第 三 章 力中的奥秘

在这个世界上，有许多令人迷惑的事情发生，也有许多让人不解的现象出现，本章通过解读这些现象和事情来让大家进一步加深对力的理解和认识，来解读力的奥秘。
 
   为什么尖锐的物体容易刺进别的物体？
你可曾考虑过这样一个问题：为什么缝衣针能够这样轻易地穿透一个物体？为什么一块绒布或者厚纸板很容易被一根细针穿过，却很难用钝头的钉子把它穿过？在这两种情形里所作用的力不都是相同的吗？
是的，力量是相同的，但是压力强度或者说压强却并不一样。用针穿透的时候，全部力量都集中在针的尖端；而用钉子的时候，同样的力量却分配在比较大的钉尖面积上；因此，针所施的压力强度要比钝头钉大得多——这是说我们所用的力量假定是完全相同的话。
谁都知道，一具二十齿耙耙松的土地，要比同样重的六十齿耙耙的深。为什么呢？这是因为二十齿耙每一个齿上分配到的力量要比六十齿耙的大的缘故。
当我们谈到压力强度的时候，我们一定要在力量之外更注意这个力量作用的面积。同样大小的一个力量所产生的压强大小，要看它作用的面积究竟是一个平方厘米呢、还是集中在百分之一平方毫米上。
你用滑雪橇能够在松软的雪面上行走，不用滑雪橇就要陷到雪里去。为什么呢？因为用了滑雪橇身体压力分配在比不用的时候大得多的面积上。举例来说，两只滑雪橇的面积等于我们两只鞋底的20倍，那么，用滑雪橇的对于雪面所施的压强，就要比两脚站在雪面上的所施的压强弱，只等于两脚站着的所施压强的1/20。因此，松的雪面能够承受得住滑雪橇上面的人，却承受不住用两脚站着的人。
根据同样的理由，在沼泽里工作的马，时常要在马蹄上系着特制的“靴子”，来增加马蹄和地面间的接触面积，减少沼泽地面所受的压强：这样一来，马蹄就不会陷到沼泽泥潭里去了。在有的沼泽地，连人也是这样做的。
人在薄冰上通过的时候，一定要匍匐爬行，也是为了把自已的体重分配到比较大的面积上。
最后，还有庞大沉重的坦克和装有履带的拖拉机，在疏松地面上之所以不会陷下去，也仍旧是这个缘故，它们的重量是分配在比较大的支持面积上。8吨或8吨以上装有履带的车辆，对于每一平方厘米地面的压力不超过600克。从这一个观点看来，沼泽地带应用的装有履带的载重汽车，真是很有趣的。这种汽车载了2吨重的货物，加到地面的压强一共只有每平方厘米160克；因此，它能够在沼泽地带以及泥泞或沙漠地区行驶得很好。
像这样支持面积大的情形，在技术上，跟支持面积小的就像针尖的情形一样，是可以好好利用的。
从上面所说的，可知尖端所以容易刺进物体，只是由于力的作用所分配面积小的缘故。锐利的刀子要比钝刀容易切割东西，也可以用完全相同的理由解释：力量集中在比较小的面积上。
所以，尖锐物体容易刺进或切割物体，只是因为在它们的尖端或锋刃上集中了比较大的压力的缘故。
   为什么人躺在硬板上会觉得不舒服？
你坐在表面粗糙的板凳上，会觉得坚硬不舒适，但是，如果坐在同样是木质但表面光滑的椅子上，却觉得很舒适，这是什么缘故呢？还有，为什么睡在由相当硬的棕索编成的吊床上会觉得柔软舒适？为什么睡在钢丝床上不会觉得坚硬难过？
这道理是不难明白的。粗板凳的凳面是不平的，我们的身体只有很小一部分面积能够跟它接触，我们的体重只好集中在这比较小的面积上。光滑的椅子的椅面却是凹入的，能够跟人体上比较大的面积相接触，人的体重就分配在比较大的面积上，因此，单位面积上所受到的压力也就比较小。
所以，这儿的全部问题只在压力的分配更均匀。如果我们躺在柔软的床褥上，褥子就变成跟你身体的凹凸轮廓相适应的样子。压力在你身体的底面上分布得相当均匀，因此身体上的每一平方厘米面积上，一共只分配到几克的压力。在这种条件下，你当然就能够躺得非常舒适了。
这个差别，也不难用数字表示出来。一个成年人身体的表面积大约是2平方米或2万平方厘米。假定我们躺在床上的时候，靠在床上的面积大约有身体表面积的1/4，就是0.5平方米或5000平方厘米。又假定你的体重大约是60千克。那么，每1平方厘米的支持面积上，只要承受12克的压力。
但是，如果你是躺在硬板上，那么你的身体只有很少几点跟板相接触，而这几个接触点的总面积一共也不过100平方厘米左右，因此每个平方厘米所承受的力就是五六百克，而不只是十几克了。这差别是很大的，因此，我们的身体立刻就会有“太硬”的感觉。
但是，即使在最硬的地方，我们也可以睡得非常舒适，只要把我们的体重均匀分配在很大的面积上就行。比方说你先睡到一片软泥上，把你身体的形状印在这泥上，然后起来让这片泥土干燥（在干燥以后，泥土会收缩5～10%，但我们假定这个情形不发生）。
当这片泥土变成和石块一样坚硬的时候，你试再躺到上面去，使你的姿势和泥上留下的形状相合，那么你就会感到跟睡在柔软的鸭绒垫上一样舒适，一点也不觉得硬，虽然实际上你是睡在石头上。你现在的这个情形，恰跟罗蒙诺索夫在一首诗里所写的那传说里的巨鲸相仿。
横卧在尖锐的石块上，这些石块的坚硬它可毫不在乎，对于这伟大力量的堡垒，这些只是柔软的泥土。而你所以不觉到这石头的坚硬，原因却不在于“伟大力量的堡垒”，而只是由于你的体重分配到极大的支持面积上的缘故。
   轮船为什么能浮在水上？
一块大木头能浮在水面上，而一块小铁块在水里会下沉，轮船又能浮在水面，这是为什么呢？浸在液体里的物体，除了受到竖直向上的浮力外，还会受到竖直向下的重力，物体的沉浮全在于这两个力的合成。如果浮力大于重力，物体就上浮，一部分浸入液体中，一部分露出液体外，如果浮力小于重力，物体就下沉，如果浮力等于它的重力，物体就可以停留在液体的任何深度的地方。如果把木头压进水底，放手以后，由于浮力大于重力，木头就上浮。
露出水面以后，木块排开的水逐渐减少，浮力也随之减小。
等到浮力减小到跟木块的重量相等时，木块就会处于平衡状态。所以浮在液面上的物体受到的浮力等于物体的重量。
钢板在水里会下沉，为什么用钢板制成的轮船和舰艇却能在水面上浮起来呢？要使比重比水大的金属能浮在水面上，只要把它做成空心的就行了。因为它浸在水里时，占的地方要大得多，它能够排开更多的水，得到等于或大于它本身重量的浮力。就是这个道理才使轮船能浮在水面上。
每一条轮船的船舷上都有一条醒目的吃水线，用来表示装满货物以后水面到达的位置。轮船的排水量，是指水面到达吃水线位置，也就是说轮船满载时所排开水的重量。轮船装的货物越多，船身越下沉，当水面与“吃水线”重合的时候，就不应该再继续往船上装货了。否则，遇到风暴轮船会有灭顶之灾。
不过，海水因为含有百分之三左右的盐分，比重比淡水大，轮船从内河驶向大海，虽然船所受的重力和浮力都没有变化，但因为海水比重大，所以排水的体积减小，因此“吃水线”将露出水面。反过来在海港上往船上装货，装到“吃水线”，从海里开到江河时，船身会下沉使水面超过“吃水线”，一遇到风浪就会发生危险。
