扫把为什么能独自竖立?网传的NASA竖扫把挑战又是怎么回事?
刷朋友圈时,看到好多小伙伴都在发自己把扫把竖在地板上的图。
有这样的
这样的
这样的
还有这样的
抱着好奇的心态,我也用自家的扫把试了试,也取得了成功!
网传这是美国航空航天局,也就是NASA发出的“竖扫把比赛”,据说这一天,因地球的位置特殊,是一年中唯一一天能让扫把独立站立起来的。实时真的如此吗?(以下描述不一定规范,还没高考的小伙伴们千万不要学)
中学物理我们学过,要让物体保持静止或处于匀速运动状态,那它受到的合外力为零。
在忽略摩擦等力的情况下,静置于地面的扫把只受到重力与地面支持力的作用,扫把处于二力平衡状态。作用在同一个物体上的两个力达到二力平衡有两个条件:①两个力大小相等方向相反②作用在同一直线内
如果两个力大小不相等或方向不相反,物体合外力便不为零,自然会产生加速度改变物体运动状态。若两个力大小相等方向相反但不作用在同一直线内,便会产生力矩改变物体的旋转状态。
接下来我们来看这两个力
重力:整个扫把的重力,可以等效于穿过扫把重心,沿重力方向竖直向下的集中力
支持力:地面对扫把的支持力,可以等效于通过支撑面某一点,与重力相反,竖直向上的集中力
要让重力与支持力大小相等方向相反不是很难,但要让这两个力作用在同一直线上,就得保证:重力的延长线能从支撑面内穿过。(支撑面是我临时瞎定义的名词,对一个站立的人来说,鞋底与地面接触那一块就是支撑面)
由于扫把重心比较高,所以在放置扫把时必须非常的竖直,让扫把重力延长线落在支撑面内,一旦稍有偏差,重力延长线离开支撑面,会导致扫把倒地。
只要保证重力的延长线能从支撑面内穿过,无论支持面是什么形状,或是有多小,都能让物体静置在支持面上,于是脑洞很大的网友才做了这个筷子挂铁锤的实验。
那么话说回来,一年中真的只有这一天能让扫把不倒吗?只有这一天重力方向是如此特殊吗?让我们看着太阳系各主要天体对地面物体的引力:(单位N/kg)
地球:9.8、太阳:6*10^-3、水星:2.6*10^-9、金星:1.9*10^-7、火星:7.1*10^-9、木星:3.2*10^-7、土星:2.3*10^-8、天王星:8*10^-10、海王星:3.6*10^-10、冥王星:10*10^-11、月球:3.3*10^-5、地球扁率:10*10^-2
排前四的是地球,地球扁率,太阳,月球。其他微乎其微的完全可以忽略不计。在一年的时间里,地球引力,扁率对地面某一物体产生的引力大小方向是不变的。而太阳、月球对地面物体产生的引力,大小几乎不变,方向随时都在变化,所以才有每天的潮汐现象。再说,日月对地面物体的引力不及地球的千分之一,如果只讨论竖扫把的问题,忽略不计是没问题的。
所以结论就是,明天可以竖扫把,后天也可以,大后天也没问题,不存在只有某一天才可以竖的说法。