木棒因何平衡
把一根光滑的木棒像图1那样放在分开的两手的食指上。现在相向移动两个手指,直到合并在一起为止。非常奇怪,两个手指碰在一起的时候,木棒还保持着平衡,并没有掉下来。你可以把这个实验重复做几次,并且每次变换手指一开始放的位置,可是结果总是一样:木棒最后总是平衡着。如果不用木棒,而是用画图的尺、有杖头的手杖、打弹子的棒、擦地板的刷子,也能得到同样的结果。
这种出人意料的结果是怎样得到的呢?
原来,木棒平衡在合并在一起的两个手指上的时候,两个手指显然是在木棒的重心下面(如果从重心引出的一条竖直向下的线能够通过支持物的支撑面里,那么这物体就在平衡状态中)。
在两个手指分开的时候,离木棒重心近的那个手指,负重比较大,压力大,离重心近的那个手指一定会比离重心远的手指受到更大的摩擦力。因此离重心近的手指就不在木棒下面滑动;滑动的总是那个离重心远的手指。一旦滑动的那个手指比不滑动的那一个更接近重心的时候,就换了一个手指滑动了。经过几次这样的交换,两个手指就并在一起。因为每次只有一个离重心比较远的手指在移动位置,所以两个手指最后碰在一起的地方,必然是在木棒重心的下面。
我们用擦地板的刷子再做一次(如图2甲),并且同时提出这样一个问题:如果在两个手指碰在一起的地方把刷子切成两段,再把它们分别放在天平的两个托盘里,如图2乙,那么,哪一头会比较重些──是柄的那一头,还是刷子那一头?
看来,刷子的两部分既然能在手指上平衡,那么在天平上也应当能够平衡。可是事实上,刷子的那一头比较重。这又是什么道理呢?原来当刷子平衡在手指上的时候,手指和刷子接触的点为杠杆的支点,支点在左边的部分重心离支点较远,力臂较大;而支点右边的部分重心离支点较近,力臂L右较小,由杠杆平衡条件G左l左=G右l右可知,l左>l右, G左<G右。把左右两段分别放在等臂的托盘天平上时(如图2乙),应该是刷子那端下沉。
我们还可以置备一些棒,它们重心的位置各不相同,把这些棒在重心地方切成长短不同的两段。把每根棒的两部分放在天平上,你一定会非常惊奇,原来短的一段总比长的一段要重些。