蚂蚁极有可能推动地球

2022-04-20 13:35:21

蚂蚁能推动地球,别不信

席金合

说一只蚂蚁能推动地球,恐怕大多数人听后会直摇头,认为是天方夜谭。地球那么大那么重,而蚂蚁却那么弱小,勉强能搬动一粒麦子,怎么可能推动地球这样的庞然大物呢?恐怕连鸡蛋都推不动吧!其实,这种说法不是科幻,更非神话,而是严谨的科学推断。假若把地球放在绝对光滑的平面上,捉来一只蚂蚁,让它伸着纤细的小腿去推,地球看似岿然不动,实际上已经动了,只是移动得极慢,令人无法看清而已。

也许有人认为,应该是地球有多重,就用多大力才能推动吧,而蚂蚁的臂力,根本无法与地球的重量相比,悬殊太大,即使数以万计的蚂蚁,也没有这个能力。殊不知,能否水平推动一个物体,与物体的轻重无关,推力大小也不起决定作用;而取决于水平方向的阻力。寺庙里悬着的大古钟,敲击或推它一下,会看到有微小摆动;如果将其扣在地上,一个人死活也推不动,原因是粗糙不平的地面,对古钟造成了很大的摩擦阻力

古钟虽重,但重力始终向下,当悬着时,水平方向上除可忽略不计的空气阻力外,再没有其他力来对抗;所以,人一推就动。同样的道理,置于绝对光滑平面上的地球,假设重力也竖直向下,那么在水平方向也无任何阻力,蚂蚁力量再小,也能推动它;可是,如果让蚂蚁向上举地球,绝对举不起来;因为它的臂力比地球的重力,不知要相差多少!

明白这个道理很有用。在未来的某一天,假若有一颗失控的小行星,从宇宙深处向地球飞来。为了避免一场可怕的天文灾难,在它远未进入大气层时,提前发射一枚导弹,避开它的正面而向某一侧撞去;那么,小行星即使有月球大,也会改变方向离地球而去。显然,选择最佳方向,施加较小的力,就能使物体转向或运动。这种“四两拨千斤”的事例不少。

观赏杂技节目时会看到:一名大力士弯腰弓背拉一辆汽车,眼看头上的青筋都突了起来,观众也咬着牙暗自为其鼓劲;很快,停放在平地的汽车,竟然被拉动了;对此,大家喝彩的同时,觉不可思议;其实,这并不稀奇。由于汽车停放的地方很光滑,而且车轮中心的转轴也很灵活;因此,汽车水平所受的摩擦阻力,比人的拉力小,只要憋足劲一直拉,车必然会动起来,并且慢慢变快。

意大利科学家伽利略,曾对这种现象作过定义。1590年的一天,他登上著名的比萨斜塔,做自由落体实验,当把铁球从塔顶释放后,发现不是恒速下落,而是不断加快;于是,他把铁球速度变化的快慢值,命名为加速度。请注意:加速度与速度不同,速度是一定时间内运动了多远;而加速度是一定时间内速度增加或减少了多少,也就是一定时间内速度的变化值,如一辆车每小时跑了60公里,这是速度;而它每小时把速度从零增加到50公里/小时,这是加速度。

生活中的变速运动比比皆是。例如:骑自行车下陡坡,若不刹闸,就会越来越快,最后失控出事,这是加速运动;篮球在平地自由滚动,会越来越慢,最后停下来,这是减速运动。总之,从天上的日月星辰到卫星和飞机,从地上奔跑的车辆和动物以至刮风时的树叶和沙粒,要么在静止和运动之间转换,要么在变快和变慢之间转换,速度不变的很少,普遍表现出加速度特征。

加速度大小与什么有关呢?近代最伟大的科学家牛顿给出了完美答案。1665年,英国伦敦暴发瘟疫,牛顿离开剑桥大学,回到乡下,在避疫期间,潜心研究伽利略提出的加速度问题。他用大小不同的力,分别来推轻重不同的铁球,让它们在阻力不同的平面上运动,最终归结出:铁球越轻小,推力越大,增速越快,也就是加速度越大,反之就小;铁球越轻小,平面阻力越大,减速越快,也就是负加速度越大;反之就小。

