火车头做得轻些好吗?

火车头做得轻些好吗?

原因倒不是因为材料和技术不允许，而是，火车头一旦做的轻了，它对后面车厢的拉力就会明显减少。

火车头对车厢的拉力来源于火车车轮和铁轨之间的摩擦力。当火车前进时，车轮向后推铁轨，铁轨反过来向前推车轮。这个相互推的力产生在车轮与铁轨相接触的地方，叫做摩擦力。

摩擦力的大小与两物体（车轮与铁轨）压紧的力的大小有关，若是火车头做的轻便了，那么这个压紧的力就减小了，火车就拉不动后面的车厢了，你说是吗？

为什么旋转球不走直线

罚点球的队员把球踢出去后，对方守门员朝着来球的方向扑去，但是球在半途中改变了方向，绕过守门员射进了球门，球场上响起了一片喝采声……

这种被解说员称为“香蕉球”的射门技巧是由于射出的球高速旋转而形成的，但为什么旋转的球体就不走直线了呢？这就要用空气动力学中一条重要结论来解释了。这条结论简述为：物体在流体中运动，它周围的流体相对它流速越大处压强就越小，当球如图所示的方向旋转着前进时，球的左侧面的气流相对球面来说流动速度较小，这时球左侧的压强大于右侧，则球受了一个向右的力，所以球从对方大门右侧射入。

流体力学的这条规律有多种应用，如飞机机翼的断面设计成上凸下平、喷雾器插在药液中的细管等

跳高时为什么要助跑

在体育比赛中，跳远的运动员选择较长的助跑距离，而跳高 运动员的助跑距离则要短得多。如果选择较长的助跑距离，是否 就跳不高呢？

跳高运动员能腾起越过横杆，靠的是助跑的惯性力和起跳蹬 地的支撑反作用力。由于惯性力的方向是水平向前的，而支撑反 作用力是垂直（或近似垂直）向上的，所以起跳后的身体重心沿 着一个抛物线轨迹运动。这个抛物线轨迹的高度，取决于起跳时 腾起初速度和腾起角的大小，也就是说，腾起初速度和腾起角是 增加跳高高度的关键。一般说来，应该尽可能增大这两项数值。 最大腾起角为90度。然而，由于跳高不是单纯的垂直向上运动， 越过横杆还必须有一个向前的力量；再则，还须充分利用水平速 度来增大腾起初速度，因此，腾起角应小于90度。至于腾起初速度 ，则和运动员的素质和技术的熟练程度密切相关。腾起初速度越大， 跳得就越高。当腾起角一定时，腾起初速度是起决定作用的。

惯性故事——萨尔维阿蒂的大船

经典物理学是从否定亚里士多德的时空观开始的。当时曾有过一场激烈的争论。赞成哥白尼学说的人主张地球在运动，维护亚里土多德----托勒密体系的人则主张地静说。地静派有一条反对地动说的强硬理由：如果地球是在高速地运动，为什么在地面上的人一点也感觉不出来呢？这的确是不能回避的一个问题。

1632年，伽利略出版了他的名著《关于托勒密和哥白尼两大世界体系的对话》。书中那位地动派的“萨尔维蒂”(图4-1)对上述问题给了一个彻底的回答。他说：“把你和一些朋友关在一条大船甲板下的主舱里，让你们带着几只苍蝇、蝴蝶和其他小飞虫，舱内放一只大水碗，其中有几条鱼。然后，挂上一个水瓶，让水一滴一滴地滴到下面的一个宽口罐里。船停着不动时，你留神观察，小虫都以等速向舱内各方向飞行，鱼向各个方向随便游动，水滴滴进下面的罐中，你把任何东西

扔给你的朋友时，只要距离相等，向这一方向不必比另一方向用更多的力。你双脚齐跳，无论向哪个方向跳过的距离都相等。当你仔细地观察这些事情之后，再使船以任何速度前进，只要运动是匀速，也不忽左忽右地摆动，你将发现。所有上述现象丝毫没有变化。你也无法从其中任何一个现象来确定，船是在运动还是停着不动。即使船运动得相当快，在跳跃时，你将和以前一样，在船底板上跳过相同的距离，你跳向船尾也不会比跳向船头来得远。虽然你跳到空中时，脚下的船底板向着你跳的相反方向移动。你把不论什么东西扔给你的同伴时，不论他是在船头还是在船尾，只要你自己站在对面，你也并不需要用更多的力。水滴将象先前一样，滴进下面的罐子，一滴也不会滴向船尾。虽然水滴在空中时，船已行驶了许多柞。鱼在水中游向水碗前部所用的力并不比游向水碗后部来得大；它们一样悠闲地游向放在水碗边缘任何地方的食饵。最后，蝴蝶和苍蝇继续随便地到处飞行。它们也决不会向船尾集中，并不因为它们可能长时间留在空中，脱离开了船的运动，为赶上船的运动而显出累的样子。”

