怪铅笔实验

时间:2023-11-16 13:59:03

如图所示,把一支铅笔放到你伸出来的两根食指上,注意保持两手的平衡。然后,将两根食指慢慢靠近,并始终保持手的水平状态。你会发现一个有趣的现象,铅笔先是在其中的一只手指上滑动,过一会儿后,又会在另一只手指上滑动,并轮流进行。如果不是用铅笔,而是一根长长的木棒,交替滑动的次数会更多。

怪铅笔实验

图 在两根手指靠近的时候,铅笔会交替地向左右两个方向移动。

对于这个有趣的现象,应该怎样解释呢?

要想解释这个现象,需要用到力学上的两个定律:一个是库仑—阿蒙顿定律,还有一个定律是:当物体滑动的时候,摩擦力要比它静止的时候小。那么,什么是库仑—阿蒙顿定律呢?这是一个可以得出摩擦力大小的定律:当物体开始滑动的时候,摩擦力T等于一个系数f乘以物体施加在这个点上的压力N,也就是下面的式子:

T=FN

其中,系数f表示相互摩擦的两个物体的特征。

下面,我们就用这两个定律来分析一下刚才的现象。开始的时候,铅笔虽然架在两根食指上,但是它对每根手指的压力是不可能完全相等的,其中一定有一根手指上的压力大一些。那么,在这根手指上的摩擦力就会大一些。对于这一点,我们可以通过刚才提到的库仑—阿蒙顿定律得出。于是,摩擦力就会阻碍铅笔的运动,阻止它在压力比较大的手指上移动。当铅笔滑动了一会儿之后,重心就会发生偏移,靠近刚才滑动的支点,使得这个支点上的压力增加,当压力增大到和另一个支点上的压力相等的时候,铅笔就会在这个支点上停止移动。也就是说,作用在铅笔上的摩擦力增大了,所以它停了下来。这时,如果继续靠近手指,也就是说,另一根手指就变成了滑动支点,铅笔就会继续滑动。所以,在靠近手指的过程中,滑动支点会交替变化,铅笔则会在两根手指上交替滑动。