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书页交叉的两本书,可以吊起小汽车

867HJcbeopms 2024-01-26

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注意:靠近书脊的部分,必须用铁夹子夹住,否则,书就会散掉,无法提供足够的侧向压力。铁夹子离交叠区还有一定的距离。铁夹子夹住的部分,称为书脊区。

考虑一张被夹住的书页,交叠区到书脊区的距离为 d ,该书页与交叠区(和书脊区)有夹角 θ ,该书页在交叠区(和书脊区)受到的拉力(张力)为 T 。

在交叠区,该书页的受力分析如下:上表面有压力N1,下表面有压力N2,向左的拉力 T ,向右的两个摩擦力f1= μN1和f2= μN2

显然, T =f1 f2,N2− N1= T tanθ 。

对两张相邻的书页做同样的分析,把得到的结果相减,就可以得到差分方程,(考虑对称性,从中间数起的)第 n 张书页和第 n 1 张书页上的拉力差就是

Tn−Tn 1= 2 Tntanθn

根据这个差分方程,就很容易得到书页交叉的两本书所提供的拉力。

如果考虑到书页的厚度远小于交叠区到书脊区的距离,还可以把上述差分方程进一步简化为一个常微分方程,分析起来就更方便了。

T′(z) 2αzT(z) =0

其中, z 是交叠区书页到交叠区中心的距离, T(z) 是 z 处的拉力, T′(z) 是相应的导数(反映拉力的空间变化), α 是个参数,它仅仅依赖于摩擦系数 μ 、交叠区到书脊区的距离 d 、书页的厚度、以及交叠书页的数目 M 。

最后可以得到,书页交叉的两本书可以提供很大的拉力(需要把 T(z) 对 z 求积分),这个拉力指数性地依赖于参数 α ,而 α 本身是M2的函数。

好了,就到这里了。非常简单,仅仅用到了中学物理的受力分析,在加上一点点的大学生数学(数列求和或者是常微分方程)的知识。

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