同样，在海里学仰泳比在江河里容易。因为每排开一立方厘米的海水，所受的浮力就比一克重还要大些。所以在海里学仰泳，可以把鼻子、嘴、眼都露出水面也不会沉下去。
  从开动着的车子里下来，要向前跳吗？
这个问题，无论你把它向什么人提出，一定会得到相同的答案：“根据惯性定律，是应该向前跳的。”但是，你不妨请他把这个道理说得更详细些，问他：惯性对于这个问题究竟起着什么作用？我们可以预言，这位朋友会肯定地滔滔不绝地开始叙述；但是，只要你不去打断他的话头，他会很快就自己也迷惑起来了：他的结论竟是，由于惯性的存在，下车时候相应地竟是要向跟车行相反的方向跳的。
事实上，惯性定律在这个问题上只起着次要的作用，主要的原因却是在另外一点上。假如我们把这主要的原因忘了，那么我们就真会得到这样的结论：应该是向后跳而不是向前跳了。
假设你一定得在半路上从车子里跳下来，这时候会发生些什么情况呢？当我们从一辆行驶着的车子上跳下的时候，我们的身体离开了车身，却仍旧保有车辆的速度（就是要依惯性作用继续运动）继续前进。这样看来，当我们向前跳下的时候，不但没有消除了这个速度，而且还相反的把这个速度加大了。
单从这一点看，我们从车子上跳下的时候，是完全应该向跟车行相反的方向跳下，而绝对不是向车行的方向跳下。因为，如果向后跳下，跳下的速度跟我们身体由于惯性作用继续前进的速度方向相反，把惯性速度抵消一部分，我们的身体才可以在比较小的力量作用之下跟地面接触。
事实上呢，无论什么人，从车上跳下的时候，总是面向前方的，也就是向行车的方向跳下。这样做也确实是最好的方法，是由不知道多少次的经验所证明了的；这使我们坚决劝告读者在下车的时候不要做向后跳跃的尝试。
那么，究竟是怎么一回事呢？我们方才那套“理论”跟事实所以有出入，毛病只是出在方才的解释只说了一半，没有说完。在跳下车子的时候，无论我们面向车前还是面向车后，一定会感到一种跌倒的威胁，这是因为两只脚落地之后已经停止了前进，而身体却仍旧继续前进的缘故。
当你向前方跳下的时候，身体的这个继续前进的速度，固然要比向后跳下的更大，但是，向前跳下还是要比向后跳下安全得多。因为向前跳下的时候，我们会依习惯的动作把一只脚提放到前方（如果车子速度很高，还可以连续向前奔跑几步），这样就会防止向前的跌倒。
这个动作我们是非常习惯的，因为我们平时在步行的时候都在不断地这样做着：在上一节中，我们就已经说过，从力学的观点上说，步行实际上就是一连串的向前倾跌，只是用一只脚踏出一步的方法阻止着真正跌倒下去。
假如向后倾跌，那么就不能够用踏出一步的方法来阻止跌倒，因此真正跌倒的危险就大了许多。最后，还有一点也很重要：即使我们真的向前跌倒了，那么，因为我们可以把两只手撑住地面，跌伤的程度也要比向后仰跌轻得多。
所以，在下车的时候向前跳跃比较安全，它的原因与其说是受到惯性的作用，不如说是受到我们自己本身的作用。自然，对于不是活的物体，这个规则是不适用的：一只瓶子，如果从车上向前抛出去，落地的时候一定要比向后抛出去更容易跌碎。因此，假如你有必要在半路上从车上跳下，而且还要先把你的行李也丢下去，应该先把你的行李向后面丢出去，然后自己向前方跳下。但最好是不要在半路上跳车。
有经验的人——例如电车上的售票员和查票员——时常这样跳：面向着车行的方向向后跳下。这样做可以得到两重便利：一来减少了由于惯性给我们身体的速度，另外又避免了仰跌的危险，因为跳车人的身体是向着车行的方向的。
   物体在什么地方比较重？
地球施向一个物体的吸引力（地球引力）要跟着这个物体从地面升高而减低。假如我们把一千克重的砝码提高到离地面6400千米，就是把这砝码举起到离地球中心两倍地球半径的距离，那么这个物体所受到的地球引力就会减弱到1/4，如果在那里把这个砝码放在弹簧秤上称，就不再是1000克，而只是250克。根据万有引力定律，地球吸引一切物体，可以看做它的全部质量都集中在它的中心（地心），而这个引力跟距离的平方成反比。
在上面这个例子里，砝码跟地心的距离已经加到地面到地心的距离的两倍，因此引力就要减到原来的1/22，就是1/4。如果把砝码移到离地面1.28万米，也就是离地心等于地球半径的3倍，引力就要减到原来的1/32，就是1/9；1000克的砝码，用弹簧秤来称就只有111克了，依此类推。
这样看来，自然而然会产生一种想法，认为物体越跟地球的核心（地心）接近，地球引力就会越大；也就是说，一个砝码，在地下很深的地方应该更重一些。但是，这个臆断是不正确的；物体在地下越深，它的重量不但不是越大，反而越小了。这现象的解释是这样的：在地下很深的地方，吸引物体的地球物质微粒已经不只是在这个物体的一面，而是在它的各方面。
那个在地下很深地方的砝码，一方面受到在它下面的地球物质微粒向下方吸引，另外一方面又受到在它上面的微粒向上方吸引。这儿我们不难证明，这些引力相互作用的结果，实际发生吸引作用的只是半径等于从地心到物体之间距离的那个球体。因此，如果物体逐渐深入到地球内部，它的重量会很快减低。一到地心，重量就会完全失去，变成一个没有重量的物体。因为，在那时候物体四周的地球物质微粒对它所施的引力各方面完全相等了。
所以，物体只是当它在地面上的时候才有最大的重量，至于升到高空或深入地球，都只会使它的重量减少。
 
  你知道为什么直升机有两个螺旋桨吗？
直升机同其他飞机形状不同，工作原理也不同，在直升机顶部有一个大螺旋桨，尾部还有一个小螺旋桨。直升机的两个螺旋桨有什么作用呢？
飞机要离开地面，在天空中飞翔，必须有一个向上的力托起机身。通常，飞机是靠空气作用在机身两侧的双翼（俗称翅膀）上的升力升到天空。但是，直升机却没有飞机通常必须有的双翼，那么，它是怎样飞起来的呢？原来，直升机能飞上天的奥秘在它顶部上的螺旋桨，即旋翼。
当旋翼高速旋转时，推动空气向下运动，空气产生的反作用力作用于螺旋桨叶片上，当这个反作用力大于直升机的重力时，就能使直升机垂直离开地面飞起来。调整螺旋桨的角度，使螺旋桨有一个倾角，空气作用在螺旋桨上的升力就斜向前上方，此时除了向上的力外，还有一部分分力使飞机向前飞行。如果升力与重力相同，直升机就能悬在空中不动。
那么，装在直升机尾部的小螺旋桨有什么用处呢？当直升机顶部的螺旋桨高速旋转时，与转轴相连的发动机（包括整个机身）将作与螺旋桨旋转方向相反的转动，这样会造成机身的反向旋转摆动，机身的不断旋转摆动对直升机的稳定产生不良影响，并会造成坠机事故。
为了消除机身的反向旋转，设计师们在直升机尾部加了一个竖直旋转的螺旋桨（尾翼）。高速旋转的东西有一个特性，就是它能产生一个阻止整个机身旋转的力矩，保持转轴方向不变，像旋转的陀螺一样保持稳定。
