哥来解释火柴挂水瓶的原理

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发信人: ShiBuJing (石不惊), 信区: Military
标  题: 哥来解释火柴挂水瓶的原理
发信站: BBS 未名空间站 (Wed Mar 29 06:48:15 2017, 美东)

三根火柴挂了九瓶水而不倒，将军们议论纷纷。哥大体看了一下，答到点子上的不多。
哥就稍微说说，指点迷津。其实原理很简单，只不过稍微超出了中学物理学的范围。

所谓神奇之处有两点，一是火柴不倒掉脱离桌面，而是火柴不断掉。

先解释为啥不倒。

如果不加第二三根火柴，则第一根火柴必然失去稳定倒掉。但是，如果用手托住第一根
火柴的末端，则火柴就不会失稳。相当于两个和尚抬水喝，水桶不会撒。视频里，桌面
扮演一个和尚抬水，第二三根火柴则是另一个抬水的和尚。

再解释火柴为啥不断。

水桶距离一个和尚非常近，距离另一个非常远，那么远和尚之需要出很小很小的力就能
抬起水来。所以，第二三根火柴可以轻易支撑住第一个火柴而不折断不脱落。

而对于第一个火柴，要折断有两种形式，弯折和剪折。由于水桶绳子紧挨着支撑火柴的
桌面，受到的弯力就不大，大概可以这样计算：M=Fab/l=（0.5*9*9.8）*29.5*0.5/30=
21.7Nmm。但是，一根火柴可以抵抗的弯力大概是：M=I*sigma/y=4*16/2=32Nmm。火柴
完全可以承受。

假定火柴是木材，那么火柴可以抵挡的剪力大概是：2*2*10=40N，这和九瓶水施加的剪
力相当。也就是说，火柴最多也就能支撑这些水，再加水就会折断。

综上所述，火柴挂水，完全在力学理论范围内，毫无神奇之处。就像两个铁球同时落地
一样，是自然规律使然。
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