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1 # 北斗1102
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2 # 甜甜向上精心創作
完美的球體存在嗎?地面會絕對平坦嗎?還有球體與地面是剛體嗎?
都是理想,那就繼續的理想下去,二者的接觸面積何止是接近於零,完美的球體與理想平面相交,接觸處就是一個點,點是沒有大小的,所以,接觸面就是零,那麼,二者之間壓強就是無窮大,這也沒什麼值得大驚小怪的,無窮大的壓強能奈我何,理想化的東西是超自然的,就沒有不可能!
回到現實吧!實際的物體能承受的壓強都有一定的限度,超過這個限度,就會被壓壞,所以,根本不會存在無窮大的壓強,也就意味著球體與地面的接觸面積不會為零。原因是球體受重力作用,放在地面上,二者之間相互擠壓,就會產生壓力,球體和地面都要發生形變,這是產生壓力(彈力)的必要條件之一。而形變的結果,就是球體與地面的接觸面積增大。也就是說,即使完美的球體,放在地面上也不再完美,與地面的接觸處發生了形變。
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3 # 宇世紅塵
不是接近於0。而是0。
放大到原子層面上已經不在接觸了。
目前除了白矮星以上質量的引力,以及加速器巨大的速度,還沒辦法克服電磁力。
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4 # 科學觀世界
這個問題就需要看從什麼角度進行解讀,一個是數學角度,另一個是物理的角度,分別代表著一個理想世界,一個現實世界。
從數學角度上來看,球體是一個曲面,當它與一個平面接觸時,平面與球體是相切的,也就是說,球與明面之間的接觸僅為一個切點,那麼一個點是不存在面積的,那麼球體與平面之間的接觸面積的確應該是零,當然,這是拋去其它因素,完全以理想模型來進行考慮,但現實世界這種情況卻並不會發生。
現實世界中球之所以能夠在平面上保持靜止,是因為平面對球體的支援力與球的重力平衡,但這個支援力我們在初中時就知道,它是屬於彈力,而彈力的形成條件就是需要發生形變,也就是說,實際上球體與地面在接觸點處一定會發生形變,而發生變形了的球體和平面就不是一個接觸點了,而是分子之間被擠壓在一起形成了一個平面。最後的結果是球面並不圓,平面並不平。
如果我們從更深的角度來解釋的話,那麼彈力我們還可以進一步分析,這個彈力的產生是因為分子之間存在作用力,而分子之間的力本質上屬於電磁力。分子之間的電磁力會隨著兩個分子之間的距離發生改變,一般情況下,這個力是處於一個平衡的狀態。而當分子之間距離減小時,斥力會大於引力,而當兩分子之間距離增大時,則引力大於斥力。
下圖是一個假象的模型
回到上面小球的問題,當小球放置在地面上時,小球會給地面一個壓力的作用,這個力會使地面分子之間的距離減小,於是地面分子之間會形成一個斥力,最後這個力會作用在小球表面,表現為支援力,這個分子之間距離的改變在宏觀上就表現為形變。因此小球與地面之間的接觸將會變成一個很小的平面,至於這個面有多小,這與地面和球本身的性質有關,從生活經驗上來看,當然是越硬越好,這種性質在物理上有一個專門的物理量來描述,那就是彈性模量。
所以說,在數學世界與物理世界看待問題還是存在一定的差別,在數學上可以在證明兩個物體相切與一個點,而在物理上還需要考慮兩個物體之間的作用力,最後的結果是一個是點,一個是面。
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5 # 墨隱千秋
完美球體?沒那麼麻煩吧,實際上隨便扔一個籃球足球或者其他球到地上,球和地面的實際接觸面積都是0,僅僅地球的引力還沒辦法讓球和地面來個實際的接觸。畢竟有電磁力存在
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6 # 賽先生科普
