磁铁可以吸在冰箱上几十年都不掉,克服重力的的能量来自哪里?
磁铁吸在冰箱上长时间不掉,这个过程并不需要能量,只需要力就可以了。
磁铁之所以能吸在冰箱上,是因为摩擦力和重力保持了平衡,而摩擦力又是由磁力产生的。只要摩擦力和重力一直平衡,磁铁就不会掉落。
说白了,两种力的对抗并不需要消耗能量。
其实磁铁吸在冰箱上只是更容易迷惑我们,让我们产生一种“磁铁需要能量才能吸在冰箱上”的错觉。
实际上磁铁吸在冰箱上,与一个木块放在斜坡上长时间不动,两者是一个道理,本质上都是摩擦力克服重力。木块一直停留在斜坡上需要能量吗?并不需要,没有能量木块照样能几十年一直保持不动,只要摩擦力,重力和向上的支撑力能保持平衡就行。
还有更通俗的例子。我们开车时遇到上坡,如果堵车的话,会停在坡道上,这时候我们只需要拉上手刹就可以了,哪怕是熄火汽车也会静静地停在坡上,这个过程中汽车就不需要消耗任何能量,如果消耗能量的话,那些长时间停在斜坡上的汽车早就把油耗光了!
那么,为什么我们总是下意识地会把能量和力混淆在一起呢?
日常生活经验告诉我们,如果力量本身是由我们人来提供的,那么我们的身体确实消耗能量,只有消耗能量才能提供力。
比如说,把自己吊在单杠上,是很累的,我们并不能坚持多久。
不过,双手吊在单杠上,看似一动没动,其实你的肌肉时刻在进行着微弱的收缩,这种收缩自自身重力的压迫,迫使肌肉发生收缩。
只不过这种收缩很微小,但不管多微小,只要肌肉发生收缩,都意味着做功,做功就会消耗能量。如果吊的时间长了,相信大家都会注意到一个现象:手臂肌肉慢慢开始颤抖,其实这就是肌肉收缩来对抗重力的表现。
像蝙蝠这样的动物会习惯于倒挂休息,这样的倒挂并不是说蝙蝠在锻炼身体,也不是像我们吊在单杠上那样,蝙蝠是通过肌腱锁定倒挂在树枝上的,类似于把我们的双手绑起来,然后挂在树上,理论上这样不用做功也能一直挂着。
正因为不用做功或者做功消耗的能量很少,所以蝙蝠长时间倒挂也不会觉得累。
与蝙蝠类似的还有很多鸟类,它们同样会利用肌腱锁定机制,让自己安稳地站在电线上,这个过程不会消耗能量,或者只会消耗很少的能量。
只要鸟类的肌腱能支撑起身体重量,理论上就可以一直保持站立的姿势,它们也不会担心自己会掉下去,毕竟肌腱锁定是很牢固的。
当鸟儿想要飞走时,需要动用肌肉的力量来解开肌腱锁定。
总之,力的作用与是否做功并没有直接关系,有力不一定会做功,但做功了一定会有力的作用。
最后再举个通俗的例子,与吊在单杠上大同小异。我们搬运重物的时候看起来并没有做功,一直沿着水平的方向行走,其实我们的肌肉时刻在通过收缩做功来重物的引力。
如果搬运重物时,我们的肌肉不收缩来对抗重物引力会怎么样呢?很简单,直接让重物把我们压倒就行了,直接把我们压趴下,然后我们就可以一动不动一直被重物压着,这个过程我们的肌肉完全可以处于松弛状态,不需要任何收缩来对抗重物产生的重力。
这样的话,就相当于把这个重物直接放到地上!
说了这么多,不知道讲解是否透彻,有任何您觉得不合理的地方,欢迎留言讨论!