尾翼产生的力矩与旋翼旋转时气流的反作用力矩的方向相反，由于力矩是力和力臂的乘积，所以，尾翼虽小，但由于直升机机尾很长，即力臂较长，可以产生一个与旋翼产生的反作用力矩数值相等的力矩，这样就能够防止机身晃动。在直升机要转弯时，尾翼还可以帮助直升机调节机身方向。所以，直升机上的两个螺旋桨各有作用，缺一不可。
直升机具有很强的灵活机动性，它不像普通飞机那样需要专门机场和很长的跑道，直升机可以直上直下，也可以随时悬停在空中。因此，在军事、空中摄影、抢险救援等方面，直升机可以发挥很大的作用。
 
  为什么杂技演员在表演顶坛子时不会受伤？
在杂技表演中，有一种表演会使人感到迷惑不解：演员将一个大的坛子扔到空中，然后用头稳稳地接住。一定会想，那么重的坛子砸在头上，为什么不会将演员的脑袋砸破？要知道，在平时，如果将一个小得多的东西砸在人头上，也会造成伤害。可是，表演完毕，演员却是毫发无损。这是为什么呢？
当我们要接住一个从上面落下来的物体时，不但要受到物体本身的重力作用，还要承受一个冲力的作用。
冲力的大小跟物体的轻重和速度有关，还与我们使它停止的时间长短有关。动量原理告诉我们，物体重、速度大和停得快，都会使冲力加大；相反，如果有办法使物体慢慢停下来，就能减小冲力。如果演员站立不动，或者迎向下落的坛子，由于坛子与头之间的相对运动，前者相对速度等于坛子下落的速度，后者相对速度是坛子下落的速度加上人头部向上移动的速度，这样，坛子就会对头产生较大的冲击力，而后者相对速度更大，冲击的力量也更大。在这两种情况下，都会对演员的头部造成害。
不知你是否注意到，当坛子下落时，演员会做出一个下蹲的动作，这样，他的头随着坛子的下落方向也向下运动，坛子与头是在做同向运动，二者的相对速度减小到很小，甚至接近于零，因而当坛子落到头上时，就不会对头部造成很大的冲击，演员也就不会受伤了。类似的情况还有很多，如跳高运动员下落时要垫海绵垫，跳远运动员要落在沙坑中都是为了增加接触时间从而减少冲力以保护运动员的安全。
当然，杂技演员能够做到不受伤，需要通过长时间刻苦的练习来积累经验，而且在表演时要集中精力，否则，任何一点的疏忽都有可能造成伤害。
在花样滑冰或跳水比赛中做旋转动作时，为什么运动员要尽量缩小身体？
在自由体操、跳水、花样滑冰等运动或者是在芭蕾舞表演项目中，当运动员或舞蹈演员做旋转动作时，我们会发现，他们首先会将身体尽可能地缩小，然后再做出一连串优美的高难度动作。为什么要这样做呢？不缩小身体，是否也可以做出旋转动作呢？
原来，运动员和舞蹈演员这样做，是巧妙地应用了物理学上的角动量守恒定律。根据力学原理，一个转动系统在不受外力矩或所受外力矩矢量和为零时，其角动量将保持不变。也就是说，物体绕转轴转动的角速度与物体对转轴的转动惯量的乘积是一个不变的恒量。根据这个原理，在满足守恒条件的情况下，要使旋转加快，就应当减少转动惯量，要使旋转减慢，就应当增大转动惯量。
所以运动员和舞蹈演员要加快旋转时，总是在使自己达到力所能及的最大角动量时，再采取下面的步骤利用角动量守恒定律：
第一步，尽量用足尖着地，减小旋转阻力，使以后的运动满足角动量守恒条件。至于离开地面、跳台或跳板以后的运动员，在空中运动时空气对旋转的阻力不太大，也可以认为已经满足守恒条件。物理学研究表明物体的质量分布离转轴越近它的转动惯量也越小。
第二步，运动员尽量收紧身体，收拢手臂和腿足，也就是使身体的可动部分离转轴的距离尽量缩小，以减小身体对旋转轴的转动惯量，从而使旋转角速度增大。这样，就可以顺利地完成旋转动作了。
一个绕身体的通过头、足的纵向轴旋转的运动员或演员，可以通过上述动作使转速增大1.5倍；而在空中绕自身横向轴旋转的运动员，则可以将转速提高2倍至3倍。
而完成旋转后，要想顺利落在垫子上或进入水中，就必须使高速旋转的动作缓慢下来，这时，运动员就会采取与上面相反的动作，即伸开腿脚，放开身体，使转动惯量增大，相应地减小旋转角速度，以避免速度过快，导致动作失败。
  为什么跑弯道时运动员身体要向内倾斜？
常看体育比赛你会发现，在径赛中，当运动员在跑弯道时，都会有意识地将身体向内倾斜。你也可以亲身体验一下，跑弯道时如果不将身体向内倾斜的话，不仅无法转弯，而且还有可能向外摔倒，这是为什么呢？
原来，为了使一个物体沿着圆周运动，就必须给物体一个指向圆心的力，这个力被称做向心力。一个直立着的物体，如果受到一个外力，而这个外力不通过该物体的重心，那么这个物体就会倾倒。
运动员在跑直道时，要保持直立状态，这样，所受的各种力都通过运动员的重心。假设他这时将身体故意向一侧倾斜，由于所受的力不通过他的重心，他就会向倾斜的那一侧摔倒。而运动员跑弯道时，是在作圆周运动，因为他受到向心力的作用，所以可以作圆周运动。
这个力是地面给予运动员的，是运动员蹬地时地面对运动员的反作用力。有了向心力，运动员可以转弯，可是在转弯时，地面给运动员的这个力并不通过运动员的重心，它使运动员在转弯时向外倾斜，结果运动员无法转弯，而且有可能向外摔倒。
为了顺利转弯，运动员必须有意将自己的身体向内倾斜，人为地造成一个向内倾斜的趋势，来平衡向外倾斜的趋势，才能够顺利转弯而不摔倒。
同样道理，自行车转弯、汽车转弯等，都要向内倾斜，以克服向外倾斜的作用力，达到顺利转弯的目的，而且速度越快，向内侧倾斜越明显。
 
  为什么轮船、航空器等都要使用陀螺仪？
轮船航行在浩瀚的海洋中，飞机飞翔在茫茫的天空中，都需要随时知道自己的航向、姿势、位置和速度。可是在陆地上辨别方向很简单，人们可以通过地面上的建筑、山河等物，以及路标、指南针或者向导来解决这个问题。但是，在四面八方没有特征差异的大海、天空和太空中由于没有参照物，辨别方向和位置就是个大难题了。为了解决这个难题，人们根据陀螺的特性，制成陀螺仪，用来在大海、天空和太空中定向和导航。
为什么陀螺仪能定向呢？这要从陀螺仪的结构谈起。
陀螺仪主要由高速转动的陀螺和灵活的万向支架组成。陀螺用摩擦力很小的轴承支撑在内环——内环又用轴承支撑在外环上，外环又通过轴承支撑在基座上。陀螺的转速极高，所以稳定性极好，总保持在原定的方向。
同时，由于万向支架的摩擦力很小，向哪个方向都能方便地转动，就大大减少了外力对陀螺的影响。这样一来，不管怎样航行，基座随着轮船的变动，陀螺总能够向原来的方向，稳定地绕旋转轴高速旋转。驾驶员通过陀螺仪表盘就可以了解运行的方向，这被称做陀螺导航。
人们在飞机、导弹、人造卫星、宙飞船里安上陀螺仪，让它带动自动控系统，就能实现自动导航，被称为自动航系统。
通信卫星上天后，不能东倒西歪任意翻滚，应该使之保持一定的姿态，要保证天线总是对准地面。这也可以利用陀螺的稳定性原理。办法是让人造卫星绕着规定的轴自转起来，使它变成一个陀螺，旋转轴总是指向规定的方向，就可以保持一定的姿态了，同时，让天线和必要的部分沿着同一轴反向旋转，于是，天线就总是对准地球了，这被称做人造地球卫星的双旋稳定技术。
