理论教育 揭秘『趣味力学』中未解之谜

揭秘『趣味力学』中未解之谜

时间:2023-10-26 理论教育 版权反馈
【摘要】:“你知道公斤·米[1]是什么吗?“当然知道,不就是将1千克的物体提高1米所做的功吗?”大多数人会这样回答。关于功的单位,很多人觉得,除了定义给出的之外,再加上上面这一句就行了。当然,上面所讲的1米的高度,一般指的是距离地面的高度。可是只满足这个条件还远远不够,我们来看看下面这道题吧:一门炮膛长1米的大炮朝空中笔直地射出了一枚质量为1千克的炮弹,因此,炮膛中的火药气体只作用了1米的距离。炮弹离开炮膛

揭秘『趣味力学』中未解之谜

“你知道公斤·米[1]是什么吗?

“当然知道,不就是将1千克的物体提高1米所做的功吗?”大多数人会这样回答。

关于功的单位,很多人觉得,除了定义给出的之外,再加上上面这一句就行了。当然,上面所讲的1米的高度,一般指的是距离地面的高度。可是只满足这个条件还远远不够,我们来看看下面这道题吧:

一门炮膛长1米的大炮朝空中笔直地射出了一枚质量为1千克的炮弹,因此,炮膛中的火药气体只作用了1米的距离。炮弹离开炮膛后,火药气体的压力没有发挥任何作用,不过是将炮弹的高度提高了1米,所做的功仅为1公斤·米。现在问题来了,大炮所做的功真的只有这么少吗?

如果这是真的,那么我们不用火药,使用其他方法(例如用手)就能将炮弹提升到这样的高度。很明显,上面的分析不正确。

但是,到底是哪里出了差错呢?(www.daowen.com)

事实上,问题就出在当我们讨论大炮所做的功的时候,仅仅对功的很小一部分影响因素进行了考虑,却忽略了大部分影响因素。在之前的分析中,我们遗漏了一个因素:炮弹在炮膛中走完全程的时候达到了一个速度,但这个速度对在炮膛里静止不动的炮弹来说根本不存在。也就是说,火药气体所做的功除了让炮弹提高了1米之外,还给炮弹提供了一个很大的速度。然而,刚刚的分析中完全没有提到这一点。只要知道了炮弹的速度,计算这部分功的大小对我们来说简直是小菜一碟。例如,炮弹离开炮膛时的速度是600米/秒(60 000厘米/秒),炮弹的质量是1千克(1 000克),那么炮弹的动能就是:

① 1尔格=10-7焦耳。

如果以公斤·米为单位,大约为18 000公斤·米。

可以看出,公斤·米的定义不是准确的。

那么,到底应该怎样对公斤·米的定义进行补充呢?由之前的分析可知:公斤·米是功的单位,表示的是在地球表面提升1千克静止的物体到1米高度时所做的功。其中,当重物被提升到1米高度的时候,速度始终等于0。

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