生活物理:物理學名詞-中文百科頻道

實際應用舉例

兩車間為何要保持車距

前後車之間要保持一定的距離，距離的多少要根據汽車行駛速度、駕駛員的反應時間、汽車的制動功能、路面情況而定。

反應時間與駕駛員的身體狀況、注意力集中程度有關。

制動功能與汽車本身性能有關。千萬不可忽視汽車會臨時出現故障哦。

路面情況要考慮雨天、下雪天、結冰、沙石、稻草等影響。

螞蟻從高處落下為何不會摔死

衆所周知，人從樓上掉下摔不死也會摔成重傷，可是螞蟻從高處落下卻會安然無恙，你知道其中的秘密嗎？

原來是這樣：物體在空氣中運動時會受到空氣的阻力，其阻力的大小與物體和空氣接觸的表面積大小有關。越小的物體其表面積大小和重力大小的比值越大，即阻力越容易和重力相平衡，從而不緻于下降的速度越來越大，也就是說微小的物體可以在空氣中以很小的速度下落，所以螞蟻落地時速度很小，不至于摔死。

我們還可以設想一種方法使螞蟻摔死：把螞蟻放在一根真空的長玻璃管中。當螞蟻在這種管子中下落時，因為沒有空氣阻力，如果管子足夠長，螞蟻就有可能摔死。

跳高運動員為何要助跑

在體育比賽中，跳遠的運動員選擇較長的助跑距離，而跳高運動員的助跑距離則要短得多。如果選擇較長的助跑距離，是否就跳不高呢？

跳高運動員能騰起越過橫杆，靠的是助跑的慣性力和起跳蹬地的支撐反作用力。由于慣性力的方向是水平向前的，而支撐反作用力是垂直（或近似垂直）向上的，所以起跳後的身體重心沿着一個抛物線軌迹運動。這個抛物線軌迹的高度，取決于起跳時騰起初速度和騰起角的大小，也就是說，騰起初速度和騰起角是增加跳高高度的關鍵。

一般說來，應該盡可能增大這兩項數值。最大騰起角為90度。然而，由于跳高不是單純的垂直向上運動，越過橫杆還必須有一個向前的力量；再則，還須充分利用水平速度來增大騰起初速度，因此，騰起角應小于90度。至于騰起初速度，則和運動員的素質和技術的熟練程度密切相關。騰起初速度越大，跳得就越高。當騰起角一定時，騰起初速度是起決定作用的。

橋面為何要設計成拱形向上的

橋是不是不應該設計成拱形向上的，而應該設計成凹形的為好。因為汽車在向下行駛之前具備一定的勢能，這個勢能可以幫助它順利地到達橋的那一端。可是拱形向上的橋卻沒有這個優點。

橋設計成向上的理由，是因為汽車經過橋中部時，橋所承受的壓力較小；而相比之下，凹形橋承受的壓力較大。

由于汽車經過一個弧形的時候，需要有一個向心力F，它是由重力Mg和支承力N合成的。

在拱形橋：F=Mg-N∴N=Mg-F

在凹形橋：F=N-Mg∴N=Mg+F

由上述兩個式子可見，拱形橋的N較小，N是橋對汽車的支承力，其大小等于汽車對橋的壓力。所以拱形橋對橋的結構強度設計上有利。至于茜露的理由是對汽車而言，為了汽車能利用勢能節約一點汽油，反而改變橋的設計，這豈不是本末倒置了嗎？

肥皂泡為什麼開始時上升随後便下降

日常生活中，我們常看到一些小朋友吹肥皂泡，一個個小肥皂泡從吸管中飛出，在陽光的照耀下，發出美麗的色彩。此時，小朋友們沉浸在歡樂和幸福之中，我們大人也常希望肥皂泡能飄浮于空中，形成一道美麗的風景。但我們常常是看到肥皂泡開始時上升，随後便下降，這是為什麼呢?

