生活与科学：高楼矗立与力学(组图)
发布 : 2025-3-17 来源 : 明报新闻网 用微信扫描二维码，分享至好友和朋友圈 | 加关注  明声网温哥华 微信公众号 |
无支撑点
有支撑点
刘特斌教授
答案隐藏在地底——一根根的桩柱。通过机器，这些桩柱被打进并深陷在地底中，造成稳固的地基，确保能在之上建构楼宇。这个过程牵涉物理中的牛顿力学。香港青年科学院创院院士、香港城市大学创新学院副院长、建筑学及土木工程学系刘特斌教授以小实验，解?牛顿力学的神奇。
■实验材料
˙4张硬卡纸
˙白米
˙糖浆/浓缩糖水溶液
˙数本厚重书本
■实验步骤
1.将白米堆起成约20厘米高的小山丘，然后在上面直接放置书本
2. 观察书本倾斜并倒下
3.然后把4张硬卡纸卷成4条约20厘米高的圆柱体
4.将圆柱直插入米堆中，再在上方放置书本，直至书本倾斜并倒下
5.大家可以观察到加入圆柱后，米堆能够放置更多书本、承受更多重量
桩柱造成稳固的地基，是牛顿力学反作用力的体现。
■力的相互作用实验
根据牛顿第三定律，当两个物体交互作用时，便会产生作用力及反作用力；即是，当物体A向物体B施加力量时，物体B会向物体A施加大小相同但反方向的力量。在实验中，我们将厚重的书本放在米堆这类松散的物质上，若没有其他东西支撑，米堆便会散开，书本很快随之倒下。
不过，若在米堆中插入4支用硬卡纸制成的圆柱，然后放上书本，便可以看到承托力显著增加，这时，放置更多书本也不会辗x??倒下，这体现了牛顿力学的反作用力。原因是当加入圆柱后，米堆与圆柱之间有摩擦力产生，随之而来的反作用力会进一步增加承托力，使上方的建构物（书本）更加稳固。
这个实验简单模拟兴建楼宇时，为何在地底钻入桩柱来加强建筑物与地基的连接。桩柱大幅提升建筑物与地下的摩擦力，并形成交互作用，使其承托力更高，锁紧位置，降低上层建筑物移位的可能，变相令楼宇更加稳固。
基于上述概念，同学可能??u想，是否桩柱愈多，楼宇便愈牢固？刘教授解释，这并非必然，因为这个实验在特定空间下进行，我们只计算直立建筑物的单一受力影响，当实际兴建楼宇时，户外空间还有很多其他横向因素影响，例如风力等，这些都会影响设置桩柱所需要的数量及位置。
其实，在日常生活中，有不少情?应用了反作用力的理论，例如打钉子或射箭到靶上等，大家不妨试试从日常中发掘，可能会发现身边有不少神奇的物理应用。
文：香港青年科学院
图：香港青年科学院、郑惠霞、方绮婷
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[常识学堂 第331期]