你为何不避?因为我相信物理!丨正经玩

满当当的一瓶水,
仅由三根小小木棍支撑,
在桌边晃晃悠悠。
似那达摩克利斯之剑,
悬在小编头顶,
随时准备着迎头痛击。
问小编,你为何不避?
答曰:我相信物理。
但是,但是呀,
麻烦请您别摇桌子了,
相信你。
就问你感动不敢动

实验器材

棉签、矿泉水瓶、粗绳子、所标杯

你为何不避?因为我相信物理!丨正经玩
实验步骤

第一步

将三根棉签各自两头的棉花暴力扯掉,你将收获三根木棍。

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第二步
用所标杯压住一根木棍,并在上面挂上绳子,绳子的另一头旋进装了水的瓶盖里
第三步

取第二根木棍横亘在绳之间。

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第四步

取第三根木棍,同时抵住上方第一根木棍一端和第二根木棍中部。

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第五步

取走所标杯,整个系统岿然不动。三根木棍,同时抵住形成稳定木棍结构。

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第六步
请胆大的小编躺到水瓶的下方。

你为何不避?因为我相信物理!丨正经玩

这是什么原理,三根小木棍为什么能对抗装水的重瓶子?
原理解说

这其实利用的是杠杆平衡原理(即力矩平衡),我们先来给三根木棍编个号,如下图所示:

你为何不避?因为我相信物理!丨正经玩

我们先认为三根木棍都是不可变形的刚体,对上面的木棍①进行受力分析,受力分析图如图:支点为O,木棍受到桌边支持力FN,摩擦力Ff,绳子拉力T,木棍②的支持力F2。

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摩擦力Ff的存在,阻止了木棍的下滑,受力平衡很容易满足。但力学学的好的小伙伴应该会发现,力矩不平衡啊,也就是以O为支点的杠杆右端受到的F2没法平衡,这根木棍必定会逆时针旋转,这就与实际情况相矛盾了。

这是因为什么原因呢?现实中,木棍不是刚体,大家也可以看到图中木棍有明显的向上弯曲,翘曲之后的木棍AB与桌面的接触并非一个O点,而是一个接触面,支撑力分布不均匀,这个分布不均匀的力,会产生一个合力矩。实际上,这个分布力的等效力FN应该作用在支点稍稍偏左的位置,如下图所示。

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这样当满足杠杆平衡条件FNL1=F2L2时,整个体系达到平衡,并且实际上整个体系的重心还在桌边以内,三根木棍就能撑起一瓶水啦。

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