@ 2011.09.27 , 18:17
46

走进科学:弹簧与重力[2v]

[-]

软软弹弹的机灵鬼(Slinky)弹簧有很多有趣玩法,不过志向更远大的同学们先想到的不是玩,而是……用它研究科学!

欢迎大家收看本期《走进科学》栏目,这一次我们要研究的是,如果把吊在空中完全伸展的Slinky弹簧放开,那么它的下端是会随之下落?还是静止不动?或者会向上弹呢?


答案是:会保持静止,直到上端落下来把它砸下去。
这究竟是为什么呢?因为之前弹簧已经处于完全伸展的状态,各部分的拉力弹力重力等等都处于平衡状态。一旦抓着的手松开,弹簧最上端会受到下面部分往向下的拉力+自身重力,加速下落;最下端则由于拉扯上端造成的反作用力与重力抵消,才会如同“反重力”一样悬浮。

就算你加挂一个网球,结果还是一样

(TheDailyWhat)


给这篇稿打赏,让译者更有动力
支付宝打赏 [x]
您的大名: 打赏金额:

4.6
赞一个 (0)

TOTAL COMMENTS: 46+1

  1. 902864

    进来之前我就知道会不动了~

  2. 乌鸦
    @6 years ago
    902866

    下端链接个架子 用架子吊弹簧起顶端 是不是就可以反重力 悬浮呢? =?=

  3. 902869

    可以用来做出高考题的素材啊,哈哈哈~~

  4. 乌鸦
    @6 years ago
    902873

    用”走进科学” 当类别名 真是史诗级大吐槽呀 每次看到都感觉很痛快
    现在ccav 7 ccav 10 简直就是小众猎奇土著 雷人 反问!囧 侮辱智商类节目

    [19] XX [0] 回复 [0]
  5. 陈晨
    @6 years ago
    902876

    绝不会出做高考题,因为教材里面对这部分是避而不谈的。当初我向老师提出此类问题时,被他们认为脑子有病,很快我就学乖了。包括简谐振动,牛顿摆,碰撞之类的,他们脑子里就只有能量守恒。

    [51] XX [16] 回复 [0]
  6. ivanchaos
    @6 years ago
    902887

    @乌鸦: 我们这可是货真价实的走进科学哟,绝不是[哔-]、[哔-]而且非常[哔-]的某CCA[哔-]节目

  7. 乌鸦
    @6 years ago
    902894

    这个吐槽真是太赞了

  8. mooo17
    @6 years ago
    902898

    随便个高中生都能答对的说……

  9. 我用所有抽打爱
    @6 years ago
    902907

    @陈晨:
    你不觉得这个东西对大多数高中生而言稍显复杂了点么?高中物理教材就只是要求知道完美状态下的能量守恒而已。至于你的老师,对你表示哀悼

  10. 陈晨
    @6 years ago
    902918

    @mooo17:
    那你就答错了,编辑并不懂这道题。
    重心的下落加速度是g没错吧,若不挂重物,质量均匀,顶端的下落加速度需要2g,可是谁给他提供这杨持续的力呢?

  11. 272911749
    @6 years ago
    902921

    土豆你怎么啦?画面打满马赛克了吖。

  12. 晓月
    @6 years ago
    902928

    这真不是初中的东西么……我咋记得那时候做过这题……

  13. 猫一
    @6 years ago
    902932

    高考出这个题我会乐疯了的

  14. dadastan
    @6 years ago
    902938

    好吧,你们想知道为什么这样么。

    首先,我们将弹簧简化一下,把它想象一个有重力的橡皮绳,实际上原理是一样的,这么说只是为了简化模型,将弹簧变成一个直线模型比较好分析。

  15. dadastan
    @6 years ago
    902939

    在未放开手之前:这根橡皮绳保持平衡,为什么呢?我们来对这条直线上的点来进行分析,假设人拿到那一端叫T(Top),接近地面那一端叫B(Bottom),则针对TB间的任意一点M(Middle)来说,它受到两个力,一个是TM段对它的向上的拉力F(上),另外一个是BM段对它的拉力F(下),有人会问:那重力呢?因为我们是说M这一点,这一个是质点,无重力。F(上)的产生来源于BM段对TM段的拉伸使得产生向上的弹力,而F(下)的产生来源于BM段的重力对自己的拉伸,BM段产生的拉力最大的那个点就在M点=BM的重力。
    OK,F(上)=F(下),好了,放手之前就是这样,任何一点M受到两个力:F(上)=F(下)。

