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在斜面滑行

时间:2023-02-14 理论教育 版权反馈
【摘要】:如图18所示,一个盛有清水的大烧杯被放置在斜面上。当烧杯静止时,水面AB呈水平状态,在大烧杯沿润滑状况非常好的斜面CD下滑的过程中,大烧杯中的水面还能保持水平吗?实验中,当大烧杯在没有摩擦的斜坡下滑时,水平面与斜面是平行的。其中力R的作用是使大烧杯与水沿斜面CD下滑,由于水与大烧杯的速度相等,这时水的质点作用于大烧杯内壁的压力就与静止时相等。

【题目】如图18所示,一个盛有清水的大烧杯被放置在斜面上。当烧杯静止时,水面AB呈水平状态,在大烧杯沿润滑状况非常好的斜面CD下滑的过程中,大烧杯中的水面还能保持水平吗?

图18盛有清水的容器在斜面上滑动,水平面会呈什么状态

【解题】实验中(见图19),当大烧杯在没有摩擦的斜坡下滑时,水平面与斜面是平行的。其原理在于:每个质点的重量P都能分解为力Q和力R。其中力R的作用是使大烧杯与水沿斜面CD下滑,由于水与大烧杯的速度相等,这时水的质点作用于大烧杯内壁的压力就与静止时相等。力Q的作用是使水的质点压向大烧杯的底部,我们知道,力Q对水的作用与重力对静止液体质点的作用是相同的,所以水面垂直于力Q,即与斜面的长CD平行。

图19 图18的答案

但是,如果在摩擦力的作用下,盛有清水的大烧杯沿斜面匀速下滑,水面会发生变化吗?

根据经典相对论的定理,匀速运动不会使力学现象产生任何不同于静止状态的变化,所以水面不可能是倾斜的。显然,事实正是如此。

用经典相对论是否能解释这一现象呢?没问题。在大烧杯沿斜面匀速直线下滑时,烧杯壁的质点并没有得到加速度,但烧杯内的水的质点却在力R的作用下压向杯的前壁,所以水的质点受到了力R与力Q的合力P的作用,也就是垂直于质点重量P的方向的作用,这就是本题中的水面为什么呈水平状态。事实上在大烧杯下滑的整个过程中,只有最初开始运动的时候,因为烧杯当时还处于加速运动中,尚未实现匀速运动,所以水面会在相当短的时间里发生倾斜[6]

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