萨尔维阿蒂的大船道出了一条极为重要的真理，即：从船中发生的任何一种现象，你是无法判断船究竟是在运动还是在停着不动。现在称这个论断为伽利略相对性原理。

用现代的语言来说，萨尔维阿蒂的大船就是一种所谓惯性参考系。就是说，以不同的匀速运动着而又不忽左忽右摆动的船都是惯性参考系。在一个惯性系中能看到的种种现象，在另一个惯性参考系中必定也能无任何差别地看到。亦即，所有惯性参考系都是平权的、等价的。我们不可能判断哪个惯性参考系是处于绝对静止状态，哪一个又是绝对运动的。

伽利略相对性原理不仅从根本上否定了地静派对地动说的非难，而且也否定了绝对空间观念(至少在惯性运动范围内)。所以，在从经典力学到相对论的过渡中，许多经典力学的观念都要加以改变，唯独伽利略相对性原理却不仅不需要加以任何修正，而且成了狭义相对论的两条基本原理之一。

为什么桥都设计成凸形的?

桥是不是不应该设计成拱形向上的，而应该设计成凹形的为好。因为汽车在向下行驶之前具备一定的势能，这个势能可以帮助它顺利地到达桥的那一端。可是拱形向上的桥却没有这个优点。

桥设计成向上的理由，是因为汽车经过桥中部时，桥所承受的压力较小；而相比之下，凹形桥承受的压力较大。

由于汽车经过一个弧形的时候，需要有一个向心力F，它是由重力Mg和支承力N合成的。

在拱形桥：F=Mg-N ∴ N=Mg-F

在凹形桥：F=N-Mg ∴ N=F-Mg

故总水压力通过压强的三角形分布距坝底H／3．设水库大坝的总重力为G，重心在O′处，为便于分析，设水库中水对大坝的总压力F水平向外（大坝外侧），如右下图所示．因受水的压力F的作用，坝体会以水库外侧大坝的坝脚O为支点有沿顺时针方向倾覆的趋势，其倾覆力矩为MF＝F×H／3．而大坝依靠自身的重力G产生的抗倾覆力矩MG＝Gd．把坝体修得沿背水面坡度缓一些，能够达到既增大重力，又增大力臂d的效果，从而达到增大抗倾覆力矩MG的效果．

由此可见，在不增加建设大堤和大坝的土石方，用料及造价相同的前提下，迎水面比背水面缓的江河大堤更牢固，挡水面比背水面陡的水库大坝更稳定．

过山车中的物理知识

过山车是一项富有刺激性的娱乐工具。那种风驰电掣、有惊无险的快感令不少人着迷。如果你对物理学感兴趣，那么在乘坐过山车的过程中不仅能够体验到冒险的快感，还有助于理解力学定律。实际上，过山车的运动包含了许多物理学原理，人们在设计过山车时巧妙地运用了这些原理。如果能亲身体验一下由能量守恒、加速度和力交织在一起产生的效果，那感觉真是妙不可言。这次同物理学打交道不用动脑子，只要收紧你的腹肌，保护好肠胃就行了，当然，如果你的身体条件和心理承受能力的限制，无法亲身体验过山车带来的种种感受，你不妨站在一旁仔细观察过山车的运动和乘坐者的反应。

在开始旅行时，过山车的小列车是靠一个机械装置的推力推上最高点的，但在第一次下行后，就再也没有任何装置为它提供动力了。事实上，从这时起，带动它沿着轨道行驶的惟一的"发动机"将是引力势能，即由引力势能转化为动能、又由动能转化为引力势能这样一种不断转化的过程构成的。

