在第六届重庆市公民科学素质大赛区县复赛中,一则关于“胸口碎大石”的话题吸引了广大观众的兴趣。大家对于“胸口碎大石”的表演都有所耳闻,有部分人甚至亲眼看到过类似的表演,折服于表演者的强健体魄和无畏胆量。其实,“胸口碎大石”不仅体现了表演者的技术和功底,更蕴藏了许多神奇的科学原理。接下来,重庆市科学传播专家团成员冯文林为我们做了详细的阐述。
我们在脑海中重现一下“胸口碎大石”的画面:在一卧躺的人胸口上,放一块又大又厚的石块,另一人则拿起大锤敲向石块。最终,石块碎了,卧躺的人却毫发未损。
首先,我们需要知道,惯性是物体的一种固有属性,表现为物体对其运动状态变化的一种阻抗程度。当作用在物体上的外力为零时,惯性表现为物体保持其运动状态不变;当作用在物体上的外力不为零时,惯性表现为外力改变物体运动状态的难易程度。此外,质量越大的物体惯性越大,也就是它的运动状态越不容易被改变。这也是我们常说的牛顿第一定律。
当锤子快速砸下时,由于石块的质量很大,石块的巨大惯性使得它“抗拒”改变自己原有的静止状态,导致石块产生的加速度极小,从而对人产生的冲击较小。这也是为什么在“胸口碎大石”的表演中要使用够大够重的石块,而不是相对较轻的木板。换句话说,巨大的石块既增加了表演的震撼性,也是对表演者的一种保护。
此外“胸口碎大石”中还蕴藏着压强原理。试想一下,当我们用很大的力气按压平整的桌面,我们会感觉到疼痛吗?而当我们用微小的力气触碰图钉的尖端,很快就能感受到疼痛,这就不得不提到压强了。
压强是指物体单位面积上受到的压力,用来表示压力产生的效果,压强越大,压力的作用效果越明显。当作用于物体的压力一定时,物体受到的压强与受力面积的大小成反比。也就是说,接触面积越大,物体受到的压强就越小。
在“胸口碎大石”的表演中,采用的石块形状通常为规整的长方体,其与人体接触的面积很大,作用在人体上的压强很小,石块与人体接触的大面积会将锤子作用在石块上的冲击强度分散,进而使人受到的损伤大大减弱。
(本文科普知识点由重庆市科学传播专家团成员、重庆理工大学物理学教授冯文林提供指导)