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如果把一个完美的球体放在平面上,它与平面只是接触一个点吗?

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这个问题就需要看从什么角度进行解读,一个是数学角度,另一个是物理的角度,分别代表着一个理想世界,一个现实世界。

从数学角度上来看,球体是一个曲面,当它与一个平面接触时,平面与球体是相切的,也就是说,球与明面之间的接触仅为一个切点,那么一个点是不存在面积的,那么球体与平面之间的接触面积的确应该是零,当然,这是抛去其它因素,完全以理想模型来进行考虑,但现实世界这种情况却并不会发生。

现实世界中球之所以能够在平面上保持静止,是因为平面对球体的支持力与球的重力平衡,但这个支持力我们在初中时就知道,它是属于弹力,而弹力的形成条件就是需要发生形变,也就是说,实际上球体与地面在接触点处一定会发生形变,而发生变形了的球体和平面就不是一个接触点了,而是分子之间被挤压在一起形成了一个平面。最后的结果是球面并不圆,平面并不平。

如果我们从更深的角度来解释的话,那么弹力我们还可以进一步分析,这个弹力的产生是因为分子之间存在作用力,而分子之间的力本质上属于电磁力。分子之间的电磁力会随着两个分子之间的距离发生改变,一般情况下,这个力是处于一个平衡的状态。而当分子之间距离减小时,斥力会大于引力,而当两分子之间距离增大时,则引力大于斥力。

下图是一个假象的模型

回到上面小球的问题,当小球放置在地面上时,小球会给地面一个压力的作用,这个力会使地面分子之间的距离减小,于是地面分子之间会形成一个斥力,最后这个力会作用在小球表面,表现为支持力,这个分子之间距离的改变在宏观上就表现为形变。因此小球与地面之间的接触将会变成一个很小的平面,至于这个面有多小,这与地面和球本身的性质有关,从生活经验上来看,当然是越硬越好,这种性质在物理上有一个专门的物理量来描述,那就是弹性模量。

所以说,在数学世界与物理世界看待问题还是存在一定的差别,在数学上可以在证明两个物体相切与一个点,而在物理上还需要考虑两个物体之间的作用力,最后的结果是一个是点,一个是面。

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