李善君

鋼筆是每一位教師、每一位學(xué)生經(jīng)常使用的書寫工具，那跟鋼筆有關(guān)的物理知識(shí)有哪些，你知道嗎？

每次當(dāng)你奮筆疾書時(shí)，那美妙的“沙沙”聲是如何產(chǎn)生的呢？這就涉及初中物理聲現(xiàn)象的知識(shí)了。包括聲音是由于筆尖在凸凹不平的紙張上劃過(guò)時(shí)產(chǎn)生的紙張振動(dòng)而產(chǎn)生；聲音通過(guò)空氣介質(zhì)以聲波的形式傳入人的耳朵；聲音的等級(jí)大約10分貝；聲音振動(dòng)頻率在20～20000赫茲。

當(dāng)我們看到各種顏色的精美鋼筆和雋永秀麗的鋼筆字時(shí)，你是否想到這里也有很多物理知識(shí)呢？首先我們能看到各種顏色的鋼筆和各種顏色的鋼筆字，那是因?yàn)殇摴P或?qū)懗鰜?lái)的鋼筆字雖然不是光源，但是它們反射的光傳入我們的眼睛，引起視覺(jué)的結(jié)果。而太陽(yáng)光是由不看見光（紅外線和紫外線）和七種可見色光混合而成，七種可見光包括紅橙黃綠藍(lán)靛紫。不透明物體的顏色是由它反射的色光決定的；透明物體的顏色是由它透過(guò)的色光決定的。例如：我們能看到綠色的鋼筆，是因?yàn)檫@只鋼筆只反射綠光，其他色光都被它吸收的緣故；我們能看到紅墨水，是因?yàn)樗荒苁辜t光透過(guò)，其余色光都被其吸收的緣故。也許你會(huì)有疑問(wèn)：那用紅墨水寫在紙上的字為什么也是紅色呢？這是因?yàn)榧t光透過(guò)紅墨水后經(jīng)白色的紙反射的結(jié)果。其次，我們仔細(xì)觀察鋼筆，它上面有的地方很光很亮，說(shuō)明那里發(fā)生的是鏡面反射；其余地方發(fā)生的是漫反射。我們能從各個(gè)角度看到我們寫的字，就是因?yàn)樗l(fā)生了漫反射。

有時(shí)冬天我們從寒冷的室外進(jìn)入室內(nèi)，拿出鋼筆寫字時(shí)，開始寫不上字，過(guò)一會(huì)可能會(huì)有一大滴墨水從筆尖冒出，這又涉及熱學(xué)知識(shí)了。剛拿出來(lái)的鋼筆寫不出來(lái)字，是因?yàn)槟l(fā)生了物態(tài)變化中的凝固現(xiàn)象；過(guò)一會(huì)兒有一大滴墨水從筆尖冒出，是因?yàn)槲展P的手與鋼筆發(fā)生了熱傳遞，使鋼筆膽內(nèi)空氣發(fā)生熱脹冷縮，而通氣孔暫時(shí)處于阻塞狀態(tài)，所以會(huì)把鋼筆膽內(nèi)墨水?dāng)D出去。另外鋼筆用完要及時(shí)蓋上鋼筆帽，否則鋼筆內(nèi)的墨水會(huì)由于分子不停地做無(wú)規(guī)則運(yùn)動(dòng)而發(fā)生汽化現(xiàn)象，蓋上筆帽可以阻止墨水的蒸發(fā)。還有，鋼筆有的連接處用膠水粘接，鋼筆字能附著在紙面上，這些都是分子間存在引力作用。墨水對(duì)于紙來(lái)說(shuō)是浸潤(rùn)的，它們之間能達(dá)到分子引力范圍。

