火車頭做得輕些好嗎?

原因倒不是因為材料和技術不允許，而是，火車頭一旦做的輕了，它對后面車廂的拉力就會明顯減少。

火車頭對車廂的拉力來源于火車車輪和鐵軌之間的摩擦力。當火車前進時，車輪向后推鐵軌，鐵軌反過來向前推車輪。這個相互推的力產生在車輪與鐵軌相接觸的地方，叫做摩擦力。

摩擦力的大小與兩物體（車輪與鐵軌）壓緊的力的大小有關，若是火車頭做的輕便了，那么這個壓緊的力就減小了，火車就拉不動后面的車廂了，你說是嗎？

為什么旋轉球不走直線

罰點球的隊員把球踢出去后，對方守門員朝著來球的方向撲去，但是球在半途中改變了方向，繞過守門員射進了球門，球場上響起了一片喝采聲……

這種被解說員稱為“香蕉球”的射門技巧是由于射出的球高速旋轉而形成的，但為什么旋轉的球體就不走直線了呢？這就要用空氣動力學中一條重要結論來解釋了。這條結論簡述為：物體在流體中運動，它周圍的流體相對它流速越大處壓強就越小，當球如圖所示的方向旋轉著前進時，球的左側面的氣流相對球面來說流動速度較小，這時球左側的壓強大于右側，則球受了一個向右的力，所以球從對方大門右側射入。

流體力學的這條規律有多種應用，如飛機機翼的斷面設計成上凸下平、噴霧器插在藥液中的細管等

跳高時為什么要助跑

在體育比賽中，跳遠的運動員選擇較長的助跑距離，而跳高 運動員的助跑距離則要短得多。如果選擇較長的助跑距離，是否 就跳不高呢？

跳高運動員能騰起越過橫桿，靠的是助跑的慣性力和起跳蹬 地的支撐反作用力。由于慣性力的方向是水平向前的，而支撐反 作用力是垂直（或近似垂直）向上的，所以起跳后的身體重心沿 著一個拋物線軌跡運動。這個拋物線軌跡的高度，取決于起跳時 騰起初速度和騰起角的大小，也就是說，騰起初速度和騰起角是 增加跳高高度的關鍵。一般說來，應該盡可能增大這兩項數值。 最大騰起角為90度。然而，由于跳高不是單純的垂直向上運動， 越過橫桿還必須有一個向前的力量；再則，還須充分利用水平速 度來增大騰起初速度，因此，騰起角應小于90度。至于騰起初速度 ，則和運動員的素質和技術的熟練程度密切相關。騰起初速度越大， 跳得就越高。當騰起角一定時，騰起初速度是起決定作用的。

慣性故事——薩爾維阿蒂的大船

經典物理學是從否定亞里士多德的時空觀開始的。當時曾有過一場激烈的爭論。贊成哥白尼學說的人主張地球在運動，維護亞里土多德----托勒密體系的人則主張地靜說。地靜派有一條反對地動說的強硬理由：如果地球是在高速地運動，為什么在地面上的人一點也感覺不出來呢？這的確是不能回避的一個問題。

1632年，伽利略出版了他的名著《關于托勒密和哥白尼兩大世界體系的對話》。書中那位地動派的“薩爾維蒂”(圖4-1)對上述問題給了一個徹底的回答。他說：“把你和一些朋友關在一條大船甲板下的主艙里，讓你們帶著幾只蒼蠅、蝴蝶和其他小飛蟲，艙內放一只大水碗，其中有幾條魚。然后，掛上一個水瓶，讓水一滴一滴地滴到下面的一個寬口罐里。船停著不動時，你留神觀察，小蟲都以等速向艙內各方向飛行，魚向各個方向隨便游動，水滴滴進下面的罐中，你把任何東西

扔給你的朋友時，只要距離相等，向這一方向不必比另一方向用更多的力。你雙腳齊跳，無論向哪個方向跳過的距離都相等。當你仔細地觀察這些事情之后，再使船以任何速度前進，只要運動是勻速，也不忽左忽右地擺動，你將發現。所有上述現象絲毫沒有變化。你也無法從其中任何一個現象來確定，船是在運動還是停著不動。即使船運動得相當快，在跳躍時，你將和以前一樣，在船底板上跳過相同的距離，你跳向船尾也不會比跳向船頭來得遠。雖然你跳到空中時，腳下的船底板向著你跳的相反方向移動。你把不論什么東西扔給你的同伴時，不論他是在船頭還是在船尾，只要你自己站在對面，你也并不需要用更多的力。水滴將象先前一樣，滴進下面的罐子，一滴也不會滴向船尾。雖然水滴在空中時，船已行駛了許多柞。魚在水中游向水碗前部所用的力并不比游向水碗后部來得大；它們一樣悠閑地游向放在水碗邊緣任何地方的食餌。最后，蝴蝶和蒼蠅繼續隨便地到處飛行。它們也決不會向船尾集中，并不因為它們可能長時間留在空中，脫離開了船的運動，為趕上船的運動而顯出累的樣子。”

