【题】第一种方法,握住绳索的两端,并朝两个方向各施加100牛顿的力,可以将绳索弄断;第二种方法,首先用嵌入墙体的钉子把绳索的一端固定好,然后双手用200牛顿的力去拉绳索的另一端。这两种方法,绳索所受到的力一样大吗?
【解】通常情况下,人们会觉得,无论是第一种方法还是第二种方法,两条绳索会受到相同的拉力。第一种方法中,两个施加在绳索两端的100牛顿的力产生的拉力是200牛顿;第二种方法中,固定的那端的拉力也会达到200牛顿。
上面的分析真是迷惑了我们。然而实际上呢?第一种方法中,绳索两端各受力100牛顿;在第二种方法中,由于当时手的力与引发的来自墙体的反作用力是相等的,所以绳索的两端各受力200牛顿。由此可见,在两种方法中,绳索的拉力是完全不相等的,而且第一种方法中的绳索所受到的拉力与第二种方法中绳索所受到的拉力的比值是1:2。
但是,假如确定那根绳索受到的拉力大小,又有可能犯新的错误。假设一下,把绳索拉断以后,弹簧秤上系着绳索的任意两端,在其环上和钩上分别系一端。那么弹簧每次显示的刻度又是多少呢?有人会认为:第一次和第二次的弹簧显示的刻度分别是200牛顿和400牛顿。但这是错误的。实际上,两个固定在绳索两端的均为100牛顿的反方向的力产生的力总共也就是100牛顿,而不是想当然以为的200牛顿。因为每个力都有两端,所以就不存在其他的100牛顿的力。如图和图9,一个测力器的两端分别系在一匹马和一棵树上,另一个测力器的两端分别系在一匹马和一面墙上,当马拉动时,测力器上显示的都不是两个力的总和。那我们也就能明白,所谓的两个拉断绳索的均为100牛顿的反作用的力是什么力了!不错,正是我们所称的“100牛顿的力”。还有个与之相反的情况,如果在我们面前的力不是双向的,而只是普通的,那么我们常常会忽略该力的另外一端。例如,当物体坠落时,力的一端就是作用于它的地球引力,而另外一端就是被固定在地球中心的地球球体的拉力。
这样,绳索受到不同方向上100牛顿力牵引的拉力是100牛顿,而绳索受到一个方向上200牛顿力牵引的拉力就是200牛顿(如果朝相反的方向,绳索所受的作用力也是200牛顿)。