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主题:【初中物理】一个困扰我多年的热胀冷缩题目(整明白了) -- 胡一刀

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家园 【初中物理】一个困扰我多年的热胀冷缩题目(整明白了)

这个题目从初中接触到就一直有疑问,但一直没有得到完美的解答,就是这个:

如果大家学过初中物理,应该会很容易的联想起物理老师经常不厌其烦的讲解的一道易错题:一个闭口圆环加热之后,圆环内径是变大还是变小呢?

  答案是变大。解:设想将圆环内部填满,热胀冷缩,加热时填充的内部会变大,因此圆环内径变大。

我一直觉得这个解纯粹是胡说:填满的时候受热了后面有人推着,当然内径会变大,现在里面空着没人推了,自然应该会想着向内发展才对。

好在当年考试从来没有考过这个问题,也就避免了我考场上在真理和分数中间抉择的矛盾。但这个问题依然常常在我脑袋里萦绕,我也尝试去解决他:

按物理学家常干的,咱也从假设开始。假设四把直尺九十度角交叉放置成一个矩形,此时受热,问矩形面积如何变化,当然是变小;由此推广到无穷多个直尺组成一个圆形,当然内径也是变小

但这里有个问题:当前尺子是平着叠放的,在重叠处没有竞争。众所周知,没有竞争的时候和有竞争的情况下,大家的表现大不相同。所以现在设想一个曲尺(竖在左侧,汉字比划为竖折),受热时的内角处会怎么变化呢?简化假设为3个原子呈直角分布,受热时中间那个到底该咋膨胀呢?合理的膨胀办法是:他向右上膨胀,他上面那个向上膨胀(同时质心向右侧膨胀一点儿),他右面那个向右上膨胀(同时质心向上侧膨胀一点儿),那么内径还是变小。

但也有问题,曲尺情况下,那被挤开的二位还挤别人,最后大家一起扩张,有地方;但在圆环情况下,大家挤一圈儿,最后地方不够,会杯具的....

那么换一种挤法,刚才排除了中间那个原子向左后膨胀,现在假设他质心真的向左后移动,空出来的地方给那俩原子。那俩会怎么膨胀呢?他俩的质心应该会向内侧偏移了,这样圆环内侧原子一部分向内膨胀,一部分向外膨胀,所以内径会变小。

但这是理论上的推导,凭啥圆环内侧原子大家不能齐刷刷都向后退一步,然后个个有膨胀的地方,推动内径变大呢?

理论其实是无力的,关健是真去找一个铜环,在燃气灶上加热一下看原来差一点点通不过的铁球是否能通过,或者原来刚好能通过的铁球现在通不过了,也许能通过淘宝定做一套实验器具来做这个实验?

整明白了:

胡一刀:我又想了一下,确实应该是变大的

如果知道套轮毂,有这个切身体会当然一切很清楚,但我这里可是做了理论分析,不能仅仅停留在知其然的实用主义哟

这个思路也很好

宙斯de闪电:用“两个铁球同时落地”的方法来解释

通宝推:履虎尾,

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