薩爾維阿蒂的大船道出了一條極為重要的真理，即：從船中發生的任何一種現象，你是無法判斷船究竟是在運動還是在停著不動。現在稱這個論斷為伽利略相對性原理。

用現代的語言來說，薩爾維阿蒂的大船就是一種所謂慣性參考系。就是說，以不同的勻速運動著而又不忽左忽右擺動的船都是慣性參考系。在一個慣性系中能看到的種種現象，在另一個慣性參考系中必定也能無任何差別地看到。亦即，所有慣性參考系都是平權的、等價的。我們不可能判斷哪個慣性參考系是處于絕對靜止狀態，哪一個又是絕對運動的。

伽利略相對性原理不僅從根本上否定了地靜派對地動說的非難，而且也否定了絕對空間觀念(至少在慣性運動范圍內)。所以，在從經典力學到相對論的過渡中，許多經典力學的觀念都要加以改變，唯獨伽利略相對性原理卻不僅不需要加以任何修正，而且成了狹義相對論的兩條基本原理之一。

為什么橋都設計成凸形的?

橋是不是不應該設計成拱形向上的，而應該設計成凹形的為好。因為汽車在向下行駛之前具備一定的勢能，這個勢能可以幫助它順利地到達橋的那一端。可是拱形向上的橋卻沒有這個優點。

橋設計成向上的理由，是因為汽車經過橋中部時，橋所承受的壓力較小；而相比之下，凹形橋承受的壓力較大。

由于汽車經過一個弧形的時候，需要有一個向心力F，它是由重力Mg和支承力N合成的。

在拱形橋：F=Mg-N ∴ N=Mg-F

在凹形橋：F=N-Mg ∴ N=F-Mg

故總水壓力通過壓強的三角形分布距壩底H／3．設水庫大壩的總重力為G，重心在O′處，為便于分析，設水庫中水對大壩的總壓力F水平向外（大壩外側），如右下圖所示．因受水的壓力F的作用，壩體會以水庫外側大壩的壩腳O為支點有沿順時針方向傾覆的趨勢，其傾覆力矩為MF＝F×H／3．而大壩依靠自身的重力G產生的抗傾覆力矩MG＝Gd．把壩體修得沿背水面坡度緩一些，能夠達到既增大重力，又增大力臂d的效果，從而達到增大抗傾覆力矩MG的效果．

由此可見，在不增加建設大堤和大壩的土石方，用料及造價相同的前提下，迎水面比背水面緩的江河大堤更牢固，擋水面比背水面陡的水庫大壩更穩定．

過山車中的物理知識

過山車是一項富有刺激性的娛樂工具。那種風馳電掣、有驚無險的快感令不少人著迷。如果你對物理學感興趣，那么在乘坐過山車的過程中不僅能夠體驗到冒險的快感，還有助于理解力學定律。實際上，過山車的運動包含了許多物理學原理，人們在設計過山車時巧妙地運用了這些原理。如果能親身體驗一下由能量守恒、加速度和力交織在一起產生的效果，那感覺真是妙不可言。這次同物理學打交道不用動腦子，只要收緊你的腹肌，保護好腸胃就行了，當然，如果你的身體條件和心理承受能力的限制，無法親身體驗過山車帶來的種種感受，你不妨站在一旁仔細觀察過山車的運動和乘坐者的反應。

在開始旅行時，過山車的小列車是靠一個機械裝置的推力推上最高點的，但在第一次下行后，就再也沒有任何裝置為它提供動力了。事實上，從這時起，帶動它沿著軌道行駛的惟一的"發動機"將是引力勢能，即由引力勢能轉化為動能、又由動能轉化為引力勢能這樣一種不斷轉化的過程構成的。