這個過程和現象，我們隻要留心想一下，就會發現，它其中包含着豐富的物理知識。在開始的時候，肥皂泡裡是從嘴裡吹出的熱空氣，肥皂膜把它與外界隔開，形成裡外兩個區域，裡面的熱空氣溫度大于外部空氣的溫度。此時，肥皂泡内氣體的密度小于外部空氣的密度，根據阿基米得原理可知，此時肥皂泡受到的浮力大于它受到的重力，因此它會上升。這個過程就跟熱氣球的原理是一樣的。

随着上升過程的開始和時間的推移，肥皂泡内、外氣體發生熱交換，内部氣體溫度下降，因熱脹冷縮，肥皂泡體積逐步減小，它受到的外界空氣的浮力也會逐步變小，而其受到的重力不變，這樣，當重力大于浮力時，肥皂泡就會下降。

作用力與反作用力

能使物體運動狀态發生變化的力叫作用力，反作用力是作用力的反沖力。牛頓力學中的三大定律之一就是“作用力與反作用力”定律。作用力與反作用力的例子在日常生活中無處不在：

1.人走在路上，人給地面一向後作用力，地面給人一向前的反作用力，于是人往前運動；

2.火箭也是靠反作用力，才能飛向太空。

過山車中的物理知識

過山車是一項富有刺激性的娛樂工具。那種風馳電掣、有驚無險的快感令不少人着迷。如果你對物理學感興趣，那麼在乘坐過山車的過程中不僅能夠體驗到冒險的快感，還有助于理解力學定律。實際上，過山車的運動包含了許多物理學原理，人們在設計過山車時巧妙地運用了這些原理。

如果能親身體驗一下由能量守恒、加速度和力交織在一起産生的效果，那感覺真是妙不可言。這次同物理學打交道不用動腦子，隻要收緊你的腹肌，保護好腸胃就行了，當然，如果你的身體條件和心理承受能力的限制，無法親身體驗過山車帶來的種種感受，你不妨站在一旁仔細觀察過山車的運動和乘坐者的反應。

在開始旅行時，過山車的小列車是靠一個機械裝置的推力推上最高點的，但在第一次下行後，就再也沒有任何裝置為它提供動力了。事實上，從這時起，帶動它沿着軌道行駛的惟一的"發動機"将是引力勢能，即由引力勢能轉化為動能、又由動能轉化為引力勢能這樣一種不斷轉化的過程構成的。

第一種能，即引力勢能是物體因其所處位置而自身擁有的能量，是由于它的高度和由引力産生的加速度而來的。對過山車來說，它的勢能在處于最高點時達到了最大值，也就是當它爬升到"山丘"的頂峰時最大。當過山車開始下降時，它的勢能就不斷地減少（因為高度下降了），但它不會消失，而是轉化成了動能，也就是運動能。

不過，在能量的轉化過程中，由于過山車的車輪與軌道的摩擦而産生了熱量，從而損耗了少量的機械能（動能和勢能）。這就是為什麼要設計成随後的小山丘比開始時的小山丘要低的原因：過山車已經沒有上升到像前一個小山丘那樣的高度所需要的機械能了。過山車最後一節小車廂裡是過山車贈送給勇敢的乘客最為刺激的禮物。

事實上，下降的感受在過山車的尾部車廂最為強烈。因為最後一節車廂通過最高點時的速度比過山車頭部的車廂要快，這是由于引力作用于過山車中部的質量中心的緣故。這樣，乘坐在最後一節車廂的人就能快速地達到和跨越最高點，從而産生一種要被抛離的感覺，因為質量中心正在加速向下。

尾部車廂的車輪是牢固地扣在軌道上的，否則在到達頂峰附近時，小車廂就可能脫軌甩出去。車頭部的車廂情況就不同了，它的質量中心在“身後”，在短時間内，它雖然處在下降的狀态，但是它要"等待"質量中心越過高點被引力推動。

