當前位置:首頁>科技> 高中就會的一道物理題,答案竟然是錯的
發布時間:2025-10-22閱讀( 13)
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有一根繩子,它的一端系在固定點,另一端系著一個小球在水平面上做勻速圓周運動。當我們突然松掉固定點時,小球會以怎樣的方向繼續運動?(a)繼續做一小段圓周運動;(b)沿著切線方向飛出去;(c)沿著徑向飛出去。
很多人可能會想,這道題不是很簡單嗎?高中時就學過,圓周運動時小球的速度方向就是沿著圓的切線方向,所以當我們松掉固定點時,小球肯定會沿著切線方向飛出去,所以答案選擇b。說實話,我的第一反應也是答案b,但實際上這個答案卻是錯的。 美國北卡羅萊納州海波特大學就曾經演示過這個實驗。他們使用一個特殊的裝置來制造勻速圓周運動,然后按下一個開關后能讓固定點脫落。在整個過程中,會用高速攝像機對此進行拍攝,我們就可以得到小球的運動軌跡了。
從上圖我們可以看到實驗結果,當他們松掉固定點時,小球將繼續做一小段圓周運動。那么,這是怎么回事呢?為什么與我們高中學的不一樣呢?為了解答這個問題,我們先從彩虹圈說起。 我們經常看到有博主用彩虹圈拍這樣的實驗:用手抓住彩虹圈的一端,讓另一端自然下垂,然后我們突然放掉彩虹圈。本來,我們期望彩虹圈會整個往下掉,但結果卻是底端保持不動,直到頂端已經下墜到極限位置。
為什么會這樣呢?這是因為,當我們抓住彩虹圈一端時,彩虹圈上的每個點,都會因為重力和形變產生的張力而保持平衡。當我們釋放彩虹圈的瞬間,彩虹圈的形變還存在著,因此除了頂端之外所有點都還保持著平衡。之后,頂端附近開始收縮,它們就會失去張力的支持而開始下墜。不一會兒,這種收縮波從頂部傳至底端,最后底端也開始下墜。 那么,這和我們提到的實驗又有何關系呢?我們知道,繩子綁住小球做勻速圓周運動時,繩子的張力充當小球的向心力。那么,繩子的張力又是怎樣產生的呢?沒錯,就是你想的那樣,繩子形變產生的張力,只是這個形變非常小,生活中我們一般不容易觀察到。 所以,當我們松開固定點的時候,綁住圓球的繩子的那一端的形變還繼續存在著,因此它產生的張力繼續充當小球圓周運動的向心力。因此,在那一瞬間,小球將會繼續做圓周運動。所以,答案應該選擇a才對。 如果我們把繩子換成彩虹圈的話,那么這個效果會更加明顯:松開固定點后,小球繼續圓周運動走過的弧長明顯會比繩子的還長,因為彩虹圈收縮波傳播的速度會比繩子更慢一些。
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