压力的作用效果与哪些因素有关-受力面积和压力大小直接决定形变程度
上次物理实操课翻车的经历,让我彻底的搞懂压力的作用效果与哪些因素有关,不是课本上死记硬背的定义,是亲手操作、亲眼对比试出来的真实结果。
那天课堂实操的主题是探究压力形变,桌上摆着统一的海绵、相同规格的金属砝码,老师让我们自主尝试改变条件,观察海绵的凹陷变化。最开始完全凭直觉操作,总觉得力道越大、东西越重,压出来的痕迹就越深,压根没琢磨过还有别的影响条件。随手拿了两个砝码,平平的铺放在海绵正中间,静静等着形变出现。
海绵只陷下去浅浅一层。
看着旁边同学的实验效果,瞬间觉得不对劲,一模一样的器材,他的海绵凹陷的坑又深又明显,对比我的几乎可以忽略不计。盯着他的动作看了好几遍才发现差别,他没有平放砝码,而是把砝码竖起来放,和海绵接触的面积极小,可同样重量的砝码,产生的作用效果却天差地别。那一刻直接推翻了我脑子里片面的认知,原来不是只要压力够大,效果就一定明显,还有别的关键变量在悄悄影响结果。
折腾好久才搞明白,我之前的问题就是只盯着压力大小这一个维度,忽略了最关键的受力面积。为了彻底摸清规律,开始分步做对照尝试,先固定砝码的摆放方式不变,一点点增加砝码数量,也就是慢慢增大压力。能清晰直观的看到,随着压力不断变大,海绵的凹陷深度持续增加,形变的痕迹越来越清晰,压力越大,对应的作用效果就越突出,这个变化是肉眼完全可以捕捉到的,没有任何模糊的地方。
之后又固定砝码数量不变,反复切换摆放姿势。
全程施加的压力没有半点增减,只是改变砝码与海绵的接触面积,结果变化格外直观。平放时受力面积最大,压力被均匀分摊在整块接触面上,海绵形变微弱,几乎看不出变化;侧放、竖放不断缩小受力面积,压力会集中在一小块区域,海绵的凹陷程度一次比一次明显。反复试了十几次,每次结果都一模一样,完全不存在偶然情况。
当时还特意试了换不同位置按压、更换全新的海绵,想看看有没有其他因素干扰。试过之后才发现,摆放位置、海绵的新旧程度,基本不会改变核心效果,这些次要条件的影响微乎其微,根本左右不了最终的形变结果。能实打实改变压力作用效果的,自始至终就只有两个核心,一是施加压力的大小,二是物体之间的受力面积。
收拾实验器材的时候,指尖扫过海绵上深浅错落的压痕,脑子里还在反复对比刚才每一次的操作差别。