到達“瘋狂之圈”時，沿直線軌道行進的過山車突然向上轉彎。這時，乘客就會有一種被擠壓到軌道上的感覺，因為這時産生了一種表觀的離心力。事實上，在環形軌道上由于鐵軌與過山車相互作用産生了的一種向心力。這種環形軌道是略帶橢圓形的，目的是為了"平衡"引力的制動效應。當過山車達到圓形軌道的最高點時，事實上它會慢下來，但如果彎曲的程度較小時，這種現象會減弱。一旦過山車走完了它的行程，機械制動裝置就會非常安全地使過山車停下來。減速的快慢是由氣缸來控制的。

彈簧無處不在

螺旋彈簧有長有短，有粗有細：擴胸器的彈簧就比彈簧秤的粗且長；在抽屜鎖裡，彈簧又短又細，約幾毫米長；有一種用來緊固螺母的彈簧墊圈，隻有一圈，在緊固螺絲螺母時都離不開它。螺旋彈簧在拉伸或壓縮時都要産生反抗外力作用的彈力，而且在彈性限度内，形變越大，産生的彈力也越大；一旦外力消失，形變也消失。

有的彈簧制成片形的或闆形的，叫簧片或闆簧。在口琴、手風琴裡有銅制的發聲簧片，在許多電器開關中也有銅制的簧片，在玩具或鐘表裡的發條是鋼制的闆簧，在載重汽車車廂下方也有鋼制的闆簧。它們在彎曲時會産生恢複原來形狀的傾向，彎曲得越厲害，這種傾向越強。有的彈簧像蚊香那樣盤繞，例如，實驗室的電學測量儀表（電流計、電壓計）内，機械鐘表中都安裝了這種彈簧。這種彈簧在被扭轉時也會産生恢複原來形狀的傾向，叫做扭簧。

形形色色的彈簧在不同場合下發揮着不同的功能：

1.測量功能

我們知道，在彈性限度内，彈簧的伸長（或壓縮）跟外力成正比。利用彈簧這一性質可制成彈簧秤。

2.緊壓功能

觀察各種電器開關會發現，開關的兩個觸頭中，必然有一個觸頭裝有彈簧，以保證兩個觸頭緊密接觸，使導通良好。如果接觸不良，接觸處的電阻變大，電流通過時産生的熱量變大，嚴重的還會使接觸處的金屬熔化。卡口燈頭的兩個金屬柱都裝有彈簧也是為了接觸良好；至于螺口燈頭的中心金屬片以及所有插座的接插金屬片都是簧片，其功能都是使雙方緊密接觸，以保證導通良好。

在盒式磁帶中，有一塊用磷青銅制成的簧片，利用它彎曲形變時産生的彈力使磁頭與磁帶密切接觸。在釘書機中有一個長螺旋彈簧它的作用一方面是頂緊釘書釘，另一方面是當最前面的釘被推出後，可以将後面的釘送到最前面以備釘書時推出，這樣，就能自動地将一個個釘推到最前面，直到釘全部用完為止。許多機器自動供料，自動步槍中的子彈自動上膛都靠彈簧的這種功能。此外，像夾衣服的夾子，圓珠筆、鋼筆套上的夾片都利用彈簧的緊壓功能夾在衣服上。

3.複位功能

彈簧在外力作用下發生形變，撤去外力後，彈簧就能恢複原狀。很多工具和設備都是利用彈簧這一性質來複位的。例如，許多建築物大門的合頁上都裝了複位彈簧，人進出後，門會自動複位。人們還利用這一功能制成了自動傘、自動鉛筆等用品，十分方便。此外，各種按鈕、按鍵也少不了複位彈簧。

4.帶動功能

機械鐘表、發條玩具都是靠上緊發條帶動的。當發條被上緊時，發條産生彎曲形變，存儲一定的彈性勢能。釋放後，彈性勢能轉變為動能，通過傳動裝置帶動時、分、秒針或輪子轉動。在許多玩具槍中都裝有彈簧，彈簧被壓縮後具有勢能，扣動扳機，彈簧釋放，勢能轉變為動能，撞擊小球沿槍管射出。田徑比賽用的發令槍和軍用槍支也是利用彈簧被釋放後彈性勢能轉變為動能撞擊發令紙或子彈的引信完成發令或發火任務的。

