图 保持自动平衡的木棍
如图所示,分别伸出两手的食指,放在桌子上,在上面架上一根光滑的木棍。如果两根手指相互靠近,直到完全贴紧,你会惊奇地发现,手指完全贴紧时,木棍并没有掉下来,而是仍然保持着平衡。你可以改变手指原来的位置,重复几次这个实验,结果都是如此,木棍始终保持平衡。当然,你还可以用画图尺、手杖、台球杆等代替木棍,也会得到同样的结果。这是为什么呢?
我们知道,如果木棍在紧贴的手指上保持平衡,说明手指正好在木棍重心的正下方。
分开手指时,物体的大部分重量就会作用在靠近物体重心的那根手指上。而压力越大,所产生的摩擦力就会越大,所以距离物体重心越近的手指,摩擦力也越大。于是,靠近重心的手指滑动起来就困难一些,而远离重心的手指移动得会更顺畅一些。当这根手指移动得离重心更近时,两根手指的角色就会发生变化。这个过程会重复多次,直到两根手指紧贴在一起。所以,每次都是远离重心的那根手指在移动,最后的结果就是,两根手指紧贴的那个地方正好是木棍的重心位置。
图 保持自动平衡的地板刷
如图所示,我们还可以用地板刷来做这个实验。那么,如果我们从手指紧贴的地方把地板刷折成两半,然后把它们放在天平上称重,哪一半更重呢?是把手的那一半,还是有刷子的那一半?
有人可能以为,既然地板刷在手指上保持平衡,那么这两半的重量应该相等。实际上,带刷子的那一半更重一些。这是因为,地板刷在手指上保持平衡时,手指两边承受重力的力臂是不相等的。放在天平上的时候,虽然重量没有变,但是这时的力臂相等。
在彼得堡文化公园的“趣味科学馆”,我买了一些重心在不同位置的木棍,并把它们沿重心的位置折成了两段。
当我把两段木棍分别放在天平两端称重时,参观者都惊讶地发现,短木棍竟然比长木棍重!