梅樂芝經理的科普文章（二）

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梅樂芝經理的科普文章（二）



第2節彈性

橡皮筋比較常見，拉開就能感覺到它的收縮力，拉得越開，收縮力越大。彈簧，是另外一種使用很頻繁的工具，也有同樣效果。

物體形狀發生變化，有一種恢復原形狀的趨勢，而這種趨勢的表現就是彈性。衡量彈性的大小就是彈性力。

英國人胡可給出了以他名字命名關於彈性的定理，彈性力的大小和形變成比例關係。

日常生活中，大量存在著彈性的使用。從玩具到樂器，無所不在。因為物體的形變可以有很多形式，對應彈性也表現為很多種形式。以彈簧為例，沿著彈簧的縱向，拉伸或壓縮，就產生相應的拉力或彈力。將彈簧扳成弓形，則產生側向的彎力。像開鎖一樣扭彈簧，則產生扭力。這些力，都是以恢復原形狀的作用方向命名，都可以統一命名為彈性力。

特別的彈簧：空氣，可以大幅度壓縮在密閉的空間。當氣體壓縮後，產生彈力。

生活中出現的彈性：

1.簡易彈簧秤

2.席夢思床墊

3.鎖

4.髮卡

觀察生活中出現的各種彈性，並分析對應的彈力是何種情況。

有條件的情況下，嘗試使用細鐵絲製作彈簧。在一根圓棒上（比如擀麵杖、竹竿，最好是一端稍粗，一端稍細，方便取下鐵絲），用細鐵絲均勻纏繞，固定較長時間後取下。檢驗這個彈簧，在什麼情況下，可以有效產生彈力，在什麼情況下，失去彈性。

彈性的應用非常早，在狩獵時代，標槍和弓箭是史前時代的最強有力工具，人類藉助這些工具配合陷阱，可以戰勝力量和速度遠勝人類的猛獸。

古代的軍事應用：

1.弓箭

弓臂是

由彈性好的材料製作，弓拉開後弓臂產生極大的彈力，由弓弦將力傳至箭上，使箭獲得很大的發射速度。

弩是弓的變形，有箭的導向板和絃的卡座，由扳機決定發射與否。

弓的優點：在單位時間內，弓可以射出更多的箭，弓的個頭可以做的較小（反曲弓），便於攜帶，操作便利、靈活，對箭的要求低。更適合地形複雜的叢林、快速移動的騎兵。

弓的缺陷：弓全憑操作者的臂力，在持續發射30只左右後，弓箭手力氣基本耗盡。射擊的準確度完全依賴操作者的感覺，要對弓箭手進行長期訓練才能合格。

整體而言，對器具的要求低，對操作者的要求高，適合遊牧部落使用。

弩的優點：操作人員稍做培訓即可使用，可以使用腰部力量和腿部力量增加上弦，精度高，威力大。可以小型化作為一次性攻擊武器，大型化可以攻擊工事、營地。（秦-明.蹶張弩、腰開弩，三國.連弩，唐.床弩，宋.神臂弓）。

弩的缺點：射速慢，對箭的加工精度要求高。本身較大，運輸條件要求高，後勤壓力大。對器具的要求很高，對操作者的要求低，從製作到維護，文明程度高才能大規模製作使用。（特例：連弩可以持續發射，是古代版的衝鋒槍。但威力相對小，對箭的加工精度要求很高。）

2.投石器

原理和捕鼠器相同。通常的捕鼠器是由扭力彈簧組成，誘餌觸動扳機。投石器依靠扭絞繩索產生力量彈射。彈射杆平時是直立的，杆的頂端是裝彈丸的開口容器，杆的下端插在一根扭絞得很緊的水平繩索裡。彈射時，先用絞盤將彈射杆拉至接近水平的位置，容器內放進彈丸。鬆開絞盤繩索時，彈射杆恢復到垂直位置將彈丸射出。

類似裝置有

：古希臘投石車、三國霹靂車、北宋旋風炮。自宋開始，火藥開始進入軍事領域，於是投擲火藥包，稱之為霹靂炮。並且開始出現原始的火、槍，由火藥產生推動力來發生彈丸，稱之為突火、槍。砲逐漸過渡到炮。在明時期，神機營就是專業火器營。

思考：

1.物體形變後，什麼情況下，不產生彈性？【當物體形變後，無恢復原形狀的趨勢時，將不產生彈性。比如土塊。】

2.鐵絲和鋼絲的成分主要都是鋼，但鋼彈性比鐵好，實際使用的彈簧都是各種鋼製品。【鐵絲形變後恢復能力差，也就是說形變稍大，就無法恢復原形狀。而鋼絲則在形變很大時，還可以保證恢復能力。。】

3.固體產生彈性，比如彈簧，氣體產生彈性，比如氣、槍。**能產生彈性嗎？【**和氣體都沒有固定形狀，在密閉空間中（比如玩具水槍和腳踏車內胎），**很難壓縮，氣體很容易壓縮。所以通常情況下，**無彈性。特殊情況：在物體高速與**相碰，因為時間非常短，**來不及移走，並且很難壓縮，此刻**就像固體一樣堅硬。高空跳入水中，對人而言，水面就和水泥地面一樣效果。高速水流可以切割金屬，效果等同於工具鋼刀。】

觀察：

1.如果有高壓鍋，比較高壓鍋放氣和和氣球放氣的異同。

2.檢查自制的鐵絲彈簧，觀察何時有彈性，何時無彈性。

3.給腳踏車車胎打氣，檢查滿、半滿情況下，騎車的感覺。路況較差的道路上更易體會。

4.F1賽道內側，尤其是彎道附近，放滿了輪胎外胎。為什麼？

5.體育中的蹦床比賽，觀察比賽中運動員的動作和最後結束時動作的差別。

（本章完）