如果是數學角度,一個完美的球體,放到一個完美的平面上,那麼接觸面就是一個點,而一個點有面積嗎?無窮小。(注意:這裡的“完美”也就是剛體的意思,球和平面都不發生形變)
如果從物理角度,那就很簡單了,因為世界上沒有絕對剛體存在,所以球和地面都會形變,一旦形變,那麼接觸面就是一個圓面,自然有面積。
如果不形變,你就會發現,接觸面的壓強會趨向於無窮大,這是不切實際的。
實際生活中,數學世界和物理世界的區別也有體現,比如下面這個:托里拆利小號
我們將y=1/x的影象,取x≥1部分,繞x軸轉一圈,就變成了下圖模樣(形狀類似於一個小號)
我們來算一下它的容積和內表面積(如下):
結果就有意思了,它的容積是個定值π,但是內表面積卻是無窮大。
換句話說,如果給它裡面上一層漆,因為表面積無窮,所以永遠也抹不滿;而如果將油漆直接倒進去,由於容積是定值,所以很快就滿了。
但以上的結論均是數學世界得出的,實際上這個小號我們根本連造都造不出。
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7 # 嗑嗑碰碰三十年
數學裡點是沒有面積的,球體和平面接觸是點所以面積為零,但真實物理世界點卻是不存在的,所以當拿一個球體與平面接觸時,就算是絕對的剛體,無論接觸面它多小,始終有面積
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8 # 我是尹優秀
一方面,球和地面都會產生形變,這時接觸的就不是一個點了,另一方面如,就算球體和地面都絕對剛的話,接觸面積趨於0,那壓力就趨於無窮大了,這本身就不符合設定
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9 # 力學Nerd王小胖
數學上,球體與平面相切,只有一個點。不過,真如題主所問,實際中球體與面接觸的面積不等於零,具體是多大,主要看兩者的材料屬性。下面,我以算例的形式,來解答這個問題。
1、基本原理實際生活中,任何物體都是變形體,即物體在外載作用下都會發生或大或小的變形。完全不發生變形的稱之為剛體,不過這個世界上絕對剛體不存在。
對於材料的變形能力,力學上有一個物理量來衡量——彈性模量。這個物理量基本上就可以反應出材料的“軟硬”。彈性模量越大,材料越不容易變形。
2、算例分析以鐵球接觸鐵板為例,鐵這種材料相對來說是比較“硬”的,其彈性模量200GPa。我們來看下在自重的作用下,接觸面積有多大?鐵球直徑2m。
上圖是位移結果,從位移上來看,鐵球的變形幾乎為零,鐵板在接觸處有變形。放大後下圖。對於兩者來說,變形都非常小。
透過目測,接觸大約是鐵球上網格的一半,即1.3e-2m,面積為5.3e-4平米。這個面積大約是2個手指那麼粗。顯然,這個面積不能近似為零。
3、總結物體受力會發生變形,變形量的大小除了與外載有關,還與材料的屬性有關。彈性模量越大,變形量就越小,兩者接觸的面積也就越小。透過鐵球的算例,我們發現半徑1m的鐵球靠重力放置於鐵板上,其接觸面積越是2個手指那麼大。
如果鐵球更大,重量更重,那麼接觸面積也會更大。此外,如果鐵球換成其他“軟”的材料,鐵板不變,那麼接觸面積也會更大。如下圖,球彈性模量取2GPa,是鐵球的1/100。對比上下兩圖,顯然下圖接觸面積更大了。
雖然,這個算例在模擬裡面算簡單的,但是由於非線性接觸,非常容易出現不收斂的情況,這時候就得不斷地修改模型,直至能夠計算處結果。所以,這麼一篇小回答,花了我2個小時。
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10 # DeRichelieu
除非這個球體和地面都是絕對剛體,則他們的接觸面是一個點。很顯然世界上不存在絕對剛體,接觸就有形變,有形變就有面積
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11 # 艾伯史密斯
