第8章 有趣的力学(7)
小金是一个很有经验的出租车驾驶员，有一次他的车突然出现故障，他迅速从车上跳下来，保住了性命。于是出租车公司邀请他为全体的出租车司机做一个报告，告诉大家怎么样跳车才是最安全的。
如果问你：“从开动的车子里面跳下来，是向前跳，还是向后跳？”你会怎样回答呢？大家的第一反应通常是顺着行驶的方向向前跳，但是如果根据惯性的作用推理，又会得出截然相反的答案：逆着行驶的方向向后跳才对。
其实，我们不应该从惯性定律中去找答案，因为答案不仅与惯性定律有关，还与我们的身体平衡有关。如果有一个情非得已的状况使我们不得不跳车，你需要了解这样一个事实：当你从车厢内跳出时，你拥有车辆的速度，如果顺着车行驶的方向向前跳，还会有一个向前冲的力加速这个运动，从而人更容易跌倒。如果是逆着车行驶的方向，人跳出时的冲力会抵消或者由于惯性保持的向前的力，从而静止在地面上。
但是，无论是朝哪个方向人跳，人都有跌倒的可能。因为当我们着落时，虽然两只脚已经停止了运动，可上半身却依然保持着运动，而这一运动的速度向前跳要比向后跳还大，大到可以防止人们向前跌倒。如果向后跳跃，双脚无法做类似行走一样的补救措施，危险性会提高很多。因此到了万不得已的时刻非要跳车，安全起见，还是请大家顺着行驶的方向朝前跳。
不过，顺着行驶方向跳车的选择是一个最初级的做法，其实跳车时最好的办法是面向车辆行驶的方向向后跳，这样就可以减少惯性带给我们的影响，也可以避免仰面摔倒。不过这种方法对人们的心里素质和经验要求很高，我们这样的菜鸟，最好还是往前跳吧！
【物理碰碰车】
行李应该往哪里扔
如果你跳车的时候还随身携带着行李，那么行李应该往哪里扔呢？如果车上人把行李向前抛下去，那些它一定会比向后抛出去时更容易散开。因此，如果当你逼于无奈必须要跳车时，还随身带了行李，那你就先把行李向后抛出去，然后自己再向前跳。
撞碎墙面的“大力士”
在动画片中，我们常常可以见到这样的场景，就是一个人跑着跑着忽然撞到了墙上，然后墙面裂开了。那么，现实中是不是真的有这样的“大力士”呢？
茗茗带着这个问题找到了物理老师。物理老师听了，笑着说：“那么我们先来分析一下动画片中的大力士。你先想一想，这些动画片中的大力士在撞碎墙面之前有没有什么共同点呢？”
茗茗思考了一下，还是充满疑惑：“一般他们都是在跑步的时候撞碎墙壁的。”
物理老师接着引导说：“那时候他们跑步的速度怎么样呢？”
“速度都很快，然后忽然就撞到了墙壁上。”
“其实，他们并不是想要撞在墙上，而是当他们想要刹车的时候，他们的脚已经停止运动，但是他们的上半身由于惯性还保持着运动的状态，所以就撞在了墙上。此时他们的上半身具有速度，因此还有能量，最终这能量就把墙面撞碎了。”
“啊！老师，我明白了。操场上跑步的大哥哥大姐姐冲刺时也是因为这个原因才不能马上停止的吧？我看到他们明明已经冲刺了，但还是要跑几步才能停下来，这也是惯性的原因吧？”
“茗茗真是善于观察，你说得很对，很多运动员冲刺之后还要跑几步，是因为他们的上半身依然要保持前面的运动状态，速度很快，根本不能马上停下来。如果脚下马上停止运动的话，他们就会摔倒。所以这些运动员会在冲刺后减速跑几步，降低上半身的速度，然后慢慢停下来。当然，如果在他们冲刺的地方设置一堵墙的话，这些人也极有可能撞碎墙面。”
【物理碰碰车】
《铁道游击队》中的惯性
《铁道游击队》中，游击队员从飞快的火车上跳下来都安然无恙，这并不是艺术夸大，而是有着物理根据的。当他们跳下来的时候，他们会双手抱头在地上滚动一段距离，可不要小看这段距离，这样的滚动可以让运动状态慢慢改变，延长作用时间可以减小阻力的作用，这可以保护自己不受伤害。
通过这段讲解，你能自己解释一下为什么发生车祸的时候，老人和孩子反而容易受伤吗？
寻找火箭的最佳发射地
