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天鹅、龙虾和狗鱼的问题

大家都听说过有关“天鹅、龙虾和狗鱼拉大货车”的寓言,但是不见得有人会从力学的观点来研究这则寓言。寓言作者克雷洛夫所做的结论同我们得出的完全不同。

摆在我们面前的是力学上几个彼此成角度的力的合成问题。寓言里面是那样确定力的方向的:

天鹅在冲向云霄,

龙虾向后倒退,而狗鱼在向水里拉。

这就是说(图12),第一种力量——天鹅的拉力——是向上的;第二种力量——狗鱼的拉力(OB)——是向旁边的;第三种力量——龙虾的拉力(OC)——是向后的。不要忘记还存在第四种力量——货物的重量,它是竖直向下的。寓言证实了:货车现在还停在原处。换句话说,就是加在货物上的几个力的合力等于零。

是这样吗?让我们看一看。冲向云霄的天鹅,不但不会妨碍龙虾和狗鱼的工作,甚至还帮助了它们:天鹅的拉力向着重力的反方向,所以减小了车轮跟地面和车轴的摩擦,也就是减轻了货车的重量,甚至完全抵消了它的重量——要知道货车并不是很重的(寓言中有句话,“对它们说来,货车似乎是很轻的”)。为了简单起见,让我们假定货车的重量是被天鹅的拉力抵消了,我们会看到剩下来的只有两个力:龙虾的拉力和狗鱼的拉力。这两个力的方向,寓言说,虾是往后退,而狗鱼是往水里拉。当然,水一定不在货车的前面,而是在它的某一侧面。(克雷洛夫的几个劳动者当然不准备把货车拉下水去!)这就意味着,龙虾和狗鱼的力是彼此成角度的。如果这些力不在一条直线上,它们的合力怎么也不可能等于零。

图12 根据力学定律解决克雷洛夫关于天鹅、龙虾和狗鱼的问题。合力(OD)应该把货车拉进水里。

让我们按照力学的定律,用OB和OC这两个力做边来画一个平行四边形。四边形的对角线OD就表示着合力的方向和大小。很显然,这个合力应当能够使货车移动,不但如此,在货车的全部或部分重量因天鹅的拉力而减小的时候,就更加容易移动。另一个问题——货车是向哪个方向移动:向前、向后,还是向旁边?这就取决于这几个力的力量对比和它们所成角度的大小了。

读者如果对力的合成和分解有些实际运用经验的话,就很容易看出:即使天鹅的力量不能抵消货车的重量,他们相信,货车不可能停在原处不动。只有在一种条件下,这三个力的作用才能使货车不动。这个条件就是车轮跟车轴和地面的摩擦力比合力大。但是这跟寓言的论点不合,因为“对它们来说,货车似乎是很轻的”。

无论如何,克雷洛夫都不能确定地说,“货车一点儿也没动”,“货车现在还在原处”。可是,这并没有改变这个寓言的意义。 JopUaAcnAoyErauT0zVE6jhZtLe/6kWiTtSeufFa3FrJfjCAf0ZgQfuSQFZdFutw

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