就是在寻找重心的过程。重心垂线落在支面里,扫把就立起来了。

这样利用重心的例子还有好多,如不倒翁等等。

看似简单的重心,在实际应用中却有巨大的作用。

重心位置在工程上有重要意义。例如,起重机要正常工作,其重心位置应满足一定条件,舰船的浮升稳定性也与重心的位置有关;高速旋转机械,若其重心不在轴线上,就会引起剧烈的振动等。还有飞机设计、飞机装运货物、行李,船舶设计、人造卫星设计、运载火箭设计、公路、铁路设计等等等等,都要考虑重心的平衡。

下面给大家展示一些有趣的重心平衡实验,有的大家可以学做,将会更有助于理解重心平衡。

立扫帚原理(扫把为什么就能立起来)

图六 牙签平衡的叉子

立扫帚原理(扫把为什么就能立起来)

图七 手指平衡纸币

立扫帚原理(扫把为什么就能立起来)

图八 上过电视的鸟毛平衡

立扫帚原理(扫把为什么就能立起来)

图九 牙签平衡

立扫帚原理(扫把为什么就能立起来)

图十 指尖小鸟

立扫帚原理(扫把为什么就能立起来)

图十一 牙签罗陀

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