话说吸盘

2015-02-03 14:36:22   来源:网络资源   点击:

  吸盘,《现代汉语词典》中的解释是:①某些动物用来把身体附着在其他物体上的器官,形状像圆盘,中间凹。乌贼,水蛭等都有这种器官。②起重装卸作业中利用电磁吸力或真空吸力取物件的盘状装置。

  吸盘为什么能把物体吸起来,或使一个物体附着在另一个物体上呢?


  马德堡半球实验

  让我们把时针倒拨到1654年5月8日。这一天,德国马德堡市市长、抽气机的发明者、物理学家、工程学家和哲学家奥托·格里克做了一个令人称奇的实验。他把两个直径约为1.2呎(含30多厘米)的铜质空心半球紧紧密合在一起,用抽气机抽出球内的空气,然后,用16匹马向相反方向拉两个半球,结果16匹马费了很大的劲才拉开铜质空心半球并发出了像“放炮”一样的响声。而如果把两个半球上的阀门拧开,空气经阀门流进球里,用手一拉球就开了,这就是著名的马德堡半球实验。人们为了纪念格里克的故乡,把两个铜质的空心半球叫做“马德堡半球”。马德堡半球实验不仅证明了大气压是存在的,而且说明大气压是很大的。

  此前,托里拆利和它的同伴已经测出了大气压的数值。大气压强并不是一成不变的,为了便于说明问题和进行比较,人们通常把760mm汞柱所产生的压强,也就是1.013×105 Pa的大气压叫做1个标准大气压。根据格里克的计算,当把这两个半球密合在一起,将球中抽成真空后,需要大约1.3×104N的力才能把两个半球拉开。难怪用了16匹壮马,让它们分成两队,用尽全力才将两个半球拉开。

  到这里为止,起重装卸作业中利用真空吸力取物体的原理已经很明确了。其实是马德堡半球在生产实际中的应用,靠的是大气压。国外有人曾利用这种真空起重机吊运重大30t的水泥预制板。

  生产实际中的吸盘需要利用抽气机,把洗盘内的空气抽出,形成真空。能不能不用抽气机使一定的区域内的气压较低呢?人们制成了胶吸盘。最典型的莫过于固定挂物钩的橡胶吸盘。胶吸盘为什么能够将挂物钩固定在墙上?

  胶吸盘固定物体的道理

  胶吸盘是有橡胶制成的,形状是个圆盘,中间有点凹,富有弹性。它和塑料挂物钩连在一起,,就组成了吸盘式挂物钩。又称真空吸盘式挂物钩。

  我们要把挂物钩固定在墙壁上时,不平整的地方要用砂纸打磨打磨,有油渍的地方要用抹布擦一擦。然后把吸盘紧贴在墙壁上,用力把吸盘按压一下,松开手就牢牢地吸在墙壁上,一个小小的挂物钩可挂一件大衣呢!

  当我们用力按压贴在墙壁上的胶吸盘时,吸盘发生了弹性形变,它里面的空气就被挤压出去一部分。松开手后,胶吸盘在弹力作用下恢复原来的形状。由于吸盘紧贴墙壁,吸盘外面的空气不能进入胶吸盘内,它里面的空气又被挤压出一部分,吸盘内气压变小,小于盘外气压,胶吸盘在盘外盘内压强差的作用下,产生了一个挤压吸盘的力,把挂物钩紧紧的压在墙壁上。

  挂物钩由于胶吸盘的挤压被固定在墙壁上后,就可以挂物体了。当挂物钩挂上物体后,它会有一个向下滑动的趋势。这时,胶吸盘要受到墙壁施加给它的静摩擦力。这个静摩擦力的方向竖直向上,大小总等于挂物钩受到的竖直向下的拉力,拉力的大小和所挂物品重力的大小是相等的。拉力和静摩擦力是一对平衡力,使胶吸盘静止在墙壁上不动。在和墙壁垂直的方向上,它受到的压力和墙壁对它的支持力也是一对平衡力,对挂物钩竖直方向的状态没有影响,所以,它就能老老实实的固定在墙壁上。

  胶吸盘的应用很广,它不仅能使挂物钩固定在墙壁上,而且还可以把它固定在门板、门框上、桌子腿上等地方,为我们提供了很多方便。但它有一个明显的不足,就是它能承受的拉力是有限的,悬挂的物品不能太重。

  根据上面的分析大家可以看出,胶吸盘能固定在墙上是大气压的功劳,吸盘上的挂物钩能挂物体重力的大小是由墙壁对吸盘的静摩擦力决定的。所以,要使吸盘上的挂物钩承受的拉力大一些,只有想方设法增大吸盘受到的压力。增大吸盘压力的途径无非有两条;一是增大吸盘的面积,二是让吸盘内外的压强差大一点,如何做到这一点,还是大家自己想想办法吧。

  一些动物身上,天生就有吸盘,除了《现代汉语词典》中提到的生活在水中的乌贼和水蛭外,还有生活在陆地的经常在树上运动的树蛙等。

  有一种叫吸盘鱼的很有意思,它经常以吸盘附于鲨鱼或其他大鱼、海鱼或舰船底,让这些大动物或舰船带着它周游世界各大洋,固有“最懒的海洋鱼类”和“免费旅行家”之称。海民捕获吸盘鱼后,用绳子捆在它的尾柄上,放归大海,让它吸附于海龟或大鱼身上,从而“钓”取海龟和大鱼。有兴趣的读者可以找一些有关这方面的生物学书籍看一看。

  但是有一点请大家注意,很多人认为壁虎能够飞檐走壁是因为它的四个脚掌上各有一个神奇的吸盘,这些吸盘的吸附能力特强。其实不是,美国科学家经过研究发现,壁虎脚底的粘着力靠的是分子引力,而非大气压的作用。靠分子引力,一只身长2英寸的壁虎,用它不过几平方毫米大小的脚掌,理论上能够毫不费力地提起重达400N的重物!(作者:牛云景)

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