  为什么船要逆水靠岸？
如果你乘过船，就会发现，当船要靠岸时，往往不立即靠岸，而是首先要绕一个大圈子，使船逆着水行驶以后，才慢慢地靠岸停船。为什么船要逆水靠岸呢？
让我们离开船的问题，先想一想在陆地上快速行驶的车子是怎样停下来的。自行车、马车、汽车和火车等都有制动装置，制动装置在贴近轮子的部分，用以增加轮子转动时的摩擦力，使车子停下来了。例如，我们要使自行车停下来，就要刹一下闸，闸连接着的贴近轮子的橡胶闸皮就会紧贴在轮子上，闸皮与轮子的摩擦力使自行车迅速停下来。
但是，轮船是靠水流的推动力和船上动力装置运转形成的作用力推动的，由于水流的存在，像陆地上那样的制动装置在水中是不起作用的，那么轮船该怎样停下来呢？
这里要用到相对速度的物理概念。假设水流的速并为2千米/小时，船在靠岸时，动力已经关闭，船靠惯性在水上漂浮，如果此时它自身行驶速度为3千米/小时，那么船顺水行驶时应为船自身速度加上水流的速度，船的速度为5千米/小时；逆水行驶时应为船速减去水的流速，船的速度只有1千米/小时。我们知道，要想使船停下来，当然是船速比较慢时容易做到。
所以，使轮船逆水靠近码头，就可以利用流水对船身的阻力，起到制动的作用，使船慢慢停下来。而遇到紧急情况时，要想使船快速停下来，可以采用“开倒车”及抛锚的办法。
  两火车相撞，哪列火车受到的冲击力大？
如果问你这样的问题：一列火车高速撞向另一列火车，哪列火车受到的冲击力大一些？你可能会回答：如果另一列火车是停在车站里，停着的那列火车受到的冲击力更大，或者回答：质量小的那列火车受到的冲击力更大。
但这些回答是完全错误的。
根据牛顿第三定律：当一个物体给另一个物体作用力时，另一物体同时给这物体一个大小相等、方向相反的反作用力。或者说，两个物体之间的相互作用力总是大小相等、方向相反，同时出现，同时消失，并且在同一条直线上。因此，迎面相撞的两列火车受到的冲击力是一样大的。
尽管两列火车所受到的冲击力一样大，但是不同情况下会有不同的结果，造成不同的损失。由于碰撞过程动量守恒，而动量等于物体的质量和速度的乘积。如果是一列高速行驶的火车与一列停着的火车碰撞之后，高速行驶的火车将会继续前进并逐渐减速而最终停下。
如果是高速行驶的火车撞上一列行驶速度较慢的火车，情况与上面差不多。如果是两列高速行驶的火车迎面相撞，由于碰撞时间极短，因此冲击力会比上面的情况大得多，两列火车将在反弹力的作用下突然转为反向运动，比撞上停着的火车、慢慢停下来的情况会产生更大的加度，也更加危险。这又可以分为两种情况：
第一种情况，如果两列火车质量不同，质量大的火车惯性较大，可继续前进一段距离，而质量小的火车会改变运动方向，因此，质量小的火车受到的损失就比较大。
第二种情况，如果两列火车质量和速度都相同，那么在碰撞中两列火车既不会继续向前也不会后退，而会突然停下来，这样，火车后面的部分会挤压过来，造成巨大的损失。
另外，一列火车高速撞向一堵质量很大的混凝土墙，由于不存在弹性碰撞，火车也会突然停下来，同上面第二种情况相同，也会造成巨大损失。
同样的，高速公路上两辆汽车迎头相撞，二者受到的冲击力一样大，但质量较小的汽车损失较大，如小客车与大客车相撞，小客车损失较大，客车与大货车相撞，客车损失较大。
 你知道轴承可以起到什么作用吗？
在机器、车轮等运动部分，都装有轴承。你知道轴承可以起到什么作用吗？
我们知道，在物体运动时，物体相互接触的表面存在摩擦。运动物体的摩擦类型包括滑动摩擦和滚动摩擦。
有经验的人在搬运重物时，往往在重物下垫上几根圆的钢管，就可以把重物轻而易举地推走了。这是因为，如果将物体直接放在地面上移动，物体与地面接触的地方，产生一种滑动摩擦力：而物体在钢管上滚动时，产生滚动摩擦力。在一般情况下，滚动摩擦力远比滑动摩擦力要小，只有滑动摩擦阻力的1/60，移动要省力得多。
早期车轮没有装滚珠轴承，车轴与轮的内圈相接触处的摩擦是滑动摩擦，阻力就较大，不仅车子跑不快，而且连接处极易磨损，为了减少磨损，人们在车轴处加了许多润滑油，但这并不能从根本上解决问题。
装上滚珠轴承的车轮，车子开动时，车轴在滚珠上转动，滚珠又沿着轴承在外圈的滚道上滚动，这样一来，把滑动摩擦变成了滚动摩擦，再使用润滑油，使摩擦力进一步减小，所以车子变得轻便省力，机件也不易磨损。
在机器的运行和连接部分装上轴承，也是同样道理。所以在车轮中，轴承是必不可少的部件。
  为什么轮子都是圆形的？
人类的伟大发明成千上万，数不胜数，但如果要是只列举其中一种最伟大的发明，那么，这种发明不是蒸汽机，不是发电机，也不是计算机，而是轮子。为什么说最伟大的发明是轮子呢？这是因为如果没有轮子，人类以后的许多发明就不可能出现，上面我们所提到的蒸汽机、发电机，以及汽车、机器等，哪一样都离不开轮子。
轮子与我们的生活和工作息息相关。例如，车轮、滑轮、齿轮、轴承等都可以看做是轮子家族的成员。尽管轮子的种类很多，形态各异，但它们有一个共同的特点，那就是，轮子都是圆形的。
为什么轮子是圆形的？而不是方菱形或三角形的呢？
首先，在路面上运动的物体或者在机器部件的相对运动中，都会有摩擦力。相对运动的体间的擦包括滑动摩擦和滚动摩擦。物理学研究表明滚动摩擦要远小于滑动摩擦。圆形的轮子在运动时与地面产生滚动摩擦，其他形状的轮子则不会产生滚动摩擦。
其次，圆形边缘各点与轴心距离都相同，可以保证轮子在地面上平滑地运动，而如果将轮子做成其他形状，例如，长方形、正方形、三角形、菱形或椭圆形等，由于轮子边缘到轴心距离不同，这些形状的轮子在转动时，会导致车子忽高忽低，这样车子上的人和货物就会处于不断的颠簸之中，人会感到不舒服，而货物则会被损坏。所以，轮子都被做成圆形的。
 
没有摩擦力，世界会有多么可怕
在日常生活中我们常常会感受到摩擦力给我们带来的许多不便和烦恼。一双新鞋、一件新衣穿了一段时间，花纹被磨平了，衣服被磨出了洞。如果自行车轮轴上长时间不加润滑油，骑起来就十分费力。我们的家电、工厂的机器设备由于磨损都要定期检修更换……所有这一切都是由于摩擦力在作怪，这时我们会想，如果世界上没有摩擦力，该有多么好啊！
然而，世界上的任何事物都会有两面性，摩擦力也不例外。它有对人不利的一面，但更多的摩擦力却表现为是人类的朋友。可以毫不夸张地说，人们的衣、食、住、行、用一刻也离不开摩擦力。设想有一天摩擦力突然消失了，世界将是一个什么样子呢？
我们吃食物，无论用手拿或用筷子夹都是靠手、快子和食物间的摩擦力才能把它送入口中。如果没有摩擦力，我们将不能摄取任何食物。同样的道理，如果没有摩擦力，我们手中将不能使用任何工具，因为我们手握工具，全靠手和工具间的摩擦力。况且许多工具也不可能存在，如没有摩擦力锤头也不可能固定在木柄上。
