停止的掛鍾秒針為何總在「9」的位置
有一個有趣的現象,不知道大家有沒有注意到:掛在牆壁上的鐘,當電池的電能耗盡而停止走動時,其秒針往往停在刻度盤上「9」的位置,這是為什麼?當石英鐘內的電池電能耗盡,秒針停在錶盤上時,重力產生最大的反向力矩。我們知道秒針轉動的方向是順時針的,故這裡的重力會產生最大的反向力矩值:逆時針最大。重力矩=重力的大小×重力臂。當秒針到達錶盤的9處時,支點到重力作用方向的距離最大,即重力臂最大,故重力矩最大,因此秒針會停在錶盤上9的位置處。最後沒電了,會在9的上下一點點,公差範圍很小。石英鐘的秒針從數字12轉到數字6的過程中是向下運動的,它所受的重力會幫助秒針順時針轉動。當秒針從數字6向數字12運動時,是上升運動,所受重力會變成阻力阻礙秒針的轉動,而秒針轉到數字9時阻力臂最長,使重力的阻力矩最大。
山脈為什麼不會無限長高
想像一下:山脈會無限長高,穿透上層大氣,給飛行員製造了一個巖石迷宮。也許這種情況存在於宇宙中的某地,但在地球上不會發生。是什麼阻止了山脈長高的步伐呢?有兩個限制因素。第一個限制因素是重力。許多山脈的形成是由於被稱為板塊構造的地球表層的運動。當兩個地殼板塊相撞時,撞擊力迫使物質從其接觸的邊緣向上移動,形成山脈。隨著山脈不斷長高,在某一時刻,山脈會變得太重,其自身的質量阻止了兩個板塊碰撞所導致的向上增長。換句話說,如果地球的重力減少,其山脈就會長得更高。比如在重力小於地球的火星,那裡的奧林帕斯山高約2.6萬米。第二個限制地球上山脈長高的因素是河流。起初,河流讓山脈顯得更高―它們鑿進山脈的邊緣,侵蝕物質,在山脈的底部附近形成深深的裂縫。但侵蝕作用同樣也會引發山體滑坡,帶走山上的物質,限制其增高。
為什麼樹幹長成圓的
所有的生物為了生存,當然是要朝著對環境最有適應性的方面發展,植物也不例外,樹幹長成圓柱形也是為了適應生長的需要。首先,在佔有材料相同的情況下,圓形具有最大的面積。相同數量的材料希望做成容積最大的東西,圓形最合適。自來水管、煤氣管等,就是對這一自然現象的仿造。其次,圓柱形具有最大的支撐力。樹木的重量全靠一根主幹支撐,須有強有力的樹幹支撐,才能維持生存。最後,圓形能防止外來的傷害。樹木的皮層是樹木輸送營養物質的通道,皮層一旦中斷,樹木就會死亡。樹木是多年生的植物,它的一生難免要遭受很多外來的傷害。如果樹幹是方形、扁形或有其他稜角的形狀,更容易受到外界的衝擊傷害。因此,樹幹的形狀也是樹木對自然環境適應的結果,是長期進化的結果。