一塊磁鐵吸在冰箱側面幾十年不掉,克服重力的能量從哪裡來的?

2021-02-27 宇宙認知論

簡單講,克服重力不需要能量,只需要力!

圖示:冰箱貼美化生活,冰箱貼不會掉,是依賴磁力和摩擦力,只要這兩者之和能對抗重力就不會掉落,物理世界中力和力對抗並不耗能。

先拋開磁鐵,讓我們想想一個木塊放在有摩擦力的斜面上,它也可能靜止地呆在斜面上幾十年不下滑,那麼幫助它克服重力需要消耗任何能量嗎?不需要,只需要摩擦力=重力的分量,那麼就能保持靜止不動。

如果還是不能理解,那麼想想考駕照時的坡道起步,當汽車拉下手剎停止在斜坡上時,汽車同樣受到地球引力影響,這你只要鬆開剎車就能明白。那麼當汽車靜止在坡道上時,它克服地球引力需要消耗能量嗎?當然不需要。否則停在坡道上的車,就會自動耗油了。

圖示:坡道起步,駕照重點考察內容。

最後再說一個例子,懸在半空不動的電梯,只要它不動,它就不需要耗能,只需要提供足夠大的摩擦力即可。

圖示:電梯井,懸掛電梯的鋼索。如果鋼索承受不住,電梯的重量就會發生斷裂。但是不僅克服重力,還要向上運動,那麼你就需要耗能了。

為什麼我們總是將力和能量這兩個概念混在一起呢?

因為,假如這力由人來主動提供,那大多數情況下,我們的身體的確是需要消耗能量,才能提供力。比如用手指將木塊用力壓在光滑的牆上,是很累人的活,又或者將自己懸掛在單槓上。

圖示:僅僅只是吊著就很累,因為我們的肌肉會因重力的影響收縮來對抗重力將它撕裂的傾向!不管這收縮多微弱,都意味著做功耗能。不要以為吊著就沒做功,只是微弱的做功而已。

但特別喜歡倒掛的蝙蝠,就很少動用肌肉的能量,這是它的休息姿勢不是它在鍛鍊身體,而這是通過肌腱鎖定機制來實現的,用肌腱這個強大的抗拉材料,來對抗地球的重力。

與此類似,許多鳥兒站在樹枝和電線上,也同樣具有肌腱鎖定機制,這能讓它們不需要或者少消耗能量,就能保證自己不掉下去,一點都不累。

圖示:電線上的鳥兒,世界各國常見風景

當鳥兒抓住電線時,它的腳關節肌腱就自動鎖定了。只要肌腱的構成能支撐住身體的重量,它就不需要消耗能量來維持身體平衡或至少只需要消耗很少能量,也不用擔心自己會掉下去,當它要飛走的時候,它才需要動用肌肉解鎖關節,放開腳爪自由飛翔。

圖示:當利用肌腱鎖定腳爪後,就不需要肌肉收縮提供能量了,依靠肌腱的本身的物理性質提供力量,這是不需要耗能的,但這依賴的是特殊的肌腱和關節形狀,以及它們的物理性質。

希望我已經將這個問題分析透徹足以解惑了!

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