如果没有摩擦力，我们将没有任何衣服、鞋袜可穿。因为布是靠棉纱的经线和纬线间的摩擦力而交织在一起的；即使有了布也做不成衣服，因为衣服的一块块布料是靠布和线间的摩擦力而连在一起的。
没有摩擦力，我们将无法睡在床上（假设有床存在），因为床不可能绝对水平，你一定会滑到地下，地也不可能绝对水平，所以你只能和家具一起挤在房间地面最低的墙角处。更何况在这种情况下也不可能有房间存在。
如果没有摩擦力你将寸步难行。因为人类能在地面上行走就是靠鞋底和地面间的向前的摩擦力使我们前进。下雪天汽车在路面上空转打滑，人常常被摔的鼻青脸肿，正是由于摩擦力减小的原因。冬天高寒地区的汽车的轮子上部都要绕上防滑铁链以增加摩擦力，保证安全行驶。没有了摩擦力也就没有了电视、计算机、房屋、家具，因为这些电器和设备的元件固定在一起要靠螺栓，而螺栓的连接全靠摩擦力。甚至你连眼镜也戴不了，因为它是靠镜腿和耳朵、鼻托和鼻子间的摩擦力支撑着的。
摩擦力尽管对人类有不利的一面，但是我们可以利用科学技术尽量减少它的危害。的的确确我们这个世界一刻也不能离开摩擦力，可以毫不夸张地说，如果没有了摩擦力也就没有了世界，没有了生命！
  你知道行军的队伍应该怎样通过桥梁吗？
人们都非常喜欢看解放军战士或者武警官兵走正步。战士们队列整齐，步伐有力，脚踏在地面上“卡咔”作响，好像是一个人踩出的步点。走正步能体现一支军队的训练水平，所以在阅兵或接待外宾时，都有军人以正步行进的场面出现。
但是各国军队都有这样一条规定：在通过桥梁时，队伍不得迈着整齐的正步通过，而是要自由地乱步通过。
这里有两个众所周知的例子。一件是发生在19世纪，拿破仑率领法国军队入侵西班牙时，一支部队在军官指挥下，迈着整齐有力的步伐通过一座铁链悬桥，当他们接近对岸时，突然“轰隆”一声巨响，桥的一头垮塌掉人大河，士兵们全部落入水中，许多人被淹死。另一件发生在1906年，在俄国首都圣彼得堡，一支部队在经过丰坦河上的大桥时，也是迈着有节奏的步伐，同样也发生了桥断人亡的悲剧。
这是什么原因造成的呢？
原来，这是由共振造成的。什么叫共振呢？就是当外加强迫力的频率和物体的固有频率相同时，物体振动的振幅会急剧增加。如果没有受到外力作用，这种振动叫自由振动，也叫固有振动，物体在自由振动时，它的频率是一定的，这个频率就叫这个物体的固有频率。
还有一种与自由振动不同的振动，如脚踏在桥上，也会造成桥的振动，这种振动是被迫的，因此叫受迫振动。走正步时施加在桥上的力叫周期性外力，也叫策动力，它一会儿向上，一会儿向下，有规律地变化着，这个策动力也有频率，受迫振动的频率是由策动力的频率决定的。当策动力频率和受迫振动体（如桥梁）的固有频率相同时，受迫振动的振幅达到到最大值，这时就发生了共振现象。
军队迈着整齐的步伐过桥，就是按一定频率给了桥梁一个策动力。当这个策动力频率恰恰和桥梁的固有频率相同时，就会发生共振，以致造成桥断人亡的悲剧。
明白了这个道理，所以就规定队伍不能迈着正步通过桥梁，而应该自由地乱步通过。
此外，如果大风的频率或地震波的频率与建筑物的固有频率相同时，也会造成建筑物的共振并倒塌，所以，建筑师在设计建筑物时也应当考虑如何避免共振的发生。
当然共振现象也有它有利的一面。跳水运动员在跳板上起跳就要充分利用共振现象，以跳得更高，在无线电电路中的谐振电路就是利用了电磁共振现象。
水塔为什么总是建得很高
你知道家里所使用的自来水是怎样送到千家万户的吗？你也许会说：是从自来水厂沿着水管送来的。这话只说对了一半。不错，自来水确实要经过水厂净化处理后才能送到住户家里，但为了使楼房里的用户也能用到自来水，必须建一个高高的水塔，在超过水塔高度的高层建筑的顶上设立一个水箱，用水泵将水抽入水箱，才能保证高楼的用水。
你知道为什么水塔总是要建得很高吗？
现在让我们做一个小实验：拿一截透明的软塑料管，将里面装上水，把管子弯成U形，观察管内两边水面的变化，你会看到两边管子里的水面是一样平的；把一边管子向上拉，使这边管子高于另一边，结果会怎样？你会看到两边管子里的水面仍然保持一样平，并没有出现一边高一边低的现象。这个现象在物理学上被称做“U形管现象”或连通器原理。反映了在连通器中的液体表面变化的规律。
自来水不会从地面向上爬到高处，根据连通器原理，为了使高楼上的住户也能用上水，就必须人为制造一个连通器（水塔或水箱）。
而且，水越深，压强就越大，水的深度每增加10米，压强就会增加1个标准大气压。水塔修得越高，水塔塔底的压强就越大，这样就可以将水压到地势较高处，由于连通器中水面要保持齐平，这样，高楼中的住户就可以使用上自来水了。大城市中，由于自来水厂供应范围宽，管路阻力大，光靠水塔所产生的压强远远不够，所以高楼上还必须加压水泵来保证用水。
连通器理在我们身边的应用是很广泛的。例如，仔细观察家里用的茶壶，你会发现，所有的茶壹嘴必然比壶身高或至少与壶身齐平，假如壶嘴比壶身低的话，水就会从壶嘴中流出，这个茶壶就永远也灌不满水。
 
高空走索为什么拿着一根长长的竹竿
高空走索是一项非常惊险又极具观赏价值的表演节目，20世纪90年代，加拿大高空走索表演者科克伦在我国三峡地区首次高空走索跨过了长江。赢得了观众们的喝彩和敬佩。
表演者在很细的绳索或钢丝上如履平地，还能轻灵捷地做出各种惊险优美的动作，观众会紧张得透不过气来，但表演者不用保险绳的保护却不会从绳索上摔下来，这是为什么呢？而且，表演者还要拿着一根长长的竹竿或长棍子，这根长竿难道不会妨碍他做动作吗？
与人们的想象相反，表演者手里拿的长竿，不但不会妨碍表演者做动作，而且恰恰是使他保持平衡、不会从绳索上掉下来的关键。
我们知道，不论什么物体，要保持平衡，物体的重力作用线（通过重心的竖直线），必须通过支面（物体与支持着它的物体的接触面），如果重力作用线不通过支面，物体就会倒下。
根据物体平衡的条件，要求高空走索演员，要始终使自己身体的重力作用线通过支面——悬空的绳索。由于绳索很细，对人的支面极小，一般人很难让身体的重力作用线恰巧落在绳索上，随时有从绳索上掉下的危险。
手中的长竿可以左右摆动，以调节身体的重心，将身体的重力作用线调整到绳索上，使身体重新恢复平衡。我们有这样的经验，当身体摇晃即将倒下时，我们会下意识地摆动双臂，使身体重新站稳，这是我们依靠摆动双臂来调整身体的重心。
杂技演员走钢丝时，也会通过摆动手臂的方法保持平衡。同样道理，高空走索表演者手里拿的长竿，实际起了延长手臂的作用，还有长竿转动惯性大，可以有效地帮助表演者在空中保持平衡。
 
冰上滑行与玻璃滑行的区别