5.緩沖功能

在機車、汽車車架與車輪之間裝有彈簧，利用彈簧的彈性來減緩車輛的颠簸。

6.振動發聲功能

當空氣從口琴、手風琴中的簧孔中流動時，沖擊簧片，簧片振動發出聲音

雨衣為什麼不透水呢

下雨天，外出的人們不是打傘，就是穿雨衣。雨衣為什麼不透水呢？奧妙就在制作材料上。就拿布制雨衣來說吧，它是用防雨布（經過防水劑處理的普通棉布）制成的。防水劑是一種含有鋁鹽的石蠟乳化漿。石蠟乳化以後，變成細小的粒子，均勻地分布在棉布的纖維上。

石蠟和水是合不來的、水碰見石蠟，就形成橢圓形水珠，在石蠟上面滾來滾去。可見，是石蠟起了防雨的作用。物理學上把這種不透水的現象，叫做“不浸潤現象”。而水一旦遇到普通棉布，就通過纖維間的毛細管滲透進去，這就叫做“浸潤現象”。

物體是由分子組成的。同一種物質的分子之間的相互作用力，叫做内聚力；而不同物質的分子之間的相互作用力，叫做附着力。在内聚力小于附着力的情況下，就會産生“浸潤現象”；反之，則會出現“不浸潤現象”。雨衣不透水，正是由于水的内聚力大于水對雨衣的附着力的緣故。

物理學還告訴我們：水的内聚力作用在水表面形成表面張力。水的表面張力使水面形成一層彈性薄膜，當水和其它物體接觸時，隻要水對它不浸潤，那麼這層彈性膜就是完好的、可以把水緊緊地包裹着。有人試驗過：巧妙地把水倒進浸過蠟的金屬篩裡，水并沒有從篩眼裡漏下去。

常見的玻璃，看起來光滑晶亮。可是，水遇上它，卻緊緊地纏住不放，帶來了種種麻煩：下雨的時候，車前窗玻璃上的雨水擋住了司機的視線，很不安全，于是隻好開動劃水器，把雨水排去；戴眼鏡的人，在喝熱水的時候，鏡片立即蒙上一層霧汽，擋住了視線，什麼東西也看不見了。

人們知道了水的表面張力的特性，了解了水的内聚力與附着力的關系以後，不僅巧妙地制成了雨衣，而且還造出了新穎的“憎”水玻璃——在普通玻璃上塗一層矽有機化合物藥膜，它大大削弱了霧汽對玻璃的附着力。用這種憎水玻璃做鏡片，為戴眼鏡的人解除了蒙霧的苦惱；把這種玻璃安在車的前窗上，劃水器也就用不着了。

香蕉球是怎樣踢出來的

如果你經常觀看足球比賽的話，一定見過罰前場直接任意球。這時候，通常是防守方五六個球員在球門前組成一道“人牆”，擋住進球路線。進攻方的主罰隊員，起腳一記勁射，球繞過了“人牆”，眼看要偏離球門飛出，卻又沿弧線拐過彎來直入球門，讓守門員措手不及，眼睜睜地看着球進了大門。這就是頗為神奇的“香蕉球”。

為什麼足球會在空中沿弧線飛行呢？原來，罰“香蕉球”的時候，運動員并不是拔腳踢中足球的中心，而是稍稍偏向一側，同時用腳背摩擦足球，使球在空氣中前進的同時還不斷地旋轉。這時，一方面空氣迎着球向後流動，另一方面，由于空氣與球之間的摩擦，球周圍的空氣又會被帶着一起旋轉。

這樣，球一側空氣的流動速度加快，而另一側空氣的流動速度減慢。物理知識告訴我們：氣體的流速越大，壓強越小（伯努利方程）。由于足球兩側空氣的流動速度不一樣，它們對足球所産生的壓強也不一樣，于是，足球在空氣壓力的作用下，被迫向空氣流速大的一側轉彎了。

