为什么用手能够轻易地将图钉按进木板?
我们可以做个小实验:在自己的书包里装些书,大概有2千克就行了。先用手抓住书包带,把书包拎在空中不动,停留一两分钟感觉一下;再用一根结实点的细线(线越细越好)系在书包上,然后手拎细线让书包也在空中停留一两分钟。我们会发现,跟拎书包带相比,拎细线时手会感觉很痛。
在上面两种情况下,虽说拎的是同样重的物体,手所受到的力是一样大的,但是我们的感觉不一样,其原因就在于我们的感觉(或者说力的作用效果)不仅跟力的大小有关还跟受力面积有关。在物理学中我们用“压强”这个概念来描述这种效果,简单地说,压强等于力除以受力面积。在拎起书包时,虽然手所承受的力是一样大的,但拎细线时手的受力面积比拎书包带时的小,因此压强也大,力的作用效果更强,拎细线时的感觉就会非常痛。
观察一下图钉就会发现,图钉和手接触的那一头(钉帽)面积比较大,而和木板接触的那一头是个钉尖,面积极小。用手按图钉时,手上使出的力和木板受到的力是一样大的,但是由于图钉帽和手的接触面积是图钉和木板接触面积的几百倍,因此从力的效果上来看,木板感受到的压强是手感受到的压强的几百倍。所以,我们能够轻易地用手将图钉按进木板。
【知识点】为什么穿高跟鞋在草地上很难行走
穿高跟鞋的人应该很清楚,走在松软的草地上时,人体的重量几乎都压在了鞋跟这一小部分面积上,压强很大,鞋跟会深深地陷到地里去。不过同样的原理也可用来防滑,比如足球运动员或短跑运动员穿的钉鞋,就是通过增大压强来增加摩擦力,从而能够更加快速地移动,又能起到防滑的作用。