滑冰是一项观赏性很强的运动，但这项运动也有局限性，只能冬天在北方户外有冰才可滑，而其他季节或在南方户外都无冰可滑。当然，在体育馆里，人们也可以用人工制冰的方法在夏天造出冰来，进行速滑或花样滑冰表演。但是由于人工制冰的成本太高，除了重大比赛之外，一般人还是无法享受在人造冰上滑冰的乐趣。于是有人就提出一个问题：既然人们可以在光滑的冰面上滑行，那么，玻璃也是很光滑的，而且价格比人造冰便宜得多，能不能用玻璃做“冰面”来滑冰呢？
这个设想是无法实现的，为什么呢？让我们做一个小实验：在冰面上轻轻推动杯子，杯子可以迅速地在冰面上滑行。在玻璃上推动杯子，杯子滑行不多远就会停下来。这说明玻璃上的摩擦力要远远大于冰面上的摩擦力，这是为什么呢？
原来，在冰面上滑行时，滑冰者的冰刀对冰面产生压力，使冰的熔点下降，另外，冰刀与冰面剧烈地摩擦产生热量，也会使冰融化，这样，在冰刀与冰面的接触面间就有了水。固体与流体间的摩擦称做湿摩擦，固体与固体间的摩擦称做干摩擦。物理学的研究表明湿摩擦阻力要比干摩擦阻力小得多。冰面上的水使冰刀与冰面间产生湿摩擦，而在没有水的玻璃面上会产生干摩擦，自然无法在玻璃上滑冰了。
  为什么湿的衣服不好脱？
夏天的一场雷雨把衣服淋得透湿，换衣服时，你会发现衣服变得非常难脱；袜子被水泡湿后，也很难从脚上脱下，这是为什么呢？这是因为一种液体或气体在和另一种液体或固体接触时，会形成一层表面膜，这种现象叫吸附现象，由于表面张力会产生附着力，气体的附着力远远小于液体的附着力。干的衣服、袜子的附着力非常小，可以比较轻易地脱下来；衣服袜子湿了以后，水的表面张力使衣服绷紧，贴紧皮肤。
另一方面，水对皮肤、衣服、袜子都有很强的附着力，就像胶水一样紧紧地“粘”在一起，这样，衣服就不容易脱下来了。
刚洗完脚，脚未完全干时，就会感到穿袜子较为困难，这也是因为脚上有一些细小的水分子，在脚与袜子之间产生较强的附着力。
我们可以用一个小实验来说明这个问题：将两个面积相同的玻璃片放入水中，对齐贴紧，从水里拿出来，这时，想把两片玻璃分开就需要花很大的力气。
  你知道毛细管的作用吗？
将内径很小、两端开口的细玻璃管插入液体中，液体会在细管中明显地升高或下降，这种现象叫毛细现象。这个两端开口的细管，由于内径细如毛故称为毛细管，毛细现象也因此得名。具有微小隙的物体与液体接触时也会产生毛细现象。
为什么会产生毛细现象呢？说起来道理还相当复杂，物理学把它们叫做表面现象。因为它涉及液体与气体的分界面，液体和固体的分界面，固体和气体的分界面附近分子之间复杂的相互作用。简单说来，在固体和液体接触的界面处的表面层由于固体分子与液体分子之间相互作用力的大小不同，有的固体被液体浸润（如玻璃和水、玻璃和酒精）形成凹形的弯曲液面，这时毛细管中的液体就明显上升。
有的固体不被液体浸润（如玻璃和水银），形成凸形的弯曲液面，这时毛细管中的液体就明显下降。物理学的研究指出：液体在毛细管中上升或降低的高度与液体的表面张力和密度以及毛细管的内径有关。
一般来说，液体的表面张力越大、密度越小，毛细管的内径越小，液体在毛细管中上升或下降的高度也就越明显。
毛细现象在我们日常生活、工作尤其是生理过程中起着重要作用。小朋友们都熟悉古诗：“锄禾日当午，汗滴禾下土，谁知盘中餐，粒粒皆辛苦。”
为什么农民伯伯要在炎热的太阳下锄地呢？这是因为在农田的土壤中存在着数不清的毛细管，土壤中的水分会不断沿这些毛细管上升到地表被蒸发掉，加剧旱情。农民在烈日下锄地，除了清除杂草外，主要是为了破坏土壤表面的毛细管，使水分不再能上升蒸发，起到保护的作用。
至于毛细管在生理过程中所起的作用就更不用说了。在动物和植物的组织中，存在大量各种各样的微管，如毛细血管、淋巴管、汗腺、神经末梢等。而血液、养料和水分的输送正是依靠这些微管的毛细作用。可以毫不夸张地说，人体内一旦毛细血管阻断、坏死或破裂，人的生命也就结束了。比如号称“第三杀手”的心脑血管病，脑出血、脑栓塞就是毛细血管破裂出血或阻塞造成的。
此外，在现代工业中也广泛地应用了毛细管作用。比如在药物制剂生产中为了增加疗效，常常在药物中加入适当的物质以增加药物对器官的润湿程度，使器官能更好地吸收药物。
 
 为什么水库大坝截面要建成上窄下宽的形状？
水库的高大水坝，从横截面来看，通常都是建成上窄下宽的梯形，或者迎水一面竖直，而背水一面呈上窄下宽的形状，还有，河堤也要建成上窄下宽的形状。这是为什么呢？
这是因为，第一，水坝和河堤（简称堤坝）要受到波浪的冲击，同时，堤坝也要受到水横向压强的作用。水的横向压强，是与水的深度成正比的。也就是说，堤坝底部所受水的压力，要比堤坝上部受到的压力大得多。把堤坝筑得上窄下宽，既可以适应不同水深处压力的变化，又可以节约材料。
此外，把堤坝的底部筑得宽一些，可以使堤坝更加稳定，因为，堤坝的重力是垂直向下的，它与波浪横向的推力会形成斜向下的合力，如果合力作用线越出堤坝的底部，堤坝就会倾倒：堤坝顶部窄一些，底部宽一些，合力作用线就不致越出河堤的底部。因而，这样的形状可以防止坝体倾覆。
第二，水对水坝的总水压有把水坝整体向下游推动的趋势，坝基下要有与之相抗衡的静摩擦力，才能维持平衡。为此应增加坝的厚度来加大重力，以提高最大静摩擦力，提高抗滑的稳定性。
第三，上窄下宽的形状还可以使堤坝底部单位面积所承载的压力比较小，减轻了堤坝底部的负担，使堤坝根基更加牢固。
第四，坝下部受水的压强大，就有可能会有水渗过坝体。把堤坝下部修得厚些，就可以延长坝内渗透路径，以增大渗透阻力，从而提高堤坝的抗渗透能力。
   你知道喷雾器为什么会喷雾吗？
农民常常用喷雾器给农作物和果树等喷洒农药，在我们家庭中常常使用喷雾器浇花。其实喷雾器的结构非常简单，在一个密封容器中装有液体，在液体中插入一个竖直细管，一个可以打气的活塞系统的出口连在竖直细管的上端，当我们用手反复推动活塞时，雾状液滴就从细管上方喷出。那么喷雾器为什么会喷雾呢？这实际上涉及物理学上关于流体的两个原理。
在物理学中把液体和气体称为流体，这是因为它们同固体不同，它们具有流动性。液体不仅具有流动性，而且它基本上不可压缩，即不论压强怎么变化，它的体积是不变的。由于这个原因，当液体在一个管道中流动时，粗的地方流动速度慢，细的地方流动速度快，这就是流体运动的连续性原理。我们常常看到的医用注射器、小朋友玩的水枪就是根据这个原理制造的。
在200多年前，瑞士数学家伯努利通过研究流体在流管中的流动规律发现了一条原理。这条原理指出，当流体水平流动时，流速快的地方压强小，而流速慢的地方压强大，这就是著名的伯努利原理。有了流体的连续性原理和伯努利原理，就可以很好地解释为什么喷雾器能喷雾的道理了。
