在摩擦力的作用下,如果水箱在斜面上匀速滑下去,那么它的水面会变成什么样呢?
根据经典的相对论,在机械现象方面,匀速运动不可能产生非静止状态的变化。我们不难看到,水面在这种水箱里是水平的而不是倾斜的。下面让我们看一个实际的题目来解释里面存在的原理。
[ 题 ]我们将一只装好水的容器放在斜面 CD 上(图3-3),如果斜面和容器都不动,那么 AB 水面也是水平不动的。如果假设 CD 斜面是光滑的,把容器从上面滑到下面,容器里的水平面 AB 是否还会保持水平不动呢?
图3-3 装着水的容器沿着斜面滑动,水面会变成什么样子
[ 解 ]经过实验我们知道,在没有摩擦的地方运动,水面在容器里的平面是和斜面平行的。这是为什么呢?
我们可以利用力的分解来解释这个现象。如图3-4所示,把物体看作一个质点,其重力 P 可以分解为两个分力,即 Q 和 R 。我们将容器从上向下滑的时候容器和水的速度是一样的,这样在斜面上移动时水对容器内壁的压力和静止时的也应该是一样的,那也就是说分力 Q 对水的作用和静止的时候的作用是一样的,重力也是不变的,所以水面应该是和分力 Q 垂直,即和斜面是平行的方向。由于容器在斜面上进行匀速运动的时候,容器壁质点并不产生什么加速度,所以质点在力 R 的作用下,产生压向容器前壁的力。因此,水的每个质点是在两个压力 R 和 Q 的作用之下,这两个压力的合力 P 正是质点的重力垂直方向的作用。这就是水面在这个情况下之所以与斜面平行的道理。
不过在运动刚开始的时候,水面在短时间内是倾斜的,这时候容器还未达到不变的速度,还在进行加速运动。
图3-4 图3-3的答案