(一)你注意到了嗎?
一樣的瓶子,空瓶子更容易敲碎,但裝滿水的瓶子不容易破。
(二)原來是因為:裡面的液體沒讓瓶子形變太大。
拉扯會把一個東西變成兩半,使勁擠壓,可能會使一個物體變成好多塊。總之,只要超過了一定的限度後,東西就會碎。每種物質都由最小的微粒構成,這些微粒拉扯時,它們之間就相互吸引;擠壓時,它們之間就相互排斥。當使勁拉扯時,當拉力超過了微粒之間的吸引力的總和,這個東西就被撕成兩塊了。很細的線,很容易拉斷,因為截面上的微粒少,產生的吸引力就不大,比較小的力就能拉斷;如果很多線合到一起,產生的總的吸引力就很大,所以不容易拉斷。微粒之間被拉開的距離總和就是線的彈性限度,材料不一樣,這個彈性也不一樣。
像大理石這樣的材料,拉扯或者擠壓,產生的形變很小。感覺像寧死不屈,除非用特殊儀器,要不看不出微小的形變。我們敲碗、杯子的時候,碗和杯子有形變,有振動就有聲音。當一個空瓶子掉地上時,撞擊地面,瓶子發生形變了,發生頻率高振動幅度比較小的振動,聲音比較尖銳。當受到的撞擊比較厲害的時候,形變超過了它的限度,斷裂開了。當同樣的瓶子裡面裝滿水後,再用東西敲擊瓶子時,瓶子的形狀要發生微小的形變,因為裡面有水,如果是空瓶敲擊後形變會很厲害,結果現在裡面有水擋著,形變就不厲害了,達不到破裂的程度。
用一個比較有意思的小實驗進行驗證,也可以給孩子演示或者跟朋友打賭玩。用一次性的紙杯子,裡面放個乒乓球,從一定高度放開,杯子裡面的乒乓球會彈起來。第二次,在杯子里加些水,再把乒乓球放進去,在剛剛同樣的高度鬆手,我們會發現乒乓球會彈起來超過剛剛的高度很多。不管是成人還是小朋友,看到這個現象都會很驚訝,而原理其實不負責,只要是初中的物理知識就可以解釋。
這個實驗,首先能說明杯子把受到的撞擊的能量傳遞給水和乒乓球了。第一次沒水,杯子把撞擊的能量傳遞給了乒乓球,乒乓球會彈起來一定的高度。第二次裡面有水,先把撞擊的能量傳遞給了水,水再傳遞給乒乓球,乒乓球彈起來。
可是杯子裡有水的乒乓球彈起來的怎麼那麼明顯呢?有水的杯子肯定比沒水的杯子要重,在同一個高度時,具有的能量要多,當撞到地面上的時候,當這些能量反彈回來時,都集中在比較輕的乒乓球上了,乒乓球身上集中了三者的能量,本身又比較輕,所以反彈後比原來放手的位置高很多。沒水的杯子和乒乓球一起撞擊地面時,也有能量釋放出來,具有的能量就不多,撞擊地面後反彈過程中,乒乓球受到空氣阻力後損失不少,所以空杯子裡的乒乓球就反彈不高。
瓶子受到敲打和撞擊時,以形變的方式傳遞能量。空瓶子只有自己,能量都產生形變了,一旦超過限度就碎了。而瓶子裡裝有水後,當敲擊時,瓶子就把能量傳遞給水,瓶子本身形變厲害,就不容易碎。如果瓶子裡裝了太多水,掉下來可能更容易碎,因為具有的能量更多,比空瓶子掉下來時獲得的能量還要多很多,可能撞擊時瓶子形變更厲害,瓶子更容易碎。