【趣味物理】拉屎的时候人和马桶的总重会变吗？物理学家的答案出乎意料

好问题

各人先来根究一个茅厕问题：在马桶上便便的时候，人和马桶的总量量和拉完以后比拟，是一样的吗？

有下面几个备选项：

A 稳定

B 变大

C 变小

你选哪个？理由是什么？

现实上， 谜底是B。完全没想到吧。物理学家们还做了很多尝试来验证那一点。我们一路来看看那是为什么吧。

若何操做？

其实，上面那个问题和物理学的一个典范思惟尝试有关。那个问题曾经呈现在许多物理课上，并且也曾被拿来当做1990年新加坡物理奥赛的标题问题。

那个尝试就是： 沙漏漏沙子的时候，是会变重仍是变轻？

沙漏静行的时候，体重是稳定的对吧。那么沙子漏的时候会如何呢？

沙子突然掉下往的时候，没有工具支持，所以整体而言沙漏应该会突然变轻。就似乎便便突然分开你的身体，你会觉得变轻和变松。

沙子落地的时候，会给沙漏底部一个动量，因而沙漏应该会变重。就像马桶接到天上掉的便便的一霎时，会觉得本身被敲了一下，突然变重。

所以有良多教科书提出，沙漏在沙子刚刚起头往下掉，和刚刚掉完的时候，量量会发作改变，掉的过程中和日常平凡静行时的量量是一样的。

不单良多教材那么教，好比Springer出书的德国教材 Einführende exakte Behandlung physikalischer Aufgaben，连1990年新加坡物理奥林匹克竞赛的官方谜底也是如许写的。

但是尝试研究却实力打脸。2017年，德国埃尔朗根-纽伦堡大学的物理学研究者 Achim Sack 和 Thorsten Poschel 做了一个尝试，把沙漏的体重改变笔录了下来，得到了很有趣的成果。我们一路来看看——

把马桶沙漏的体重随时间的改变图放大来看看——

原理呢？

为啥会如许？

其实早在1985年，物理学家 K. Y. Shen 和 Bruce Scott 颁发在《美国物理学杂志》上的一项研究就通过尝试证明，沙漏在漏沙的过程中体重的希罕改变，是因为 它的重心并非匀速下降，而是减速下降。

那很好理解，好比你站在电梯里的体重计上，同时电梯匀速下降，那么你在电梯里称出来的就是日常平凡的体重。

假设你是加速下降，好比像自在落体那种，体重计称出来的体重就是0啦，对吧。

反之，假设你是减速下降，那么你的体重就会变重，体重计称出来的数值就比通俗要大。

有人又要说了，那除了让我们晓得匀速拉屎的时候茅厕变重以外，还有什么现实用处呢？

还记得卖油翁倒油的故事吗？假设 卖油翁从高处往油壶里倒油，油壶下面有称。

我问你，假设卖油翁在称刚好展现1千克的时候停行倒油，那么油壶里的油是等于1千克，大于1千克，仍是小于1千克呢？

现实上，实在的谜底是 小于1千克。原理就是我们上面讲的：当液体实正静行后再测，它们的量量现实上是比活动时更轻一点点，固然不多。

在欧洲，曾有很多卖牛奶的估客就用从高处倒奶的华贵演出吸引顾客买牛奶，他们会在称展现顾客造定的量量，好比1千克时停行。

当然，顾客觉得本身买到了1千克的牛奶，现实上反而亏了。那招华贵丽的驭奶术，操纵的就是物理学。

通过我们的尝试，我们大白如许倒奶其实涉嫌欺诈消费者，哼！

再来一个有趣的问题。

和沙漏问题类似的，但是成果完全相反的，是运动的 阿特伍德机（Atwood machine）的问题。

运动中的阿特伍德机

阿特伍德机就是如许一个由0摩擦的抱负 滑轮和2个互相毗连的重物构成的系统。当一边的重物下滑的时候，另一边的重物上升。那是英国数学家乔治·阿特伍德 （George Atwood）在1784提出的典范力学系统。

你认为，当两个重物起头滑动的时候，阿特伍德机的量量和静行时比拟，是增加仍是削减呢？

在1854年的时候，德国物理学家约翰·克里斯蒂安·波根多夫 （J. C. Poggendorff）通过尝试发现， 阿特伍德机起头运动的时候，它的量量现实上削减了。那是因为运动的阿特伍德机的重心现实上是向下加速运动的，所以现实量量变小了。

运动中的阿特伍德机的量量的详细数值是那个——

meff是现实量量，m1和m2是两个重物的静行量量

总之看完今天的尝试我们大白，当我们蹲在马桶上让粑粑自在落体的时候，马桶整个是变重的。等我们稀里哗啦拉完后，马桶会变轻。

所以呢，各人在飞机和汽船上不要随便组队上茅厕，假设非要组队，定见2人构成 阿特伍德机 ，用抬杠的体例平衡一下。

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