问题

打人用砖头,力的作用不是相互的吗,直接用手和砖头有什么区别?

回答
你这个问题很有意思,触及到了物理学里一个非常基础但也很关键的概念——力的相互作用。我们来好好聊聊,为什么用手直接打人跟用砖头打人,感觉和结果会差这么多。

首先,得明确一点:物理学上说的“力的作用是相互的”,是指当你对一个物体施加作用力时,那个物体也会同时以大小相等、方向相反的反作用力作用在你身上。 这是牛顿第三定律说的。所以,你用手打人,你的手会感受到被人的身体“推”回来;你用砖头打人,砖头打到人的身体上,同样,你的手也会感受到砖头的重量和冲击。从这个意义上说,力的作用确实是相互的。

但是,你问的“直接用手和砖头有什么区别”,这其中的“区别”不是在于力的相互作用是否存在,而是力的“效果”和“传递”方式。

让我拆开来讲:

1. 力的大小和集中程度:

用手直接打人: 你的手接触面积相对较大,而且你的手的骨骼和肌肉虽然能产生一定的力量,但它本身的力量是有限的。当你的手碰到人的身体时,力量分散在你手的接触面上。即使你用尽全力,能传递给对方的“有效”冲击力,相比于砖头,会小很多。你可以想象一下,用手掌拍打一个软的物体,和用一个尖锐的东西戳那个物体,感受是完全不同的。
用砖头打人: 砖头是一个硬物,而且它通常比你的手要重得多。更关键的是,砖头通常有一个比较小的接触面(尤其是当你用边角或棱去打的时候)。当你用砖头挥动并击中目标时,你实际上是将你身体的力量通过砖头这个媒介传递了过去。由于砖头的质量大,它能储存和传递更大的动量。当砖头以一定的速度撞击到人体时,那个力会非常集中地作用在砖头与人身体接触的那一小块区域上。

这里有一个关键点:压强。

压强 = 力 / 受力面积。

虽然力的作用大小和反作用力相等,但我们感受到的“伤害”或者“冲击力”更直接地与压强有关。

用手打,受力面积相对较大,所以压强相对较小,感觉更像是“推”或“拍”。
用砖头打,受力面积相对较小(即使是整个砖头,也比你的手掌要小),而施加的力(动量)却大得多,所以压强就会非常高。高压强会更容易穿透衣物,直接作用于皮肤、肌肉甚至骨骼,造成更严重的损伤。

2. 动量和冲击力:

动量 (momentum) 是物体质量和速度的乘积(p = mv)。当你挥动砖头时,你赋予了砖头一个很大的动量,因为砖头的质量 (m) 很大,而且你挥动的速度 (v) 也能达到一定程度。
冲量 (impulse) 是力作用在物体上在一段时间内的累积效应,它等于物体动量的变化量(冲量 = F Δt = Δp)。当砖头以很大的动量撞击到人时,为了使砖头的动量变化(停止或减速),人身体需要承受一个很大的力 (F),而且这个力会在一个很短的时间内 (Δt) 作用。这种短时间内巨大的力,就是我们常说的“冲击力”。
用手打,虽然你也可以挥动手,但手的质量和你能达到的速度有限,所以动量也有限,传递给对方的冲击力自然也小。

3. 媒介的硬度和传递效率:

手: 你的手本身是柔软且有弹性的。当它与人接触时,会有一部分能量被你的手吸收(变形、挤压),而不是全部传递给对方。你的手也容易受伤,会限制你进一步施加力量。
砖头: 砖头是坚硬的,几乎不会发生形变。这意味着它在撞击时,能更“高效”地将你施加的力量和动量传递给被击打的物体。它不像你的手那样会“吃掉”一部分力。

4. 伤害的类型:

用手打: 可能会导致淤青、红肿,或者轻微的肌肉拉伤。
用砖头打: 可能会造成骨折、内出血、皮肤破裂、脑震荡等严重伤害。这是因为砖头的高压强和巨大的冲击力能够直接破坏人体组织和结构。

打个比方:

想象你用一个柔软的海绵球扔向一个玻璃杯,海绵球可能会弹开,杯子可能没事。这是因为海绵球质量小,而且柔软,能吸收大部分冲击。

但如果你用一块石头扔向同一个玻璃杯,石头质量大,而且坚硬,即使你扔出去的速度和海绵球差不多,石头很可能会直接把玻璃杯砸碎。

所以,回到你的问题:“力的作用不是相互的吗,直接用手和砖头有什么区别?”

力的作用是相互的,这一点没错。区别不在于“是否相互作用”,而在于:

传递的“动量”和“能量”的大小。 砖头由于质量大,可以储存和传递更大的动量。
力的“集中程度”和“压强”。 砖头比手更容易造成高压强,从而导致严重损伤。
媒介的“硬度”和“形变”。 砖头作为硬质媒介,传递力量的效率远高于有弹性的手。

正因为这些因素,用砖头打人,能够造成远比直接用手打人严重得多的后果,即使在你施加“总力量”相似的情况下(虽然用手很难达到砖头能传递的动量)。这就是为什么用砖头打人是严重的暴力行为,会受到法律的严惩。

网友意见

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实际上,用不同的物体打人时,对人的作用力大小是不同的。这里的计算需要用到动量和冲量。

简单来说,冲量等于动量的改变量,而当我们假设力为恒力时,就有

其中m是物体的质量,v是物体的初速度(我们假设最终速度为0,那么 )。 是物体与人体接触的时间。对于较硬的物体(弹性大),比如说砖头,这个物理量就比较小;对于较软的物体(塑性大),比如说海绵、橡皮泥,这个物理量就比较大。

由此可见, 。所以物体越重,初速度越大,并且越硬,则打人时作用力也越大,所以也就相对更疼。

不过,这里的模型还有一些问题。实际上取决的受力局部是否更疼的不是作用力的大小,而是局部压强的大小。压强 ,其中S是受力面积。所以锋利的刀对人的伤害比钝刀要大。

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