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冰箱貼是一種有趣的家居飾品,因其具有紀念性質,所以成為了很多旅行愛好者的收集品。冰箱貼之所以能夠吸附在冰箱上,是因為冰箱貼的背面裝有磁鐵,而冰箱的外殼是由鐵皮製造的。
一個吸附在冰箱上的冰箱貼,如果我們不去動它,那麼它會一直呆在那裡,只要地球還存在一日,它就永遠不會移動,更不會因地球的引力而掉落下來。那麼問題來了,千年萬年,冰箱貼一直吸附在冰箱上,也就是一直在與地球引力相對抗,那麼它是否需要耗能呢?它的能量是從何而來呢?很多人可能對此有所誤會,認為一旦發生了力與力之間的對抗,就會耗能,實則不然,在物理學上,力與力的對抗並不一定要消耗能量。具體到冰箱貼的問題上來,我們首先要弄懂到底是什麼力使得冰箱貼可以不掉落。
真正使得冰箱貼不會掉落的並不是磁鐵和冰箱之間的吸引力,磁鐵的作用只是讓冰箱貼緊緊貼在冰箱上,而真正阻止它掉落的是緊貼之後,冰箱貼與冰箱之間所產生的摩擦力。
冰箱貼的問題實際上就是一場摩擦力與地球引力之間的對抗,而在這場對抗之中,無論是地球引力,還是摩擦力,它們都沒有做功。當一個物體受力並且在力的方向上發生了移動,那麼力便對這個物體做了功,在這個問題上,摩擦力是向上的,而引力是向下的,顯然冰箱貼是受了力的,但冰箱貼只是靜止呆在冰箱上,既沒有向上移動,也沒有向下移動,所以很顯然沒有力對冰箱貼做功,既然沒有做功,自然也就不需要消耗能量了。當然,這只是針對冰箱貼而言的,如果我們把冰箱貼中的磁鐵去掉,讓人用手指將冰箱貼按在冰箱上,情況就有所不同了。
雖然冰箱貼沒有多少重量,但如果一個人用手將沒有磁鐵的冰箱貼按在冰箱上,過不了多長時間就會感覺到手臂酸痛,最終一定會難以支撐。
不是沒有做功,也不消耗能量嗎?為什麼人還會感覺到累呢?因為人在做功。人的確是沒有對冰箱貼做功,因為冰箱貼並沒有在人施加力的方向上發生移動,但人體的內部卻一直在做功。人之所以能夠將冰箱貼按在冰箱上,是因為對冰箱貼施加了力,而為了施加這個力,人體內由肌動蛋白所組成的細肌絲需要不斷在由肌球蛋白所組成的粗肌絲上滑動,而細肌絲的滑動是依靠細肌絲上的「橫橋」來進行撥動的,也就是說橫橋一直在做功,既然做功,那麼就一定要消耗能量。
起初,能量供應充足,所以細肌絲的滑動很快,我們也不感覺勞累,而隨著時間的持續,能量供給跟不上了,細肌絲的滑動變慢,我們就會感覺疲累,手臂也會隨之抖動,所以人是無法一直將冰箱貼按在冰箱上的,同樣的道理,人也無法一直保持著其它的靜止狀態不動,比如一直站立,因為這種行為表面上不做功,但實際上人體內部一直在做功耗能。
當然了,這只是針對人而言的,在自然界中有很多動物能夠通過鎖定肌腱來維持一個靜止的狀態,此時它們是不耗能或者是低耗能的,比如站在樹梢上的鳥。既然人需要耗能才能夠將冰箱貼按在冰箱上,那麼為什麼磁鐵就可以在不耗能的情況下讓冰箱貼永不掉落呢?磁鐵和冰箱之間的結合依靠的是電磁力,而電磁力是四種基本力之一。
不要認為電磁力是什麼很高大上的東西,事實上電磁力是一種最接地氣的力,我們所接觸到的所有力基本都是電磁力,化學反應,小到物質的結合都是電磁力作用的結果。
電磁力如此強大嗎?一塊小小的磁鐵竟然可以輕鬆對抗引力,讓冰箱貼永不掉落?電磁力的確十分強大,但電磁力可以對抗引力並不是因為強大,而是因為引力太弱了。引力是四種基本力中最弱的力。任何有質量的物體之間都具有相互的引力作用,但由於引力太弱,所有這種作用通常無法察覺,即使是兩輛重達幾十噸的坦克,它們也無法顯現出一點相互吸引的態勢,所以只有宇宙天體這種級別,我們才能夠感受到它們的引力,但不可否認的是它仍然很弱,想一想,整個地球的引力都在把手機向下拉,但我們毫不費力就可以把手機拿起來,在這場與地球引力的對抗中輕鬆取勝。