這個問題最近刷爆了一波朋友圈子。為什麼會這樣？我們不妨反問：“普遍意識下，我們認為掃帚不能立起來嗎？”

看到沒有，是因為這一問題可能處于臨界點附近，模棱兩可，讓我們将信将疑。桌子啊，椅子啊，茶杯啊很容易立起來，是不是？鶴立雞群啊，擎天一柱啊這樣的形象讓我們相當懷疑，是不是？尤其是，如果外部環境條件有了微小的變化，我們更有理由懷疑了——抱着實踐出真知的态度，必須要去驗證一下啊。

掃帚立起來了

其實這種邏輯思維，是很好的。說明國人的科學精神已經開始慢慢建立起來了。

同理，這次掃帚可以立起來，據傳是因為NASA提出的萬有引力的變化。但是後面已經辟謠，NASA并沒有相關報道。事實上，地球引力因素在這個問題裡面，引起的變化微乎其微。

這讓我想起來一個很有趣的問題：

（上海物理模拟題）有一隻熊掉到一個陷阱裡,陷阱深19.617米，下落時間正好2秒。求熊是什麼顔色的?

A：白色，北極熊

B：棕色，棕熊

C：黑色，黑熊

D：黑棕色，馬來熊

E：灰色，灰熊

熊

如果你知道答案，歡迎評論區留言。

提示：自由落體運動是初速度為零加速度為g的勻加速直線運動。

自由落體運動的加速度是個常量，稱為重力加速度，用g來表示。矢量。

（1）方向：總是豎直向下

（2）大小：通常取

①同一地點，一切物體的重力加速度g都相同。

②不同地點，g值有微小差别——随着緯度的增加而增加，如兩極最大，赤道最小；随着海拔高度的增加而減少，如距地面越高，g值越小。

地球重力加速度

下面我們繼續分析掃帚問題，以工程結構為例，分析一二。

經典力學認為，物體平衡需要滿足條件：

平衡條件

上式表明，物體合力以及合力矩同時為零，則物體對該點既不運動，也不轉動。

當然，還有一個前提條件，就是上述物體是剛體（彈性模量無窮大）。

典型的例子，比如低層建築，我們一般不會擔心它會倒塌（轉動），但是随着高度的增加，我們就有足夠理由，擔心它會倒塌。

高層建築

為什麼會這樣？

因為，随着高度的增加，建築物繞支座（基礎）的力矩（彎矩）急劇增大。

高層建築受力特點

荷載

建築高度與工程造價的關系

随着房屋高度（H）的增加，房屋的側移以4次方的關系增大，因此，房屋的抗側移剛度（EI）成為決定高層建築結構方案應考慮的主要因素。

同理，關于掃帚為什麼能立起來？因為我們擔心它會倒。那麼，隻要我們騷氣的操作（擺弄）一番，就可以找到這個平衡狀态，保證掃帚的主動力矩（地球重力）和被動力矩（地面支持力）代數和為零。于是，它就立起來了。

“掃地僧”

假設我們輕輕推一下，或許它就到了，這說明水平力影響很大。這在高層建築結構設計方面同樣如此。目前世界上最高的建築是沙特阿拉，吉達的王國大廈，高度1007；其次是阿聯酋，迪拜的哈利法塔，高度828米。

世界高層建築

這些超高層建築，我們尤其擔心它的倒塌問題。而倒塌的主要原因：水平荷載。具體來說，就是風荷載和水平地震波荷載。再具體的話，就涉及到更多複雜的問題了。

動力學裡面，我們認為物體勻速直線運動也是平衡狀态。此處，原理同上。除此之外，還有一些并不是真正意義上的平衡問題，例如轉子動平衡。

轉自動平衡模型

由于轉子材料的不均勻、制造的誤差，結構的不對稱等諸多因素，使轉子存在不平衡質量。因此，當轉子旋轉後，就會産生離心慣性力F組成一個空間力系，使轉子動不平衡。要使轉子達到動平衡，則必須滿足空間力系的平衡條件：

轉自動平衡條件

如果滿足以上力學平衡條件，我們就可以理解為轉子達到動平衡。

在工程上，工作轉速低于第一階臨界轉速的轉子稱為剛性轉子，大于第一階臨界轉速的轉子稱為柔性轉子。由于轉子作高速旋轉運動，所以需要平衡。靜平衡主要用于平衡盤形轉子的慣性力。

動不平衡

上圖為三類轉子不平衡狀态。

• 當轉子固有頻率與不平衡激振力的頻率重合時（臨界轉速），産生共振，轉子撓曲增至最大。

• 轉子撓曲臨界轉速是轉子出現最大撓曲時的轉速，轉子這種撓曲變形遠比軸頸振動顯著；恒态（剛性）轉子振型臨界轉速是軸頸出現最大振動時的轉速，軸頸的這種振動遠比撓曲變形顯著。

• 動撓度曲線的形狀和彎曲程度随轉速而變化，當轉速接近某臨界轉速時，該振型分量最大。所以，在某臨界轉速下運行時，轉子的撓曲變形主要是該撓曲主振型，其它振型分量是次要的，這就是振型可以分離原理。

剛性轉子的動平衡可以通過通用平衡機來平衡慣性力和慣性力偶，消除轉子在彈性支承上的振動。柔性轉子的平衡比較複雜，從原理上區分，有振型平衡法和影響系數法兩類。

轉子平衡機

綜上所述，通過改變相關因素，可以使轉子平穩轉動。

無論是靜平衡還是動平衡，我們研究它，掌握其規律，使其更好的服務人類。想想我們坐在汽車裡面，不希望它颠簸的得太厲害吧。

科學規律一直在我們身邊，運行了千年，我們揭示它，認識它，讓人類更從容的立于天地之間，安于蒼穹宇宙。

今天，你立起來了嗎？

歡迎關注，科學荟萃。

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