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电影《蜘蛛侠》中,惩治坏人的超级英雄蜘蛛侠,不仅能爬墙,还能在都市丛林中自由穿梭。很多人都希望自己能像蜘蛛侠一样拥有这些超能力。那蜘蛛侠的超能力是凭空而来?还是真实存在?在辽宁卫视播出的《奇幻科学城》节目中,来自中科院物理所的梁文杰老师,为观众们揭开了蜘蛛侠背后的科学原理。
飞檐走壁,是摩擦作用?还是分子作用?
作为超级英雄的蜘蛛侠拥有众多超能力,其中“飞檐走壁”对他来说是最常见的技能。其实在现实生活中,蜘蛛之所以能够在墙上爬行,依靠的是腿上的刚毛。对此,博士团提出心中疑问:“蜘蛛侠这种轻松爬墙的本领,主要利用了哪种力呢?是摩擦作用?还是分子作用?”
梁文杰老师在现场利用手机膜“粘”在手机上的原理,直观地给出了标准答案——分子作用力。手机膜贴在手机屏幕上后,不管你怎么搓怎么蹭,都很难弄掉。其实那层膜就是靠分子间作用力“粘”在手机上的。由于分子间作用力的作用距离非常小,当你揭开保护膜的一角轻轻拉起,只要膜和屏幕不再紧密接触,分子间作用力就失去了作用,这时那层不管你怎么搓怎么蹭都不会掉的膜,就轻松脱落了。蜘蛛侠爬墙的时候,能够随时在粘住、移开,这样在墙上快速移动,也是这个原理,只是他要比手机膜更加灵活。
不仅当超级英雄,还能做体操运动员
影片《蜘蛛侠》里,在都市丛林中飘来荡去的蜘蛛侠令人羡慕不已。不过,蜘蛛侠的移动方式不是跑,不是飞,而是摆荡。这种摆荡十分贴近体操中的“单摆运动”。
除了摆荡的移动方式,很多人都注意到蜘蛛侠在起步时,会有一个抬腿动作,那么蜘蛛侠在摆动中做抬腿动作是为了“耍帅”吗?梁文杰老师表示,蜘蛛侠抬腿是为了加快他的速度。为了演示蜘蛛侠是怎样加速的,节目现场做了一个实验:博士站在转动底座上,当伸手平举哑铃的时候,转速会变慢,当把手缩回来的时候,转速会变快。对于这个现象,梁文杰老师解释说,在运动过程中,角动量也是守恒的,所以想要增加你的速度,可以通过缩短旋转半径,也就是提高重心的位置来达到。因此,蜘蛛侠抬腿的动作就帮助了他荡得更远,飞得更高。
救援行动中运用的物理知识
影片中的蜘蛛侠运用超能力成功拦截了一辆高速运行的列车。博士团指出,蜘蛛侠在这其中的作用其实跟汽车安全气囊的原理相同。同时向萌娃提出问题“下列关于汽车安全气囊的作用中,叙述正确的是哪项?”萌娃们有的猜测是会减少驾驶员撞击的受力面积,有的萌娃却觉得安全气囊能够迅速减慢速度,梁文杰老师解释说,其实安全气囊就是使驾驶员与撞击面接触时间变长,从而降低了危险。同时,他还给大家普及了安全带的使用常识。随后的“胸口碎大石”同类型实验,更是让萌娃们着迷。
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