静脉输液的力学知识
故事里的大学问
前些日子，张明因生病住进了医院。一天，张明在输液时，突然发现药水无法滴下来了，急忙叫来护士，护士看了看回答说：“滴管里的液面过高了，不碍事。”说完，只见护士将输液瓶取下来平放在桌子上，使插入瓶子中的针头露出了液面，让输液管里的液体慢慢地流下来，直到滴管内的小管露出液面，再把瓶子倒挂在了输液架上，液体又继续下滴了。
张明看着护士娴熟的动作，不禁赞叹道：“护士姐姐，你真厉害，一会儿的工夫就弄好了。你是怎么弄的呀？”护士笑着说：“没什么，回去问你们物理老师，你就知道了其中的缘由了。”好奇的张明躺在病床上，开始思考静脉输液的物理原理，但始终没有找到答案，你能回答这个问题吗？
真相是这样的
如果你仔细观察护士的操作，你会发现，输液时，护士先将瓶子倒挂，然后将通气管上的通气针插入，这时通气管与瓶子内部连通，液体会有一部分进入通气管内，但量很少，通气管内的液面要远远低于瓶内的液面。接着护士会把点滴玻璃管和输液管连好，然后将输液管通过针头与输液瓶内部相连，调节橡皮管上的夹子，液体就开始均匀地在点滴玻璃管内下落了。
这看似简单的操作里面蕴含着丰富的物理知识。首先，插入通气管后，通气管内的液面会远低于输液瓶内的液面，这是因为输液瓶是封闭的，当通气管与输液瓶相通时，部分液体已经进入通气管，这样输液瓶内的液面就会有所下降，瓶内空气的体积增大，压强减小。正是因为瓶内空气压强小于外界大气压，才使通气管内的液面与输液瓶内液面之间出现高度差。
让我们再来分析一下输液瓶内的压强情况，液体压强是随着深度的增加而增大的，也就是说，液体越深，压强越大，液体流动的速度就越快。输液开始后，随着输液瓶内的液面持续下降，瓶内空气压强减小，所以，通气管内的液体因受到外界稳定的大气压强的影响，液体就会回到输液瓶内。
当通气管内没有液体后，针头顶端开口处的液片就处于上下都是一个大气压强的作用下的平衡状态，小液片的上部受瓶内空气压强以及液体产生的向下的压强，小液片的下部受到外界大气向上的压强。
当瓶内液面继续下降，使瓶内空气压强下降时，小液片因不平衡打开一个缺口，气泡就冒上了瓶内空气里。瓶内空气越多，压强就越大，小液片又在上下都是一个压强的作用下重新平衡。这样，在输液过程中，小液片受到的向下的压强基本保持在一个大气压强的水平，不会因瓶内液面的下降而发生变化。因为通气管针头顶端所处水平面液体的压强基本保持不变，所以，在它下面一定距离的点滴玻璃管上端口液体的压强保持不变，就使点滴以稳定的速度往下滴。
在上面的静脉输液知识中，涉及液体压强。液体传递压强的基本规律是帕斯卡发现的，这就是著名的帕斯卡定律。
在几百年前，帕斯卡注意到没有灌水的水龙带是扁的，水龙带灌进水后，就变成圆柱形了。如果水龙带上有几个眼，就会有水向四面八方喷出来。水向前流，为什么会把水龙带撑圆呢？
后来，帕斯卡设计了“帕斯卡球”实验。帕斯卡球是一个壁上有许多小孔的空心球，球上连接一个圆筒，筒里有可以移动的活塞，把水灌进球和筒里，向里压活塞，水就会从各个小孔里喷射出来了。
这个实验证明，液体能够把它所受到的压强分向各个方向，而且每个孔所受到的压强都相同。通过这个实验得出著名的帕斯卡定律：加在密闭液体任一部分的压强，必然按其原来的大小，由液体向各个方向传递。
不倒翁不倒之谜
故事里的大学问
星期日的下午，小海托着下巴在思考一道数学题，无意中目光落在了桌子上的不倒翁上面。不倒翁浑圆的身体，一张笑眯眯的脸，十分惹人喜爱。小海用手拨弄了一下，把它推倒，可它马上又笑嘻嘻地站起来。
