“四两顶千斤”

工人们在用车床车制轴承和其它零件时,总是尽量磨得光滑,目的是减小零件的摩擦,以减少不必要损耗。火车、汽车在运行时,摩擦力太大, 会带来大量能量损耗,如果没有摩擦力的话,它们又会寸步难行!摩擦力这个“怪”家伙,有时是越小越好,有时候却是越大越好。下面就是一个需要大摩擦力的有趣的实例。

力学告诉我们,缠在木桩上的绳索,在滑动的时候,摩擦力可以达到非常大。绳绕的圈数越多,摩擦力也就越大。摩擦力增大的规律是:如果绳绕的圈数按算术级数增加,则摩擦力按几何级数增大。十八世纪著名数学家欧拉,曾得到如下关系:

G=feμθ。

在这个公式中,G 为对抗力,如重物重力等,f 为平衡对抗力所用的拉力, μ为摩擦系数,? 为绕转角,即绳在木桩上绕成的弧长与半径之比。

假定绳和木柱之间的摩擦系数为μ=0.5,对抗力 G=50 吨,如果绳在桩上绕上三圈,即? =6π,就可算出 f 为:

f=4 公斤。

因此,在绳绕三圈之后,要平衡 50 吨的拉力,只要 4 公斤的拉力就够了! 如果绳绕四圈,即? =8π,可得:

f≈0.2 公斤。

因此,只要一个小孩,就能顶住 50 吨的对抗力。这可能有点使人难以相信, 不过,有机会的话你可以试一试,事实确实是这样的。