  16. dadastan
    @6 years ago
    902940

    放开的那一瞬间:OK,放开那一瞬间,发生了什么?
    我们上面说过,任何一点只受到两个力F(上)F(下),并没有重力,重力没有消失,只是它转变成为了弹簧内部的拉力,而弹簧总体,或者有限的某一部分还是受到重力的。
    放开那一瞬间,实际上,什么都没有发生。
    因为,弹簧在那一瞬间没有产生形态变化,而对于弹簧中的任何一个质点来说它只受到弹簧形变产生的拉力,所以,因为形态没有变化,则拉力也不会变化,则任何一点都是保持原来的状态不变,也就是说,它既不会向上弹,也不会向下弹。

  17. dadastan
    @6 years ago
    902941

    上面说,任何一个质点都保持不变,实际上除了一个点外。这个点就是人手持住的那一个点。
    因为,这个点受到的力有两个:向下的F(下)和向上的F(手),这个F(手)不是由弹簧提供的,而是由手的力量提供,当人放开手的时候,它失去了这个F(手),于是,它只受到F(下),所以,它有一个向下的初速度。所以它向下运动。

  18. dadastan
    @6 years ago
    902942

    放开手的下一瞬间:好了,重点来了,这里将解释为什么最后的部分是悬浮的。
    手持的那一个点,在放开之后的瞬间只受到F(下),所以它在下一个瞬间运动到了与它相邻的下一个点,这时候,由于手持的那个点与下一个点之间的弹性形变也没有了,所以,从放开手的下一瞬间开始,与手持的点相邻的那个点就不再受到F(上)了,只受到F(下)了。所以,这个相邻点就开始向下运动了。
    同样的,在下一瞬间,下下一瞬间,下下下……瞬间,各个点都因为逐渐失去F(上)而开始运动。

  19. dadastan
    @6 years ago
    902943

    也就是说,对于弹簧中的任意点来说,当放开弹簧后,当与之相邻点在上面的那个点运动到它那里之前,它们之间的形变都没有产生变化,这时候它受到的F(上)与F(下)相等,它就不会向下运动。所以,只有当上面逐渐想下运动,“撞到”一个个点之后,才会向下运动。

  20. dadastan
    @6 years ago
    902944

    加了网球呢???
    网球,只是加大重力而已,我们说过,网球是加在最下面的,它产生的变化就是改变了形变长度,但是在手未放开时候,各个点受到的F(上)与F(下)还是相等的。只是比放网球前大了一些而已。所以一样。

  21. dadastan
    @6 years ago
    902945

    最后,有一个问题要解释一下:有人会问:很奇怪,当一个点运动到它相邻点的那个过程中,不是产生了形变么?那在这个点它相邻点那个点的力不就改变了么?
    答案:其实是这样,一个点运动到它相邻点的这个过程是没有时间的,也不会产生形变,这是因为,如果在这个过程中有形变变化的话,那在这个点和它相邻点之间还有其它点,这两个点就不是相邻的点了,也就是说,这个过程可以不断细分,细分到那个过程的结束之前不会产生形变。
    这样很抽象吧,实际上这是一个量子学范畴,就是从一个点到它相邻的点之间的变化过程是一个状态迁移过程,不是渐变的,而是瞬发的。是一个状态瞬间迁移到另外一个状态。

  22. dadastan
    @6 years ago
    902947

    好吧,你它咪咪的,我一次就不能多说点话吗?

  23. 902949

    高清土豆老是马赛克是怎么回事?