屁股上冒着烟的火箭将卫星送上天空后就自动脱落，此时，由于惯性的原因，卫星会继续保持原来的速度运转，在惯性作用下，它顺利冲出了地球！如果你也能被火箭送上天空，那么你也可以在惯性的作用下飞出地球去，成为一颗“人体卫星”。
其实，不光卫星的飞行需要惯性，发射火箭的时候也可以利用惯性来节省能量呢！不过火箭发射时可不是利用自己的惯性，它所利用的惯性来头可是很大的！
我们知道地球是自西向东自转的，如果火箭发射方向朝向东方，就可以充分利用地球自转的惯性，节省推力。地球转动的速度在赤道是最大的，这个速度随着纬度增加而减小，在南北极则变为零。因此，火箭的发射地点纬度越高，火箭所需要的能量就越大。如果顺着地球自转方向，而且是在赤道附近发射，就可以最大限度地利用地球的自转惯性，就像“顺水推舟”一样。
虽然各国的地理纬度不同，火箭不可能全在赤道附近发射，但是为了利用地球的自传惯性，谁都不会选择向西发射卫星，那就像逆水行船，要比“顺水推舟”费更多的劲。
我国现在拥有四个卫星发射中心，分别是内蒙古的酒泉卫星发射中心、四川的西昌卫星发射中心、山西的太原卫星发射中心以及海南的文昌卫星发射中心。
其中，文昌卫星发射中心是维度最低的一个，地球自转惯性可以节省更多的染料，也可以让火箭搭载更多的物品。研究表明，文昌卫星发射中心的运载能力将比西昌的卫星发射中心多10%至15%，卫星的寿命也可以延长2年以上。另外，从海南岛发射的火箭，1000公里的范围内都是茫茫的大海，坠落的残骸也不会造成意外。
【物理碰碰车】
卫星发射过程
卫星是由运载火箭送入其运行轨道的。运载火箭的发射轨道一般为加速飞行段、惯性飞行段和最后加速段三部分。运载火箭垂直起飞后很短的时间内，就可以到达70千米左右的高度，此时第一级火箭发动机关机分；当高度达到150~200千米之后，火箭达到预定速度和高度时，第二级火箭发动机关机、分离，加速飞行段结束。这时，运载火箭已获得很大动能，开始进入惯性飞行段，当飞行到与卫星预定轨道相切的位置时，第三级火箭发动机点火，进入最后加速段。加速到预定速度时，第三级火箭发动机关机，卫星从火箭运载器弹出，进入运行轨道。
生熟鸡蛋跳芭蕾，谁的舞姿更美
给你一个生鸡蛋和一个熟鸡蛋，如何不打破鸡蛋就分辨出生熟呢？
这天，物理老师带着两个鸡蛋来到了课堂上，笑着说：“谁能找出其中的熟鸡蛋，我就把鸡蛋奖励给他！当然，不能打开看哦！”
大家七嘴八舌地议论起来，纷纷摇头，然后都等着老师给出答案。
老师说：“我给个提示。熟蛋的蛋壳包裹的是凝固的固体，是一个没有间隙的整体，而生蛋里却都是液态物质。这两种状态下，做某个动作时，惯性产生的效果是不同的。”
提示到这里，班里物理最棒的齐琪举起了手。她说：“只要让这两个鸡蛋跳个芭蕾舞就可以了。跳得好的就是熟鸡蛋。”
老师赞许地点点头，邀请她到讲台上来给大家演示一样。她把两个鸡蛋放在平台上，用两个手指夹住鸡蛋分别旋转。然后，又用手分别按住。得到结果之后，她拿了一只鸡蛋走向讲台，站在位置上说：“老师，这是我的奖励哦！”
“那你给大家讲讲原理！”老师鼓励齐琪说。
“由于惯性的作用，生蛋中的蛋白和蛋黄是液态的，在旋转时会像‘刹车’一样延缓蛋壳的运动。知道了这一点之后，没有‘刹车’的熟蛋会比装了‘刹车’的生蛋速度快，且持续时间长。而且，停止旋转时它们的现象也是不同的。如果是旋转中的熟蛋，只要被手指碰一下它就会立即停止转动；生蛋在手指的作用下会停转片刻，但手指离开后会缓冲一下。这依然是惯性的作用，只是惯性是为延缓蛋壳对原本运动状态的改变，因此原本有‘刹车’的生蛋这次却犹如装了‘发动机’。
【物理碰碰车】其他的分辨方法
分别用小块的薄布把鸡蛋裹紧，用两根同样的细线悬挂起来。然后将两个鸡蛋旋转相同的圈数，之后放开，就会发现二者不同的现象。熟蛋会由于惯性作用反复向不同的方向旋转，且旋转圈数逐渐减少，而生蛋虽然也会有改变旋转方向的现象，但圈数比熟蛋少得多——因为，生蛋中的液态物质起到了很强的制动作用，使生蛋不能持久地运动下去。