乒乓球中，運動員在削球或拉弧圈球時，球的線路會改變，道理與“香蕉球”一樣。

要以最快的速度從一個地方去到數百公裡，甚至數千公裡以外的地方，一般人都會選擇乘搭飛機。可是，在不久的将來，一種新的交通工具将會帶領人們以高速于城市之間穿梭。

目前為止，一般的子彈火車能以200km/h的速度前進。由于火車與路軌之間的磨擦力限制了火車的最高速度，所以人們便開始研究能懸浮于路軌之上的火車，于是便有磁浮火車的出現了。

顧名思義，磁浮火車是利用磁力使火車懸懸浮于路軌之上。磁浮火車經常被稱為Mangle，即MagneticallyLevitatedtrain的簡寫。但是，利用一般的磁鐵并不能把火車穩定地浮起。要是你将兩塊磁鐵的北極相對，你會發現無法使一塊磁鐵穩定地浮在另一塊上(圖一)。所以，要把火車浮起并不如想象中般簡單。

真正磁浮火車是如何浮起來的？德國科學家設計了一個名為Transrapid的系統，利用了「電磁力懸浮法」(EMS)把火車浮起。在這個系統中，火車的底部包着一條導軌，在火車底部起落架的電磁鐵向着導軌，磁力使火車懸浮在導軌之上約一厘米，即使在靜止的時候，火車仍然保持浮起。其它導引磁鐵則能使火車在行使時保持穩定。

日本的科學家則利用了「電動力懸浮法」(EDS)把火車浮起。還記得甚麼是「電磁感應」嗎？當磁鐵在導體附近移動，導體内的磁場會因而改變(圖三)，并感應出電流。感應電流又能産生磁場，根據楞次定律，這樣産生出來的磁場總是傾向于抗拒引起這個感應的改變。「電動力懸浮法」應用了電磁感應的原理。圖四(a)顯示了這種磁浮火車的原理。火車在導槽内行走，槽的兩邊安有一系列"8"字形的線圈。

當一輛列車快速駛過時，車兩邊的超導磁鐵便會在線圈上感應出電流。巧妙的是，超導磁鐵在"8"字形的線圈中心以下經過，因此"8"字形線圈下半部的磁通量改變比上半部大，感應出如圖四(b)所示的電流，産生磁力。"8"字形線圈下半部的磁極與超導磁鐵的磁極相同，上半部則與之相反，結果是這兩部分的線圈對超導磁鐵産生的磁力，都有一個向上的分力，把列車懸浮起來。

由于"8"字形線圈隻有在超導磁鐵運動時才能感應出電流并産生磁性，因此當火車靜止的時候，便不能浮起。所以，火車在啟動時會首先靠輪子來滑行，直到産生的磁力足以承托火車的重量，才将輪子收起來，就好像飛機起飛一樣。

那麼，磁浮火車是怎樣被推動的？它的基本原理很簡單。以日本的磁浮火車為例。移動的列車帶同超導磁鐵在導槽兩邊的線圈感應出電流，根據這些訊息，系統便會把交流電輸入導槽兩邊的推進線圈，産生南北梅花間竹的磁極(圖五)，對超導磁鐵造成拉力和推力，使列車加速。

磁浮火車能懸浮在路軌上行駛，免除了火車與路軌之間的磨擦力，故能以高速飛馳。估計未來的磁浮火車能以高達500km/h的速度行駛，比現在最快的火車速度要高一倍。此外，磁浮火車非常甯靜。德國農民在磁浮火車路軌附近工作，幾乎察覺不到有火車經過呢！但磁浮火車有一個缺點，就是建造導軌的費用昂貴。磁浮火車隻能在這些導軌上走，大大限制了它的發展。估計未來的鐵路發展，仍會以傳統火車為主。

值得中國人民興奮的是，世界上第一條商用的磁浮鐵路将于2003年于中國面世。這個計劃耗資26億元人民币。到時Transrapid磁浮火車将會帶領人們以200km/h的高速穿梭于上海市中心和浦東國際機場之間，整個旅程隻需10分鐘！