【汽車的車身越堅(jiān)硬就越安全嗎】
在嚴(yán)重的汽車碰撞事故中，一些汽車的部分結(jié)構(gòu)由于撞擊發(fā)生了明顯的變形。因此人們自然想到，是不是因?yàn)槠嚨能嚿聿粔驁?jiān)硬，才會(huì)發(fā)生如此嚴(yán)重的變形？
其實(shí)，因汽車碰撞所造成的車身變形和破壞，有相當(dāng)一部分是汽車制造業(yè)的工程師們?cè)谠O(shè)計(jì)時(shí)就刻意為之的，其目的是消耗碰撞前所攜帶的動(dòng)能。動(dòng)能是物體因運(yùn)動(dòng)而具有的能量，它的大小與物體的重量成正比，也與物體運(yùn)動(dòng)速度的平方成正比。
碰撞結(jié)束后，汽車停下來，其速度變?yōu)榱�。碰撞過程通常不超過半秒鐘，在如此短的時(shí)間內(nèi)要將汽車的動(dòng)能完全消耗，必然會(huì)造成某些物體的劇烈變形和破壞。如果由乘員來承擔(dān)這種劇烈變形，那就意味著對(duì)人體將造成嚴(yán)重傷害，因此，車輛設(shè)計(jì)者就希望車身能夠盡可能多地承擔(dān)變形并消耗這些動(dòng)能，以盡可能避免人員受傷，即使受傷，受傷害的程度也盡可能降到最低。
與此同時(shí)，在設(shè)計(jì)時(shí)還要考慮讓乘員在碰撞中擁有一定的生存空間。通常，人們將乘員所處車身空間稱為乘員艙，這一部分的結(jié)構(gòu)在碰撞中要避免發(fā)生太大的變形，以免外物直接威脅到乘員的人身安全。況且，車內(nèi)常用的乘員保護(hù)裝置，比如座椅安全帶和安全氣囊等，也都需要在一定的空間內(nèi)才能起到正常的保護(hù)作用。
因此，相對(duì)車身的其他部分而言，乘員艙應(yīng)當(dāng)做得更結(jié)實(shí)一些。而那些位于車身的前部和后部、在多數(shù)事故中被首先撞擊到的部件，例如保險(xiǎn)杠等，則應(yīng)當(dāng)被設(shè)計(jì)成在碰撞下可以發(fā)生永久變形的結(jié)構(gòu)，并通過這些變形來消耗汽車的動(dòng)能。所以，出于保護(hù)乘員的目的，車身的不同部位軟硬程度也應(yīng)該做得不同，這些都是需要設(shè)計(jì)師進(jìn)行綜合考慮的。
當(dāng)然，任何結(jié)構(gòu)都不可能提供絕對(duì)安全的保護(hù)功能。如果碰撞非常嚴(yán)重，比如在碰撞前車速很快的情況下，預(yù)先設(shè)計(jì)用于吸收動(dòng)能的車身結(jié)構(gòu)在達(dá)到變形后，還沒有完全消耗掉所有的動(dòng)能，這時(shí)乘員艙就難以避免會(huì)發(fā)生結(jié)構(gòu)變形，乘員受傷害的可能性就急劇升高，這就是為什么平時(shí)開車不能太快的原因。
節(jié)約能源、保護(hù)環(huán)境是當(dāng)今社會(huì)所提倡的，為了降低汽車的能耗，減少尾氣的排放，有人提倡設(shè)計(jì)并使用又小又輕的汽車，此舉也被稱為汽車的輕量化。然而，汽車做得過于輕、小，安全性能就會(huì)下降。比如，當(dāng)輕量化汽車撞到靜止不動(dòng)的障礙物上，因?yàn)槠渥陨磔p，攜帶的動(dòng)能少，受損程度會(huì)比又重又大的車要小一些。如果與騎自行車者或者行人發(fā)生碰撞，因?yàn)槠囕^輕，那么后兩者受到的傷害可能會(huì)較小。但是，當(dāng)輕量化汽車與比它自身大很多、且重很多的汽車相撞時(shí)，前者車內(nèi)的乘員就可能會(huì)受到非常嚴(yán)重的傷害。
所以，無論是討論車身軟硬程度，還是討論車子是該做得又輕又薄，抑或又厚又重，都應(yīng)該采用辯證的觀點(diǎn)。否則，就很可能是好心辦壞事。
【為什么騎輪胎氣不足的自行車比較費(fèi)勁】
騎過自行車的人都有這種體會(huì)，如果輪胎的氣滿滿的，自行車騎起來就特別輕快，一點(diǎn)都不費(fèi)勁；如果輪胎癟癟的，要想騎動(dòng)它就很費(fèi)力，所以人們騎車出發(fā)前會(huì)檢查輪胎有沒有打滿氣。那么，為什么自行車輪胎氣不足時(shí)，騎起來比較費(fèi)勁？
通過觀察，我們可發(fā)現(xiàn)癟癟的輪胎跟地面的接觸面積很大，是不是因?yàn)檫@個(gè)原因?qū)е隆澳Σ亮Α弊兇罅耍恐庇^感覺好像是這樣，但是物理學(xué)告訴我們，一般來說，摩擦力是跟接觸面積沒有關(guān)系的，只跟接觸材料和壓力有關(guān)；何況，自行車提供動(dòng)力的輪子是后輪，后輪的摩擦力是向前的，所以摩擦力越大，騎起來應(yīng)該更省力才是。
