趣说物理:改变世界的工程师
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2.9 奇妙的相对运动

倘若有人让你去抓住一颗正在飞行的子弹,你一定会认为这个人准是神经不正常。但是,在第一次世界大战中,却发生过用手抓住飞行的子弹而不受其伤害的故事。有位法国飞行员在2000米高空驾驶着飞机,突然感觉有一只小虫子干扰了他的飞行,他用手迅速地抓过来一看,却吓出了一身冷汗,你猜是什么?是一颗德国子弹。为什么这颗子弹能被这位飞行员徒手抓住呢?原来这是运动相对性给这位飞行员带来的好处。当时子弹与飞机朝着同一方向飞行,速度也差不多,这样,相对于这位飞行员来说,子弹几乎是静止的或只有一些移动。你设想一下,抓起桌上放的一颗子弹,这颗子弹能伤害你吗?显然是没有危险的。

两艘高速飞行的宇宙飞船,可以在空中互相靠拢连接在一起,而不至于互相碰撞,也是由于它们同向飞行,速度几乎相等,相对来说几乎是静止的。

相反地,“静止”的物体也可能伤人。我们都说马路旁边的树木是静止的,其实这是相对于地面来说的。大家知道,当我们乘坐敞篷车在马路上奔驰的时候,一定要当心路旁的树枝,否则,那所谓“静止”的路旁的树枝是会伤人的。原因就在于,这时的树枝相对于汽车来说并不静止,而是以很快的速度向后飞奔而去,如果车上的人不当心,被这以很快速度迎面而来的树枝所击,不受伤才怪呢。

两个物体相向运动,这时,如果以其中一个为参照物,另一个的速度就将是两个物体速度的总和。因此,在一定的条件下,相对地面运动并不快的一些小东西可能会变成具有破坏作用的危险物。据说,在一次汽车比赛中,看见汽车风驰电掣般地从村边驶过,沿途的农民为了表示祝贺,便向车上的乘客投去香蕉、苹果等。结果,这些表达他们诚意的礼品却引起了很不愉快的后果:香蕉把汽车的车身砸坏,苹果落到乘车人员的身上,造成了严重的外伤。这颗颗礼物成了射向汽车的“炮弹”。

飞机场附近的鸟类太多,对飞机的安全也是一个危险的因素。如果飞机起飞时,恰好有一只鸟迎面飞来与飞机发生碰撞,除了鸟粉身碎骨之外,飞机的机身也将受到不必要的损失。试验证明,一只0.45公斤重的鸟撞在800公里/时的飞机上,能产生约1500牛的力量。因此,别小看了鸟儿,它们常常给飞机带来灾难性的撞击。正因为这样,预防鸟撞飞机就成了非常重要的事情。

利用运动的相对性,还可以帮助人们解决生产实践和科学实验中所碰到的一些问题。比如,人们在设计飞机的时候,需要知道所设计的飞机飞行时的各种性能。这就需要人们把所设计的飞机制成模型试飞。不过,要让制出来的模型在空中高速飞行是不容易的,也会有危险。因此,人们根据运动的相对性,设计了一种叫作“风洞”的实验装置,将飞机模型放在风洞中,让高速气流通过。这时如果以气流作为参照物,飞机模型就像在空中高速飞行一样。调节通过“风洞”气流的快慢,便可以测得在各种情况下飞机飞行的数据。而根据所测得的数据,便可以确定飞机的飞行性能了。

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力的表示

力的作用效果与力的大小、方向、作用点有关。因此,把力的大小、方向、作用点叫作力的三要素。要准确地描述一个力,就必须把力的三要素表示出来。可以用一根带箭头的线段把力的三要素都准确地表示出来,这样的方法叫作力的图示。

这样用一根带箭头的线段就把力的大小、方向、作用点都表现出来了。