第一种能，即引力势能是物体因其所处位置而自身拥有的能量，是由于它的高度和由引力产生的加速度而来的。对过山车来说，它的势能在处于最高点时达到了最大值，也就是当它爬升到"山丘"的顶峰时最大。当过山车开始下降时，它的势能就不断地减少（因为高度下降了），但它不会消失，而是转化成了动能，也就是运动能。不过，在能量的转化过程中，由于过山车的车轮与轨道的摩擦而产生了热量，从而损耗了少量的机械能（动能和势能）。这就是为什么要设计成随后的小山丘比开始时的小山丘要低的原因：过山车已经没有上升到像前一个小山丘那样的高度所需要的机械能了。过山车最后一节小车厢里是过山车赠送给勇敢的乘客最为刺激的礼物。事实上，下降的感受在过山车的尾部车厢最为强烈。因为最后一节车厢通过最高点时的速度比过山车头部的车厢要快，这是由于引力作用于过山车中部的质量中心的缘故。这样，乘坐在最后一节车厢的人就能快速地达到和跨越最高点，从而产生一种要被抛离的感觉，因为质量中心正在加速向下。尾部车厢的车轮是牢固地扣在轨道上的，否则在到达顶峰附近时，小车厢就可能脱轨甩出去。车头部的车厢情况就不同了，它的质量中心在“身后”，在短时间内，它虽然处在下降的状态，但是它要"等待"质量中心越过高点被引力推动。

到达“疯狂之圈”时，沿直线轨道行进的过山车突然向上转弯。这时，乘客就会有一种被挤压到轨道上的感觉，因为这时产生了一种表观的离心力。事实上，在环形轨道上由于铁轨与过山车相互作用产生了的一种向心力。这种环形轨道是略带椭圆形的，目的是为了"平衡"引力的制动效应。当过山车达到圆形轨道的最高点时，事实上它会慢下来，但如果弯曲的程度较小时，这种现象会减弱。一旦过山车走完了它的行程，机械制动装置就会非常安全地使过山车停下来。减速的快慢是由气缸来控制的。

你知道气垫船吗?

我们知道，船是水上重要的交通工具，船是离不开水的。可是你知道吗?有一种神奇的船，它不管是在水面上，还是在陆地上，或者是在沼泽地里，只要表面比较平，它都可以行驶，这就是气垫船。

气垫船是怎么回事呢?它不什么可以离开水面在地面上航行呢?原来在气垫船的船底四周设有环形喷口，气流从喷口向外倾斜地高速喷出，由于水面的阻挡，气流在船底积聚形成气垫，并产生一股很强很大的升力，把船托离水面。由于物体同空气的摩擦要比物体同水的摩擦小得多，气垫船向前运动时只受空气阻力，所以它能在水面上高速滑行。它的速度比普通船要高几倍，目前世界上大型气垫船载客可达上千人，时速达300千米/时。人们还在设想制造载重5000吨的巨型气垫船，以原子能为动力，只要24小时就可从欧洲越过大西到达美国，看来气垫船的发展有着巨大潜力和广阔前景。气垫船在我国也投入了使用，1979年在广州与香港之间开辟了气垫船航线，1989年又在上海的吴淞与崇明之间开辟了气垫船航线。你知道气垫船是谁最早发明的吗?他是英国的船舶设计师——科克莱尔在1959年首先发明设计制造的。

一种全垫升气垫游艇具有良好两栖性和越野性能，具有良好的通过性，能航行于水面，冰面，沼泽地及陆地（草地）等区域。 YACON 300/500型气垫艇是用于沿海、内河及大型湖泊的休闲旅游产品，操作简便，安全可靠对航行水域无污染。

黄河气垫船

郑州号水陆两栖气垫船是我国第一艘用于旅游的气垫船。气垫船是高科技的结晶。顾名思义，它是由船下的大型鼓风机向船身下充气，使般下产生一个巨大的气垫，把船身向上抬高20~50公分。船体借助船后两个巨型螺旋浆产生的推动力，使船向前行进。

一望无际的黄河滩地坎坷不平，汽车在这里无法行驶，一般船只在这里搁浅，唯有气垫船畅通无阴，运行自如。

黄河的一大特征是险情丛生。在黄河平静的河面下隐藏着无数的浅滩、暗滩，宽阔的河面无船出现，正是"黄河自古难行舟"的写照。但郑州号气垫船实现了零的突破，在河面上乘风破浪，自由飞翔。

气球造的气垫船

可以乘载人在海上行走的气垫船，从下面排气使船浮在水面上。