惯性偷走了神父的脚印
惯性无处不在，它可以让人们更顺利地将火箭送上太空，它也可以帮助犯罪分子隐藏自己的罪行。
美国有一位英明的总统名叫林肯，他24岁的时候曾经在一个乡村邮局当代理局长。那时，他每天的工作就是把信件一一送到收信人的手中。
一天早晨，他给刚搬到这里不久的一位神父送信，但是一直叫不开门。神父自己单独住一间小屋，林肯心想神父也许出去散步了，于是便到田野间去寻找神父。还没走多远，他就远远看见神父倒在地上，背上还插着一支箭。
林肯马上报了警，警察一看那支箭，就知道这是与这个村有世仇的一个土著酋长实施报复的记过。但是细心的林肯发现，杀人现场既没留下凶手的脚印，也没有被害人的脚印，所以想要抓住凶手根本没有证据。那么脚印哪里去了呢？
警察托着腮说：“没有凶手的脚印，这不奇怪，因为凶手是从远处射的箭。可是昨晚下过雨，土是湿的，神父走过，不可能没有脚印啊！”
“莫非是神父昨晚下雨以前就被害了，雨水把脚印冲刷掉了？”林肯猜测。
“不，那样的话，神父的衣服和身体也应该是湿的。”
“那么是风吹干了吗？”
“也不是。神父身边的血迹并没有被雨水冲洗的痕迹。”
林肯身高1.93米，他满怀疑惑地环顾四周，忽然看到3米开外的地方有块高2米的墙。墙的那边是个破旧的大院，院里有棵大树，树上还挂着一个秋千。林肯细心观察发现墙的附近也没有脚印。由于警察个子不高，看不到院里的情况。林肯就把看到的情况说给警察听。
说着说着，林肯突然说：“我知道为什么没有神父的脚印了。”他抱起警察让他看墙那边，但是警察仍然不解。林肯解释了一遍，警察连连点头表示信服。后来的事实，证实了林肯的推断。
那么到底是谁把神父的脚印偷走了呢？这个“小偷”就是物理学中的惯性。原来，神父早晨散步到院子里，心里高兴就荡起了秋千。藏在远处的凶手，正好在神父荡到最低点的时候射中了他。物理学中，做圆周运动的时候，最低点的速度是最快的。神父被箭射中之后，松了手，在惯性的作用下，他被斜向上抛出2米高的墙外，落在3米远的地上，所以没有留下他的脚印。从理论上来说，与地面成45°的时候斜向上抛出，尸体会被抛得最远。
【物理碰碰车】
重力势能与动能的转变
一个铁球从2米高的地方掉下来的时候必然会携带着一定的能量，这个能量就是重力势能，因为是重力做功产生的能量。另外，一个铁球从2米高的地方落下来和从5米高的地方落下来，它所具有的能量是不一样的，显然，从5米高的地方落下来，它砸出来的坑会更深一些。
能量不会消失，只会转化。故事中，当神父从最高点落下来的时候，重力势能转化为动能，当他到达最低点时，他所具有的重力势能全都转化成了动能，所以此时神父的速度最大。当然，除了动能之外，重力势能也可以与其他的能量相互转变。
植物大战僵尸中的“惯性武器”
“啊！僵尸来啦！大家赶快武装起来！”听到这一声呼喊，沉睡的植物们都来了精神，集中精力像来犯的僵尸们扔出自己的“武器”。其中西瓜炮手最卖力，一个又一个的西瓜扔出去，把僵尸们打得屁滚尿流，最终，这些守护家园的植物们战胜了僵尸，取得了胜利。
你会不会觉得游戏就是游戏，充满了想象呢？其实植物大战僵尸中还真有不少物理原理呢？我们先来分析一下最卖力的西瓜炮手吧！
其实武器不见得一定要是刀枪剑戟或者手枪炮弹之类的，一旦物体在抛掷时达到某种速度，就算扔出去的是西瓜，由于惯性也能产生一定的杀伤力。在1924年的一次汽车赛中，许多赛车手被沿途观众抛出来的苹果、梨等误伤。原来，当车本身的速度加上丢过来的西瓜、苹果由于惯性而具有的速度，这些东西就一下子变成了伤人利器。不过，由于西瓜、苹果或者梨等物体的形状和硬度，它们的穿透作用不能和特制的子弹相提并论，但是对付个把僵尸，西瓜炮弹还是绰绰有余的。