  24. Turbocharger
    @6 years ago
    902965

    这老头澳大利亚的吧?英语听着这个费劲

  25. 冥河
    @6 years ago
    902984

    高中物理题目耳

  26. 喵泉
    @6 years ago
    902998

    高中物理题— —鉴定无误。那时候弹簧下面比较喜欢吊个小盒子啥的

  27. 混淆的蓝
    @6 years ago
    903041

    @dadastan: 看见那个什么量子学 我晕了…

  28. 陈晨
    @6 years ago
    903122

    高中是有这道题,不过当时答案是错的。
    因为当时并不考虑弹簧的本质,下落过程中不能把它当做同一根弹簧处理。
    弹簧在变短,但拉力没变,所以顶端一直有着2g的加速度,刚好保证重心加速度为g,底端不需要下落。

  29. 903127

    啊,真可以啊

  30. 903178

    @陈晨:

    我看你描述的是没错的啊

  31. 903183

    @我用所有抽打爱:

    这道题目在高考里可以作为一道2分题目。相信至少15-20%的同学还是能做对的。

  32. 挣扎
    @6 years ago
    903217

    还真没想过,.,,,,,,,算是学到东西了,.,.,

  33. 903223

    一开始网球受的重力G和向上的拉力F相等,因此球对敌静止
    松手后弹簧缩短直至完全收缩,由胡克定律,F由G减小到0(这种弹簧完全收缩时拉力为0),因此网球受的合力由0逐渐增大到向下的G,即加速度由0到g

    慢镜头中可以看出球在缓慢的下落,不仅因为以上所述,还因为网球在松手前并未完全静止
    至于大家说的完全静止,那只能解释为大家受到快速运动的弹簧影响,视觉上受到了误导而已

  34. 903228

    @陈晨: 扯淡 读过高中物理用过脑子的人都会知道是这个结果。。。这题放到高考题物理题目里连中等都算不上。。。

  35. 903235

    @dadastan:

    您在之前的回复中讲得很清楚,但在这段回复中我就有问题了

    首先您将有限的距离和时间划分为无限段,这在物理中是不存在的(不知大家有听说过普朗克时间和空间),因此只能作为一种方便的思维和运算方法,不是实际的物理解释。就像自然科学不能由数学证明,而只能由实验证明。

    再者,即使划分为无限段,那松手后一段接一段的形变(也就是拉力的较少,这两者是不分开的),什么时候开始传递到低端的网球呢?是无限多个无限短的时间之后吗?大家想必都听说过飞箭不动的悖论吧。

    我认为思维上和数学上可以假想成无限个弹簧串联,假设失去顶端拉力的影响传递到弹簧某处的时间是t,顶端到此处的距离是s,那v=s/t便是影响传播的速度。如果在无限段弹簧上这个速度为v,考虑到弹簧是均匀的,无限个小弹簧都是相同的,那么传到底端的速度也会是v。剩下的是,除非这个影响(即力的传播)的速度比顶端弹簧运动的速度都慢,那么网球不可能在顶端砸下来之前保持静止。

    最后,量子力学人人都听说过,这是现代物理学的基础,而且除非您是一位理论物理学家,您不会比我们大家知道的更多,所以我认为最好不要凡事都把量子力学搬出来

  36. 903311

    @陈晨: 看来我比你好运一点,不过问到一些比较偏的问题,老师就来一句:这个考试不考。唉,情何以堪啊。

  37. 陈晨
    @6 years ago
    903347

    我第10楼说的是高中的错误观念。
    第28楼说的是符合实际的正确解法。

  38. OM雷帝嘎嘎
    @6 years ago
    903348

    @Allan 对Allan赞一个,如果@dadastan 童鞋的本尊其实是谢耳朵的话,我相信扯扯什么量子力学还阔以。

  39. Boikinov
    @6 years ago
    903435

    上端加速下降,下端不动
    整个物体的质心在做匀加速自由落体运动

  40. lajichong
    @6 years ago
    903445

    其实网球没有静止。。只是弹簧顶端的加速度是2g 而网球的加速度只有0~1g(慢慢增加) 只是个时间差。。。

  41. 903607

    哎呦,煎蛋物理高手很多嘛,让我这个高中物理老师情何以堪,这个问题在高一的物理题中有……

  42. 007cat
    @6 years ago
    903756

    重心和长度改变换取最底端的滞空时间

  43. 陈晨
    @6 years ago
    903862

    @Allan:
    同学胡克定律不是这么用的,下落过程中不是同一根弹簧。
    底端是静止的没错!

  44. 924120

    高中生就学习的知识 怎么还拿出来展示呢 最起码 原理上高中时学习过的~!

  45. hmxbzc
    @5 years ago
    1137321

    www.hmxbzc.com

  46. brahmagupta
    @1 year ago
    3258056

    @Allan: 胡克那是理想弹簧,这里是有质量弹簧。拉力不是处处相等

发表评论


24H最赞