我們到商店去買鋼筆時(shí)，有的人喜歡選較重的，有的人喜歡選較輕的，這說(shuō)明我們用的鋼筆與力學(xué)也有很深的淵源。首先，鋼筆的輕重說(shuō)的是物理中重力知識(shí)，物理課上我們可以讓學(xué)生利用彈簧測(cè)力計(jì)測(cè)鋼筆的重力，找鋼筆的重心位置。常見鋼筆的重力在0.1N～0.5N之間，重心在兩個(gè)筆帽的交接處。其次，我們?cè)谖锢碚n上還經(jīng)常讓學(xué)生利用刻度尺測(cè)鋼筆的長(zhǎng)度，常見鋼筆長(zhǎng)度在13cm～15cm之間；用托盤天平測(cè)鋼筆的質(zhì)量，常見鋼筆的質(zhì)量是10g～50g之間；鋼筆由課桌上落地地上的時(shí)間大約0.5s。再次，鋼筆的使用還與杠桿、摩擦力、輪軸、斜面、相互作用力、二力平衡、壓強(qiáng)、功、功率、機(jī)械能及其轉(zhuǎn)化、能量守恒定律、彈力等等有關(guān)。其中鋼筆在寫字時(shí)屬于費(fèi)力杠桿，手掌虎口處是支點(diǎn)，捏筆的手指是施加動(dòng)力的，筆尖與紙的摩擦力是阻力，它們之間滿足杠桿平衡條件；鋼筆尖與紙面之間的摩擦屬于滑動(dòng)摩擦力，它的大小只與壓力和接觸面的粗糙程度有關(guān)，這點(diǎn)與圓珠筆不同，圓珠筆屬于滾動(dòng)摩擦；鋼筆帽的頂部一般有一個(gè)小螺絲裝置，用來(lái)固定筆卡的，它是輪軸的體現(xiàn)；而鋼筆上的螺絲結(jié)構(gòu)是斜面的應(yīng)用；寫字時(shí)，筆尖與紙之間的力是一對(duì)相互作用力，它們大小相等，方向相反，在同一條直線上，作用在兩個(gè)物體上；紙對(duì)鋼筆的支持力和手對(duì)鋼筆的摩擦力是一對(duì)二力平衡的力，它們大小相等，方向相反，在一條直線上，作用在同一物體上；筆尖很尖這樣增大了鋼筆對(duì)紙面的壓強(qiáng)，筆膽中的墨水涉及了液體的壓強(qiáng)，液體壓強(qiáng)大小與液體深度和密度有關(guān)；而鋼筆為什么能連續(xù)不斷的寫字呢？這與鋼筆的結(jié)構(gòu)有關(guān)，鋼筆與我們?cè)卺t(yī)院里輸液時(shí)所用的吊瓶很相似，鋼筆內(nèi)部有兩條通道，一條是空氣通道，它由筆尖處進(jìn)入鋼筆內(nèi)部再與筆膽內(nèi)小細(xì)管相連，另一條通路是留給墨水的。這樣筆尖在寫字時(shí)，由于墨水與紙的毛細(xì)作用使墨水下降，導(dǎo)氣管及時(shí)向筆膽中補(bǔ)充空氣，維持內(nèi)外氣壓平衡，墨水在大氣壓強(qiáng)的作用下源源不斷的向外流，所以我們就可以不停地寫字了；而吸墨水時(shí)也是應(yīng)用了大氣壓強(qiáng)；物理學(xué)中的功是指物體在力的作用下，沿著力的方向有距離，就說(shuō)物體做了功。那我們?cè)趯懽謺r(shí)筆尖與紙的摩擦力是否做功了呢？當(dāng)然做了功。如果再用做的功除以做功時(shí)間，得到的就是寫字時(shí)的功率；有時(shí)候，不小心把鋼筆碰掉地上，這里也有物理知識(shí)呀，放在桌子上的鋼筆有重力勢(shì)能，重力勢(shì)能大小與物體重力和高度有關(guān)。鋼筆下落時(shí)重力勢(shì)能轉(zhuǎn)化為動(dòng)能，動(dòng)能大小由物體的質(zhì)量和速度決定，如果沒(méi)有空氣阻力或忽略空氣阻力時(shí)機(jī)械能是守恒的，如果考慮空氣阻力，那么有一部分機(jī)械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，但是能量的總量還是守恒的，這是能量守恒定律的內(nèi)容了；鋼筆在彈力方面的應(yīng)用包括筆尖寫字時(shí)筆膽吸墨水時(shí)按壓彈片，筆卡的使用。

到這是不是鋼筆所涉及的物理知識(shí)就列舉完了？當(dāng)然不是，例如鋼筆所應(yīng)用的材料，哪些是導(dǎo)體，哪些是絕緣體？各種材料的密度是多少？比熱容是多少？哪些材料是燃料，哪些不是燃料？是燃料的熱值是多少？哪些材料能阻止電磁波輻射？……一只小小的鋼筆所涉及的物理知識(shí)簡(jiǎn)直太多了，在此做個(gè)拋磚引玉之舉，希望能與同仁對(duì)這個(gè)問(wèn)題做進(jìn)一步探討。