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趣味物理学
1.4.14 2.14 跟巨鲸相似
2.14 跟巨鲸相似

如果你坐在木质的窄凳上,你会觉得屁股很不舒服,可是,如果你坐在表面光滑的同样的木质椅子上,就没有任何不适感,为什么会这样呢?另外,为什么我们睡在坚硬的棕索编织成的吊床上会觉得很柔软舒适,睡在钢丝床上也不会觉得难受呢?

这道理其实很简单。虽然木质的板凳的凳面也是平的,可是凳面太窄小,我们身体与它的接触面积变得很小,于是我们不得不把全身的重量集中在这片小面积之上。相反,光滑的木质椅子的椅面相对较宽大,且略微下凹,它与我们的身体的接触面积就很大,于是人体的重量就分配在这片大面积上了。相比于木凳,单位面积上,木椅所承受到的压力也就小得多了。

正因于此,上述所有问题的关键在于压力分配是否均匀合理。倘若我们平躺在柔软的床褥上,褥子会因我们的身体的轮廓而变形,从而很好地裹住我们的身体。我们全身的压力就会很均匀地分布在与我们接触的床褥面上,经计算,每一平方厘米的接触面积上,只分配到几克的压力。自然,你就能够很舒适地躺着。

我们也容易用数字更形象地表示这个差别。我们知道,一个成年人身体表面积约为2平方米或20 000平方厘米。假如躺在床上时,我们身体与床的接触面积是身体表面积的四分之一,即0.5平方米或5000平方厘米。又假设体重为60千克(平均数),即60 000克。这样就很容易算出,每一平方厘米的支持面积上,承受的压力只有12克。但是,如果你躺在硬板上面,硬板与你的身体接触部位只有很少的几处,这几处合在一起,总的接触面积也不超过100平方厘米,计算一下可知,每平方厘米的支持面积要承受的压力达五六百克。相比于柔软的床,这差别太大了,于是,我们的身体本能地就产生“太硬了、太难受了”的感觉。

可是,聪明的人们即便在最硬的地方,一样也有方法睡得非常舒适,轻松地把我们的体重均匀分配在较大的面积上。打个比方说,首先请你睡到一片软泥上,在湿泥上印下你的身形,随后起身,让这片泥土自然干燥(一般湿泥干燥以后,体积大约会收缩5%~10%,这里我们暂且假设不会发生收缩)。等湿泥干燥变硬后,你再睡在上面,使你的姿势与泥土的形状相吻合,此时,你同样感觉像躺在柔软的床被上,是那么舒适,一点儿也不觉得泥土的坚硬。这种情形,就像是罗蒙诺索夫在一首诗中所描写的传说里的巨鲸相似:

横卧在尖锐的石块上,

它可丝毫不在意这些石块的坚硬,

这伟大力量筑成的堡垒,

它只当作是柔软的泥土。

同样的,之所以你感觉不到石头的坚硬,也是因为你身体的重量均匀地分配到一个很大的支持面积上去了,而不在于是否有“伟大力量筑成的堡垒”。

【注释】

[1]注意,这时步行的人因要向前移动,他会增加对支点的压力。相比于站立状态,他对地面的压力要增加。

[2]当然在这种情况下,可以用另一种理论来解释跌倒现象。读者可参阅《趣味力学》第三章。

[3]敏豪生伯爵是《吹牛大王历险记》中的主人公。

[4]注意,长矛只能拿在手中,不能向前掷出去。

[5]在这里会碰到另一种性质的困难。对于这一问题,在编者的《趣味物理学续编》里会有详细说明,在此就不讲了。