喷雾器中用手推动的活塞的截面积要比出气小孔的面积大几百倍到上千倍，这样当用手推动活塞打气时，就有高速气流从出气孔喷出。根据伯努利原理，气流速度越快压强就越小，因此喷气孔的局部压强就非常小，几乎接近真空。而插在液体中的竖直细管的上端就恰好位于喷气孔前的低压区；而竖直细管的下端浸入液体中，受到大气压的作用。这样细管两端的压力差就把低处液体经竖直细管压到高处，液体一到达竖直细管上方就立刻被水平吹来的高速气流吹成雾状，这就是喷雾器能够喷雾的工作原理。
 
暖气的散热片为什么安装在窗下
严冬，在我国黄河以北广袤的土地上寒风呼啸，大雪纷飞。然而在有取暖设备的房间内却是温暖如春，鲜花盛开。不知朋友们注意到没有，一般情况下暖气的散热片都安装在窗户下面，你知道这是为什么吗？
要解答这个问题，首先就要讲一下供暖系统了，所谓供暖系统实际上是一个热交换系统。供热站有若干个大型采暖锅炉，把水烧到80℃左右，为了防止大量水垢形成，在水中还加入了水的软化剂。供热站依靠压力泵使热水在暖气管道中循环，一直送到用户的暖气散热片中。但暖气中的热水如何把热量传给室内呢？物理学的研究指出，热量传递方式有3种，分别是热传导、热对流和热辐射。
热传导是通过物体的直接接触，热从温度高的部分传到温度低的部分。比如一根一端烧红的铁棒我们绝对不敢用手直接拿另一端，因为热量经过热传导直接传到了另一端。不同的物质导热性能不同，金属导热性能好，而木头、空气导热性能不好，因此空气是热的不良导体，而铸铁是热的良导体，正因为这样，我们的暖气散热片都用铸铁铸造，以使它尽快把热量从散热器内部传递出来。
热量传递的第二种方式是热辐射。它是物体不经过任何介质把热量直接沿直线方向像光一样向外传递，一般炽热的热源就是通过这种方式向四周传递热量。比如太阳的热能就是通过热辐射直接传到地面上来的；软组织受伤或关节受伤病人到医院去“烤电”，实际上就是接受红外线发出的热辐射治疗。
热量传递的第三种方式叫热对流。这是我们最常见到的传热方式。比如我们烧开水时，下边的水受热膨胀，密度变小，在浮力的作用下上升；而冷水密度较大，在重力作用下下沉，于是就发生了冷热水的对流，使热能在水中均匀传递。
人们把暖气散热器安装在窗户下面也正是这个道理。由于空气是热的不良导体，因此依靠热传导不可能使房间迅速升温：同时，暖气散热片不是一个炽热的热源，因此也不可能通过热辐射使房间迅速暖和：只有使房间内的空气迅速对流起来才可以实现这一目标。
把暖气散热片装在窗户下面，当热空气由于密度小上升时，由于窗户附近的空气流动性最强，这样冷空气迅速下降，造成冷热空气对流速度最快。因此取暖时在热传导、热辐射相同的条件下，通过快速对流使空气迅速升温，效果最好。这就是把暖气散热片安装在窗户下边的道理。
 
  为什么可以用水来切削金属？
人们常说：柔情似水，在许多人的印象中，水是平静、柔弱的代表。但是，水可以用来切割金属等坚硬的物体，这是为什么呢？
其实，人们早就注意到，外表柔弱的水实际上具有很大的力量，例如水滴石穿，一滴滴水可以在坚硬的石头上打出一个洞来，海边的礁石也被海浪“咬”得千疮百孔，瀑布垂下处的岩体会由于水的侵蚀不停地后退。所以古人说：“柔弱胜刚强”。
但在自然界，上述过程都要经过较长的时间，有时甚至需要数百年乃至上千年。这样的水是不能用来切割金属的。
人们在切削坚硬的材料时，通常采用一些特种合金或天然金刚石等制成的刀具，这些材料切割速度较慢，在切割中会发出强烈的噪声，并会产生热量从而对材料的强度造成不良影响，因而人们转而研究用水来切削材料的方法。
水怎样才能变得具有切削能力呢？人们迫使水以3倍声速通过微小的喷嘴，汇聚成的高压水流就有了切削不同材料的能力，因为高压水流的压强极大，足以将金属等材料切削开来。如果在水中掺入硅石或柘榴石等磨削材料，水流的切削能力还会增强。
利用高压水流，可以切割工具钢、装甲板、防弹玻璃、铝板、钛板，也可以用来开采矿山，代替通常的爆破方式，比如现在已经普遍采用的水力采煤。在坚硬的岩石上打眼和破碎岩石。
用高压水流切削材料，既安全、经济，又干净、卫生，而且水可以将切削过程中所产生热量的绝大部分带走，避免了高温对材料强度造成的不良影响。
 
  升到空中的气球到哪里去了？
在重大节日或者开运动会时，放飞气球往往是一项不可缺少的节目，看着五颜六色的气球缓缓飞向空中，人们心中充满了快乐。
为什么节庆中放飞的气球能飞上空中，而我们平常用嘴吹起的气球却飞不起来呢？原来，节庆用的气球里充的是氢气或氦气，它们比空气要轻许多，因而能飞上天空。现在人们减少了氢气的使用，主要是因为氢气遇火会爆炸，非常危险，而氦气是惰性气体，它的物理性质不活泼，非常安全。我们平时用嘴吹气球时，向气球中吹入的主要是肺里的二氧化碳，二氧化碳比空气重，所以飞不起来。
我们会发现这样一种现象，气球飞上高空后，从来没有一个能重新落回地面的，那么，它们逃到哪里去了呢？
原来，随着高度的增加，大气变得越来越稀薄，大气压强减小，气球内外压强差增大，扎住口的气球中的气体在外界压强减小的情况下会逐渐膨胀起来，橡胶气球膜被撑得越来越薄，当膨胀到一定程度时，气球就会被胀破，发生爆炸。这就是为什么我们从来看不到有气球落回地面的原因。
在高空中飞行的飞行员或在几乎没有空气的太空中航行的宇航员，也会遇到由于空气稀薄而造成的麻烦，如果没有任何防护措施，他们的身体就会胀得很大，最后发生身体爆炸。所以，飞行员和宇航员都要穿着特制的防护服，以保持身体内外压强的平衡。
  为什么变速自行车能变速？
中国是自行车王国，对于许多人来说，自行车是生活中必不可少的交通工具。过去，人们骑的自行车多是不会变速的普通自行车，现在越来越多的人骑上了可以变速的赛车和山地车。赛车和山地车都可以变速，也就是可以用不同的速度骑行。那么，它们是怎样实现变速的呢？
自行车是用脚踏板转动链轮，链轮通过链条带动后轮轴上的飞轮，飞轮再带动自行车的后轮，后轮驱动整个自行车行驶。普通自行车的脚踏链轮与飞轮的齿数比是固定的，骑车的速度就由两脚蹬车的速度决定，蹬得快，自行车跑得就快，反之则慢。同时，链轮与飞轮的齿数比越大，也就是说，链轮越大飞轮越小，骑行速度就越快，但是却更加费力，反之，如果链轮较小，速度减慢，却可以比较省力。
变速自行车则不同，变速自行车的设计目的有两个：一是为了提高速度，二是为了省力。为了达到这两个目的，必须使链轮与飞轮的齿数比不再固定。例如变速赛车，有2个齿数不同的链轮和6个齿数不同的飞轮，在骑行时，按照不同的组合来改变前后齿轮的齿数比，就可以达到变速的目的。比如，在比赛中想提高速度，赛车手往往用较大的链轮与最小的飞轮相组合，加上运动员的快速骑行，就可以得到最大的速度；而在爬坡时，可以用较小的链轮与较大的飞轮组合，这时车速较慢，但可以省力。
  水一定要往低处流吗？
