![趣味物理学:续篇](https://wfqqreader-1252317822.image.myqcloud.com/cover/928/41139928/b_41139928.jpg)
1.关于天鹅、虾和梭鱼拉车的话题
我们都对“天鹅、虾和梭鱼拉车”的寓言故事非常熟悉,不过假如我们从力学的角度观察这则寓言,那么,我们得出的结论是不同于作者的。
我们在这里谈到的是合成角度不同的作用力的问题。在上面谈到的这则寓言中,三种作用力的方向分别是:
天鹅向空中拉,虾往后面拉,而梭鱼则往水里拉。
如图11所示,向上的力——天鹅的拉力(OA),向侧下方的力——梭鱼的拉力(OB),向后的力——虾的拉力(OC)。我们还要记住,在这个例子中,出现了第四个力,那就是重力,它的作用方向是垂直向下的。寓言中声称“货车自始至终都停在原地不动”,也就是说,三种动物施加在货车上的合力等于零。
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图11 寓言故事中的物理知识
事实真的是这样吗?我们不妨来看一下,天鹅向上的拉力不但不会影响到虾向后的拉力以及梭鱼向下方的拉力,甚至减轻了它们的负担:货车的重力方向恰好同天鹅施加的拉力方向相反,所以,它减轻甚至将货车的重量彻底抵消了(事实上,货车并不是很重),寓言中出现过这样一句话,“货车的重量在它们看来,真的非常轻”,所以,车轮与地面以及车轴之间的摩擦就会减轻。为了让我们的计算不是那么复杂,我们假设天鹅的拉力将货车的重量彻底抵消了,如此一来,三个力还剩下两个——虾的拉力和梭鱼的拉力。寓言中描述道:虾的拉力方向是朝后方的,而梭鱼的拉力方向则是朝向水里的。我们不必多说,车的前方肯定不会有河水,它肯定在货车的某一个侧面位置(克雷洛夫寓言中的拉车者不会平白无故将车拉到水里去)。换句话说,虾和梭鱼的拉力之间是存在一定角度的。倘若两个力并没有施加在同一条直线上,那么它们的合力肯定比零大。
通过力学法则,我们以OB和OC两个力为边画出一个平行四边形。它们的作用力之和就是这个平行四边形的对角线OD。显而易见,这样的合力应该能够让货车发生位置上的改变,尤其是在天鹅的拉力将货车的全部或部分重力抵消时,效果更加明显。我们还有一个问题,那就是货车的移动方向是向前、向后,还是向侧面呢?它的移动方向完全由这三个作用力之间的关系以及彼此之间形成的角度而定。
我们的读者中做过力的合成以及分解运算的人应该不难得出结论:车子的重力并不会被天鹅的拉力抵消,车子也不会一动不动地停留在原地。唯一能够让车子停在原地的条件就是:车轮与车轴以及路面之间的摩擦力比那几个作用力之和还要大。但是如果将这个条件跟寓言里谈到的“货车的重量在它们看来,真的非常轻”相比较,我们会发现它们并不相符。
不管怎么说,克雷洛夫所说“车子自始至终都停在原地不动”是不对的。但是,这样的细节并不会影响我们体会这则寓言的寓意。