第一種能，即引力勢能是物體因其所處位置而自身擁有的能量，是由于它的高度和由引力產生的加速度而來的。對過山車來說，它的勢能在處于最高點時達到了最大值，也就是當它爬升到"山丘"的頂峰時最大。當過山車開始下降時，它的勢能就不斷地減少（因為高度下降了），但它不會消失，而是轉化成了動能，也就是運動能。不過，在能量的轉化過程中，由于過山車的車輪與軌道的摩擦而產生了熱量，從而損耗了少量的機械能（動能和勢能）。這就是為什么要設計成隨后的小山丘比開始時的小山丘要低的原因：過山車已經沒有上升到像前一個小山丘那樣的高度所需要的機械能了。過山車最后一節小車廂里是過山車贈送給勇敢的乘客最為刺激的禮物。事實上，下降的感受在過山車的尾部車廂最為強烈。因為最后一節車廂通過最高點時的速度比過山車頭部的車廂要快，這是由于引力作用于過山車中部的質量中心的緣故。這樣，乘坐在最后一節車廂的人就能快速地達到和跨越最高點，從而產生一種要被拋離的感覺，因為質量中心正在加速向下。尾部車廂的車輪是牢固地扣在軌道上的，否則在到達頂峰附近時，小車廂就可能脫軌甩出去。車頭部的車廂情況就不同了，它的質量中心在“身后”，在短時間內，它雖然處在下降的狀態，但是它要"等待"質量中心越過高點被引力推動。

到達“瘋狂之圈”時，沿直線軌道行進的過山車突然向上轉彎。這時，乘客就會有一種被擠壓到軌道上的感覺，因為這時產生了一種表觀的離心力。事實上，在環形軌道上由于鐵軌與過山車相互作用產生了的一種向心力。這種環形軌道是略帶橢圓形的，目的是為了"平衡"引力的制動效應。當過山車達到圓形軌道的最高點時，事實上它會慢下來，但如果彎曲的程度較小時，這種現象會減弱。一旦過山車走完了它的行程，機械制動裝置就會非常安全地使過山車停下來。減速的快慢是由氣缸來控制的。

你知道氣墊船嗎?

我們知道，船是水上重要的交通工具，船是離不開水的。可是你知道嗎?有一種神奇的船，它不管是在水面上，還是在陸地上，或者是在沼澤地里，只要表面比較平，它都可以行駛，這就是氣墊船。

氣墊船是怎么回事呢?它不什么可以離開水面在地面上航行呢?原來在氣墊船的船底四周設有環形噴口，氣流從噴口向外傾斜地高速噴出，由于水面的阻擋，氣流在船底積聚形成氣墊，并產生一股很強很大的升力，把船托離水面。由于物體同空氣的摩擦要比物體同水的摩擦小得多，氣墊船向前運動時只受空氣阻力，所以它能在水面上高速滑行。它的速度比普通船要高幾倍，目前世界上大型氣墊船載客可達上千人，時速達300千米/時。人們還在設想制造載重5000噸的巨型氣墊船，以原子能為動力，只要24小時就可從歐洲越過大西到達美國，看來氣墊船的發展有著巨大潛力和廣闊前景。氣墊船在我國也投入了使用，1979年在廣州與香港之間開辟了氣墊船航線，1989年又在上海的吳淞與崇明之間開辟了氣墊船航線。你知道氣墊船是誰最早發明的嗎?他是英國的船舶設計師——科克萊爾在1959年首先發明設計制造的。

一種全墊升氣墊游艇具有良好兩棲性和越野性能，具有良好的通過性，能航行于水面，冰面，沼澤地及陸地（草地）等區域。 YACON 300/500型氣墊艇是用于沿海、內河及大型湖泊的休閑旅游產品，操作簡便，安全可靠對航行水域無污染。

黃河氣墊船

鄭州號水陸兩棲氣墊船是我國第一艘用于旅游的氣墊船。氣墊船是高科技的結晶。顧名思義，它是由船下的大型鼓風機向船身下充氣，使般下產生一個巨大的氣墊，把船身向上抬高20~50公分。船體借助船后兩個巨型螺旋漿產生的推動力，使船向前行進。

一望無際的黃河灘地坎坷不平，汽車在這里無法行駛，一般船只在這里擱淺，唯有氣墊船暢通無陰，運行自如。

黃河的一大特征是險情叢生。在黃河平靜的河面下隱藏著無數的淺灘、暗灘，寬闊的河面無船出現，正是"黃河自古難行舟"的寫照。但鄭州號氣墊船實現了零的突破，在河面上乘風破浪，自由飛翔。

氣球造的氣墊船

可以乘載人在海上行走的氣墊船，從下面排氣使船浮在水面上。