城市里的供水系统，要建造一个高高的水塔，这个水塔比它所供水系统中所有的楼房都要高，否则，住在高于水塔那几层楼内的人们便会用不上水。这是因为水只往比它低的地方流。“水往低处流”，这是最普通的常识，但这并不是绝对真理。你注意过餐馆卖啤酒的情景吗？只见啤酒桶里伸出一根管子，管子上装有龙头，只要将龙头一打开，啤酒就流出来了。说也奇怪，啤酒桶放在低处，龙头在高处，为什么啤酒往高处流呢？
原来这是压缩空气玩的把戏。将空气压进容器里，就成了压缩空气。我们用打气筒往自行车轮胎里和往篮球中打气，轮胎里、篮球里就充满了压缩空气。如果将打气筒的出气口堵住你要将气筒的活塞往里推，那是很费劲的，我们会感到有一股力量往外顶，当活塞往里推得越远，这股往外顶的力量越大。只要你一松手，活塞就会自动推出来。
当活塞还没有向里推的时候，气筒中已有空气，它的压强与外面的大气压强相等，处于平衡状态。当活塞往里推，筒内的空气被压缩，则筒内气体压力增大；这样，你一松手，活塞就被气筒中的空气推回来了，一直到筒内外的压强相等为止。这就告诉我们，空气被压缩时，压强就增大，而当它的体积膨胀时，压强就减小。
啤酒厂在装啤酒的时候，往装啤酒的钢桶里打进压缩空气，就像往汽车轮胎里打气一样；在啤酒桶里面的压缩空气用比较大的压力压着下面的啤酒，怪不得龙头一打开，啤酒便从下往上流出来了。
我们自己也可以做个简单的实验。取一个空酒瓶，用橡皮塞塞紧。在橡皮塞中央紧插着一根细玻璃管，玻璃管的一端有细的尖口，另一端用橡皮管与注射器连接。利用注射器将酒瓶中的空气抽走，抽走越多越好，然后用手把橡皮管口捏住，并将酒瓶倒置过来，让橡皮管的一端伸入带色的水中。
你会看到，一旦我们把捏橡皮管口的手放开，带色的水立刻通过橡皮管又沿着玻璃管由下而上，并从玻璃管细尖口喷出，宛如一股有色喷泉。有色喷泉的形成并不费解。原来，我们将瓶内的空气抽走以后，瓶内的空气减少，压力也就变小了。抽走的空气越多，瓶内压力越小，而有色水的上方受有大气压力，这个压力比瓶内的压力大了，带色水便从压力大的低处流向压力小的高处了。
看来，只要高处的压强比低处的压强小，水是可以从低处流往高处的。
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钢　钎
尖头钢棒,是一种常用的建筑工具，特别是在山区的道路建设中比较常用，通常由大锤打入软质岩石以钻孔，在所钻的孔中装填炸药，用以爆破岩石；也通常用它来撬岩石。就是在现在建筑工具高度发达的今天，钢钎仍是必不可少的。另外钢钎还是基础、坑（槽）底基土质量钎探检查的主要工具。
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吊　床
吊床是野外活动中轻便且易于携带的卧具，通常将制作吊床的材料拴在树上。依据制造的材料分为布吊床和绳网吊床等。布吊床通常用薄帆布或尼龙布缝制而成，绳网吊床通常用棉绳或尼龙绳编制而成。绳网吊床在热带丛林和炎热夏季尤为适用，而布吊床适用范围更广泛，除严寒地区和冬季不宜使用，其他季节均可使用。拴吊床的树一定要粗一些，加上人体重量后树干不变形为佳，这主要是从对树木的爱护角度出发。
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水流产生的力
“春潮带雨晚来急，野渡无人舟自横。”这是一幅美丽画卷。
我们是否能联想到蕴涵在这洗炼的诗句中凝聚着诗人对力学现象的洞察力。为什么小船总是横在河里呢？这是一个流体力学问题，直立在桌子上的细杆，是一个不稳定的平衡位置，而悬挂的直杆平衡是稳定的，前者，受一扰动后，重力形成的力矩将使细杆远离平衡位置，后者力矩倾向于恢复平衡位置。
由于流体运动时对物体产生合力和合力矩是比较复杂的，要想得到运动流体中物体平衡稳定的精确计算，经过许多力学家的努力，所以唐代诗人韦应物对船体稳定性能问题的观察，比起西方精确描述的出现要早1000多年。
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巴　士
巴士，也叫大巴，源于英语中bus的英译，为大型公共汽车，相对于中型公共汽车和小型公共汽车之间而言。其中，大巴应该是9米以上，20座以上，中巴是6～9米，10～19座，6米以下的是小巴，10座以下。
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地球引力
引力是质量的固有本质之一。每一个物体必然与另一个物体互相吸引。尽管引力的本质还有待于确定，但人们早已觉察到了它的存在和作用。接近地球的物体，无一例外地被吸引朝向地球质量的中心。因为在地球表面上的任何物体，与地球本身的质量相比，都实在是微不足道的。
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直升机
直升机主要由机体和升力（含旋翼和尾桨）、动力、传动三大系统以及机载飞行设备等组成。旋翼一般由涡轮轴发动机或活塞式发动机通过由传动轴及减速器等组成的机械传动系统来驱动，也可由桨尖喷气产生的反作用力来驱动。
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坛　子
坛子，一般指用陶土做胚子烧成的用来腌制菜品或盛放物品的器物。不易变质，方便保存。现在几乎成了网络用语，俗指：论坛又名网络论坛BBS。在四川等地的方言里，“坛子”有说笑的意思，但需要加一个“算”字组成“算坛子”。比如听到某人说了一段不靠谱的话，你就可以用质疑的语气回答：“算坛子的吧！”
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运动员
今天的运动员一词，起源于古希腊文“裸体”的意思。从古希腊的雕刻上，我们还可以看到运动员都是赤身的。这可以追溯到古代奥运会，它规定参加比赛的运动员必须穿兽皮衣服，可是在一次比赛中，有一个年轻选手身穿的狮皮突然脱落，他立刻赤身裸体。但他不顾这些，继续坚持比赛，并击败所有对手，夺取了冠军。随着古代奥运会的没落，现代奥运会的兴起，“赤身运动”已经成为体育史话。
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卫　星
卫星是指在围绕一颗行星轨道并按闭合轨道做周期性运行的天然天体，人造卫星一般亦可称为卫星。人造卫星是由人类建造，以太空飞行载具如火箭、航天飞机等发射到太空中，像天然卫星一样环绕地球或其它行星的装置。
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船　舶
船舶，各种船只的总称。船舶是能航行或停泊于水域进行运输或作业的交通工具，按不同的使用要求而具有不同的技术性能、装备和结构型式。一种主要在地理水中运行的人造交