滾動(dòng)的瓶子
比薩斜塔實(shí)驗(yàn)是科學(xué)史上一個(gè)非常著名的實(shí)驗(yàn),在這個(gè)實(shí)驗(yàn)中伽利略借助兩只不同重量的鐵球證明了物體下落速度是與重量無(wú)關(guān)的。那么,相同重量的物體落下的速度是否一定相同呢?現(xiàn)在我們來(lái)做一個(gè)關(guān)于滾動(dòng)摩擦的小實(shí)驗(yàn),也許結(jié)果會(huì)出乎你的意料。
取一塊長(zhǎng)方形木板,用幾本書將其中一端墊高并固定住,另一端平放在桌子上。找兩只相同質(zhì)地、同等大小、重量相等的圓形玻璃瓶子,分別裝入等重的細(xì)沙和清水,蓋上瓶蓋。為防止瓶子滾動(dòng)時(shí)水和沙子漏出,可以在瓶口處粘上少許蜂蠟。
現(xiàn)在把兩只瓶子放在木板上,在同一起始高度讓二者同時(shí)向下滾動(dòng)。理論上說(shuō),兩只瓶子的重量相同,又在同一塊木板上下滑,那么兩只瓶子受到的外部摩擦阻力應(yīng)該是一樣的,又因?yàn)槎邚耐桓叨韧瑫r(shí)下滑,那么兩只瓶子應(yīng)該同時(shí)到達(dá)桌面。但實(shí)際上你會(huì)發(fā)現(xiàn),裝水的瓶子將比裝沙子的瓶子提前到達(dá)終點(diǎn)。為什么會(huì)這樣呢?
實(shí)際上瓶子在起始位置上時(shí)具有的能量就是勢(shì)能,當(dāng)它開始下滑時(shí)勢(shì)能會(huì)轉(zhuǎn)化成動(dòng)能及摩擦產(chǎn)生的熱能,雖然兩只瓶子與木板的摩擦是一樣的,但沙子對(duì)瓶子內(nèi)壁的摩擦比水對(duì)瓶子內(nèi)壁的摩擦要大得多,而且沙子之間還會(huì)有摩擦,這些摩擦產(chǎn)生的熱能比裝水的瓶子內(nèi)部摩擦的熱能要大,根據(jù)能量守恒定律,裝沙子的瓶子動(dòng)能自然就少了,因此它的下滑速度比裝水的瓶子要慢。
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