其實(shí)，使自行車騎起來困難的原因不是“力”的增大，而是“力矩”的增大。由于輪胎癟了所以地面支承力的作用點(diǎn)會(huì)與重力的作用點(diǎn)分開，重力繞著支承力的作用點(diǎn)產(chǎn)生一個(gè)力矩，這個(gè)力矩對(duì)于鏈條產(chǎn)生的動(dòng)力矩會(huì)有一個(gè)“抵抗”作用，蹬車自然就更費(fèi)勁了。輪胎越癟，騎車也就越費(fèi)力。
【為什么比薩斜塔能斜而不倒】
比薩斜塔是意大利比薩大教堂的鐘樓。這是一座直徑為16米的圓形塔樓，共8層，每層外部都環(huán)繞著連拱廊。該塔不僅以令人瞠目的傾斜度，吸引著全世界好奇的目光，而且，還似乎在宣示，人們所熟知的靜力學(xué)定律根本不適合它。
為什么比薩斜塔能斜而不倒？有關(guān)這個(gè)話題，幾個(gè)世紀(jì)以來許多人為此爭論不休。有人曾經(jīng)懷疑這座斜而不倒的鐘樓是有意設(shè)計(jì)、建造成的。事實(shí)是否真的如此呢？19世紀(jì)，隨著越來越精確的建筑測量工具和地下勘探設(shè)備的應(yīng)用，專家們開始嘗試使用科學(xué)的工具來揭示斜塔的奧秘。對(duì)歷史檔案資料的進(jìn)一步研究也證實(shí)了人們的疑惑：這座鐘樓可能最初設(shè)計(jì)成正常的直塔，但始料不及的是，它竟然在建造伊始就偏離了正確的位置！
原來，比薩斜塔之所以會(huì)傾斜，是因?yàn)槠涞鼗翆訕O其復(fù)雜：不僅被不同材質(zhì)的土壤分成了若干層，而且這些土層又由各種柔軟的黏土質(zhì)物質(zhì)和砂質(zhì)淤泥相間而成。更糟糕的是，地基下的地下水位也非常淺，深度只有大約1米。最新的地質(zhì)勘探發(fā)現(xiàn)，鐘樓的選址位于古代的海岸線上，也就是說，在建造之時(shí)地基土壤就早已沙化。如此一來，比薩斜塔這個(gè)“大家伙”剛一建造就注定很快將產(chǎn)生不均勻沉降和傾斜。
為了防止斜塔的過度傾斜，不少人傷透了腦筋。1173年鐘樓開始修建時(shí)，原計(jì)劃建造8層。然而興建到第四層時(shí)，建筑就已經(jīng)明顯地發(fā)生傾斜。工程停頓了近50年后才重新啟動(dòng)，放置銅鐘的這一層直到1350年才加建。這一次，建造者在向上建樓層時(shí)故意向反方向傾斜，以補(bǔ)償和修正重心的偏離。當(dāng)建造到第七樓層時(shí)，塔身不再呈垂直狀而變成了弧形——矯枉過正的結(jié)果是斜塔開始以更大的角度和速度向反方向傾斜。隨著時(shí)間的推移，斜塔和其下方的土層似乎達(dá)到了某種程度的平衡。然而，1838年的一次勘測實(shí)驗(yàn)意外地破壞了斜塔和土層間的平衡，使塔頂?shù)乃轿灰企E然增加了20厘米之多。1972年當(dāng)?shù)匕l(fā)生地震，斜塔再次受到強(qiáng)烈沖擊，傾斜速度明顯加快，到再次修復(fù)之前，塔頂已偏離設(shè)計(jì)鉛垂線達(dá)4.2米的距離。1990年起，意大利政府開始了漫長的拯救斜塔工程。這一次，為了不再因沉重的設(shè)備和腳手架而造成新的麻煩，工人們像蜘蛛俠一樣被懸掛在輕巧的鋁制平臺(tái)上工作。2007年6月，比薩斜塔的塔身被成功扶正了約45厘米。
中世紀(jì)時(shí)期，地質(zhì)勘探技術(shù)還不發(fā)達(dá)，因不均勻沉降而導(dǎo)致建筑傾斜在當(dāng)時(shí)是難以避免的。今天，人們?cè)谠O(shè)計(jì)、建造建筑物之前，都要進(jìn)行地質(zhì)巖層的取樣和計(jì)算，通過科學(xué)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，以保證建筑的穩(wěn)定。因此，現(xiàn)代的建筑已經(jīng)很少出現(xiàn)這種意外傾斜的情況了。
為了探究斜塔“斜而不倒”的原因，許多專家還運(yùn)用先進(jìn)儀器對(duì)斜塔的制作材料和結(jié)構(gòu)等進(jìn)行了測試。比薩中古史學(xué)家皮洛迪教授經(jīng)研究后認(rèn)為，建造塔身的每一塊石頭都是石雕佳品，石塊之間極為巧妙的咬合，有效地防止了塔身傾斜引起的斷裂，這是斜塔安然屹立近千年的一個(gè)內(nèi)在因素。