168775日,牛顿完成《自然哲学的数学原理》一书,在这部科学巨著中,他把上述实验得出结论,概括为:物体的加速度与作用力成正比,与物体质量成反比。这就就牛顿第二定律,也叫加速度定律,表达式为:a=F/ma代表加速度,F代表力,m代表质量。其实,早在2500年前,我国古代科学家墨子就发现了加速度定律。当时,墨子还是个搬运工,在干活中,他通过悉心观察,发现了货物加速和减速规律。后来,他在《墨子经上》一书中写道:“力,刑之所以奋也”。这里的力指作用力;刑是施加的意思;奋是速度明显变化,可理解为加速度。整句话的翻译是:一定的力能使物体产生相应的加速度。显然,墨子的观点与牛顿第二定律含义相同。

a=F/m这个公式可以看出,作用力不管有多小,物体质量不管多么大,都能得出加速度数值,这个值可以无穷小,但不会为零。由此可见,一个物体不管质量多么大,推力又是多么小,都能推动它,只是加速度极小而已;所以,根据牛顿第二定律来看,蚂蚁能够推动地球,这个观点在理论上无容置疑。

那么,一只蚂蚁推动地球的速度,到底有多慢呢?我们运用a=F/m等运动学公式,可精确计算出来。我们知道,地球质量为5.965×千克;而蚂蚁臂力相当于一粒黄豆(2×千克)重力的大小;那么,据此计算可知,蚂蚁把地球推上100万年,才移动了0.17米,这个距离虽短,但表明蚂蚁毕竟把地球推动了;继续计算可知,这时的地球速度,由当初的零增加到/秒。蜗牛爬得够慢了吧!然而,这个速度是蜗牛爬行速度的1/2.4×)。可以想象,蚂蚁100万年来,推得多么艰难!

若换成一辆大卡车来拉地球,牵引力按4吨计算,那么拉上100万后,地球则移动了3333多公里,而速度由当初的零,增加到2.1×/秒;如果让大卡车拉着满载的货物,在同等条件下狂奔,用不了1小时,就能行驶同样远的路程;同时,速度由零增加到2.6公里/秒;可见,物体质量和受力对等时,就容易跑起来,加速度就大。可是,蚂蚁的臂力与地球的质量反差太大;所以,推地球产生的加速度极小,它只有不停地推上若干亿年,才能明显动起来。

说蚂蚁能推动地球,虽然在道理上成立,但要真正实现,受诸多条件限制。正如古希腊科学家阿基米德所说:“给我一个支点,我就能撬起整个地球。”这话确实没错,可是支点不好找,所需的杠杆也难制造!同样,要满足蚂蚁推地球的条件,比登天还难!试想:到那里去找绝对光滑的平面,谁能把地球搬来放在上面,又如何保证地球的重力竖直指向平面呢?诚然,本文所说的,并非让大家做毫无希望的事,而是在于领悟奇妙的科学道理!

知识链接

1、 重力:物体受地球吸引产生的力,也叫重量。东西从空下落,或压在地上,都是重力起作用。

2、 质量:指物质的多少,物质多则质量大,少则质量小。质量不受地球引力影响,航天员上到太空,重力消失,但质量未变。拉车时,车的质量越大,则拖累越大,越难以快速跑起来。

3、 摩擦阻力:一个物体在另一个物体表面运动,因接触面粗糙不平所产生的阻碍作用,叫摩擦阻力。接触面越粗糙,摩擦阻力越大;反之越小。接触面绝对光滑,则摩擦阻力为零。

4、 加速度:速度在一定时间内的变化量,物体加速或减速时,都有加速度,加速度越大,则加速或减速越快。减速时的加速度称为负加速度。


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