答:從數學角度看,接觸位置是一個點,面積為零;從物理角度看,單個原子無法支撐起整個球體重量,所以接觸點存在形變,接觸面積不為零。
完美球體放在平坦的地面上,理論上接觸位置是一個點,但這只是對於理想剛體而言,實際當中不存在理想剛體,於是分為兩種情況。
數學上在數學上,不考慮受力情況和物質的微觀組成,一個完美圓和直線相切,切點是一個面積為零的點,切點和圓心連線垂直於切線。
物理上在物理上,根據受力情況和物質的微觀組成,可以分析出接觸面的大小;因為實際當中不存在理想剛體,所以地面要支撐起整個球體的重量,就需要透過形變來產生應力,形變大小和物質的性質有關。
物質由原子組成,原子透過化學鍵或者範德華力相互連線起來,單個原子間的力量是存在極限的,一個平面要支撐起一個球體,肯定會在微觀層面產生形變,使多個原子的相互作用支撐起整個球體,從而達到平衡。
強相互作用材料從本質上說,物質的這種形變,均是庫侖力發揮作用,而強力是庫侖力強度的100倍,在劉慈欣的小說《三體》中,就描述了一種強相互作用材料製成的“水滴”,具有幾乎無限大的彈性模量,受到外力時幾乎不產生形變。
強相互作用材料是否真的存在,目前還不得而知,但是對於人類能製造的材料,製成球體後壓在平面上,球體和平面必定會產生形變,接觸面積肯定不為零。
另外一位答友“王小胖老師”,定量計算了直徑2米的鐵球,彈性模量為200GPa,放在鐵板上的接觸面積,大家可以去看看,作為參考。
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12 # 包裡沒煙了
根據你的假設前提,那麼這裡就不存在物理範疇的理論而僅僅是數學概念了,答案很簡單,是無限趨近一個點接觸!而數學上的“點”,無尺寸,可以理解成無限接近“0”,但不是0
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13 # 魔法蘋果73
從數學上講就是一個點。沒有什麼大小衡量的。就如同數學上的一條線 你不能說這條線有多粗。線只能有長度。
這樣的提問相當於提問數學上認同是一維的點的面積。
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14 # 盧森侃大山
排名靠前的幾個優秀回答都很有趣啊,說什麼完美球面和平面接觸壓強無限大,你們一定要把球放平面上嗎?非得是水平面嗎?豎直平面不行嘛?
還有,不要說什麼剛體分析不實際,沒用,剛體分析是形變分析的基礎。
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15 # 宇宙探索
這就是數學與物理(現實)的區別,數學只是人類瞭解世界的工具,它並不等於現實,很多時候我們都不能用數學概念去解釋現實世界!
就像問題中所說,或許上過初中的都應該知道,一個圓形和平面相切,切點就是一個點,沒有大小沒有體積的點,或者說無窮小的點!
但現實中不可能出現這種情況!首先不會存在一個完美的球體,也不會存在絕對的平面,球體和平面都是相對的。其次,也不存在絕對的剛體,也就是絕不變形的物體!
所以即便有完美的球體和平面,當它們接觸時,接觸面積也不可能是無限小的點,有會有一定的面積!這就是理想與現實的差距!
事實上,這種問題牽扯到無窮小以及極限的概念,同時還有數學與物理的區別!數學並不等於現實,比如說,數學上存在無窮小,你永遠找不到一個比0大的最小的數,但在物理和現實中,這樣的數是存在的,它就是普朗克長度,任何小於普朗克長度的單位都沒有意義!
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16 # Watt996
如果只看影象那沒錯,接觸面積是無限小,如果是現實中,就要考慮 物體形變,溫度即分子活躍程度,微觀粒子的排列和光滑程度,表面附著的空氣離子和化合物,還有灰塵。還要考慮愛因斯坦說的引力引起的空間扭曲。
回覆列表
(1)假設球是理想球體,且不會發生任何變形。
(2)假設地面是理想地面,且不會發生任何變形。
接觸面積是0。