接着，小海将一本书竖在桌子上，轻轻地用手一推，书啪的一声便倒在了桌子上，无法站立起来。这让小海心生疑问：为什么不倒翁推不倒，而一本书倒了之后就再也无法站立了呢？你能替小海解释这种现象吗？
真相是这样的
不倒翁为什么推不倒，书却很容易推倒，这个问题涉及物体的平衡。一本书竖在书桌上，一个不倒翁放在书桌上，都能保持平衡，但处于平衡状态的物体，也有区别：不倒翁轻轻一推又能站起来，这叫作稳定的平衡；竖在书桌上书一推就倒，叫作不稳定平衡。
不倒翁之所以推不倒，秘密就在于它肚子底下有一个大泥坨，使不倒翁与桌子之间有一个很大的支撑面，而且泥坨使它的重心降得很低，所以它非常稳定，即使被推倒了还能站起来。站立在桌子上的书就不同了，它的支撑面很小，而且重心很高，所以很容易被碰倒，倒了之后就不能再自己站起来。
一个物体稳定与否有两个条件：一个条件是支撑物体的面积大小，还有一个是物体重心的高低。很多人都喜欢看惊心动魄的走钢丝表演，看演员在钢丝上走，总担心他们会掉下来。走钢丝的演员为了保持平衡，会不停地调整身体的姿势，以保持平衡，才能顺利地通过钢丝。
还有一种表演看上去更加惊险，就是摩托车走钢丝，摩托车不仅在钢丝上行驶，而且车身下还悬挂着一个重重的车厢，坐在车厢内的演员做出很多高难度的动作。从表面上看，这比单人走钢丝表演更危险，其实不然。因为挂在摩托车下面的车厢可以使重心下降到钢丝的下面，反而更有利于平衡。
你喜欢看汽车比赛吗？你有没有发现赛车手驾驶的汽车样子很怪？赛车的车轮很高，车厢却很低，人坐在里面就像坐在了地面上。为什么要将赛车做成这个样子，一点都不美观呢？
因为悬挂是一种最稳定的平衡。以前的赛车因为车速太快，常常发生车毁人亡的惨剧，后来人们设计出一种新型的“低悬挂”型赛车，就是现在赛车的样子，这样的赛车可以使汽车的整个重心落在车轴的下面，等于把车身挂在了车轴的下面，所以，这种赛车不容易翻车。其原理和不倒翁不倒是一样的。
自行车为什么能前进
故事里的大学问
现在，自行车已经进入家家户户，成为人们不可缺少的交通工具，那你知道自行车是何时出现，又是谁发明的吗？
自行车的发明者是德国的一个看林人，名叫德莱斯。他每天都要从一片林子走到另一片林子，步行穿越林子又耗时间又耗体力，十分辛苦，这激起了他发明一种交通工具的欲望。德莱斯开始设计和制造自行车。他用两个木轮、一个鞍座、一个安在前轮上起控制作用的车把，制成了一辆轮车。人坐在车上，用双脚蹬地驱动木轮运动。世界上第一辆自行车就这样问世了。
1839年，苏格兰人马克米廉发明了脚蹬，装在自行车前轮上，使自行车技术提高了一大步。此后几十年中，涌现出了水上自行车、冰上自行车、五轮自行车等各种各样的自行车，自行车逐渐成为大众化的交通工具。
你一定会骑自行车吧？那么，你是否思考过这样一个问题：自行车为什么能够向前行驶呢？
真相是这样的
众所周知，当我们骑在自行车上时，人和自行车会对地面产生压力，轮胎与地面之间不光滑，所以，自行车与路面之间会有摩擦。自行车之所以能够前进，是依靠自行车后轮与地面之间的摩擦力，这个摩擦力的方向是向前的，而自行车的前轮则阻碍自行车的前进方向。
根据牛顿第一定律：一切物体在没有受到力的作用时（合外力为零时），总保持匀速直线运动状态或静止状态。正是由于自行车前轮与后轮产生的摩擦力大小相等，方向相反，所以自行车能够做匀速运动。当我们用脚蹬车时，脚的力大于自行车与地面的摩擦力，所以加速向前。
不过，当人们在地上推着自行车前进时，前轮和后轮的摩擦力的方向都是向后的，此时，脚对地面的摩擦力向前，当脚对地面的摩擦力大于前轮和后轮的摩擦力时，自行车就可以被推走了。
当你快速地骑自行车时，前方突然出现一个人，此时如果你突然把前轮刹住，后轮就会翘起来，这是因为前轮受到阻力突然停止运动，但车上的人和后轮没有受到阻力，根据惯性定律，人和后轮要保持持续向前的运动状态，所以后轮会翘起来。这就告诉我们在下坡或高速行驶时，千万不能单独使用自行车的前闸刹车，不然会出现翻车事故。
仔细观察，你会发现自行车外胎上有很多凹凸不平的花纹，你知道这是为什么吗？摩擦力的大小与两个因素有关：一是压力的大小，二是接触面的粗糙程度。压力越大，摩擦力越大；接触面越粗糙，摩擦力越大。自行车外胎有很多凹凸不平的花纹，是为了通过增大自行车与地面间的粗糙程度，来增大摩擦力的，其目的是防止自行车打滑。
摩擦力在自行车运动过程中起着重要的作用，刹车时，正是因为摩擦力才使自行车停下来。刹车时，刹皮与车圈间的摩擦力会阻碍后轮的转动，手的压力越大，刹皮对车圈的压力就越大，产生的摩擦力也就越大，后轮就转动得越慢。如果完全刹死，后轮与地面的摩擦就变成了滑动摩擦力，方向向后，车就停了下来。
硬气功大揭秘
故事里的大学问
前不久，李梅与朋友到公园游玩，正好赶上有人在表演硬气功，“腹上开石”“银枪刺喉”“汽车过身”“头撞石碑”“手指钻砖”，可谓是花样繁多。李梅与朋友们看得是胆战心惊，为表演者捏了一把汗。
最令李梅与朋友惊奇的是银枪刺喉的表演。表演者两人相对，分别用喉部顶住木杆两头的枪尖，只见木杆已被两人顶弯了，而喉部仍安然无恙。回到家里，李梅把在公园的所见所闻讲给爸爸听，“那些人真是太厉害了，都会硬气功。”爸爸听后哈哈大笑：“什么硬气功啊！他们只会一点糊弄人的技巧罢了。”
你知道李梅的爸爸为什么这么说吗？
真相是这样的
腹上开石、头上开砖、银枪刺喉等，这些硬气功，看似神奇，其实只要你弄明白这里面暗含的物理知识，你就会觉得这些所谓的神奇不过如此。下面我们就来揭开硬气功的秘密吧。
1腹上开石。
表演者仰卧在地面上，身上压上一块大石板，助手抡起锤子砸碎石板，石板碎了，但表演者却没有大碍。这是因为石板压在人身上，接触面积大而压强小，锤子砸在石板上时，铁锤的质量远小于石板的质量，所以，通过石板传向人体的冲击力对人体产生的压强是非常小的。
2头上开砖。
表演者将四五块砖放在头上，助手抡起大锤砸去，砖头四分五裂，而表演者的头却完好无损。如果你细心观察，你会发现表演者会用两手托着头上的砖头，表面上看是为了不让砖头掉下来，实际上当锤子将要砸到砖头的那一刻，表演者会用双手将砖头搬离头部一点，这就减轻了砖头对头部的冲击。而且助手在抡锤时，也往往是点到为止。其实，这个表演考验的就是人们的胆量。
3银枪刺喉。
银枪刺喉的表演并不是考验表演者喉部有超人的耐刺能力，这里面是有诀窍的。在做这一表演时，需注意：枪尖要较钝，并不是很锐利，这样增大了受力面积，压强就减小了，从而降低了危险性。还有就是枪上的木杆质地要很软，两人轻轻一顶就弯。再有就是，枪尖并不是顶在喉部的，而是随着木杆的弯曲，枪头侧面贴在喉部下方的胸骨上，接触面积变大压强变小。这样当然就不会被枪头刺破身体了。
以上所说的硬气功大多运用了压强与受力面积的关系，当受力面积变大时，压强就变小了。
记得曾经看过这样一个故事：有人在冰上行走，突然冰面裂开了，此人立马趴下来，慢慢地爬过了冰面。其实，这里面也运用了受力面积与压强之间的关系。人的体重是不变的，当两只脚站在冰面上时，压强就大于人趴在地面的压强，当压强变小了，冰面自然就不会再裂开了。
