有多少物理知识与钢笔有关？

李善君

钢笔是每一位教师、每一位学生经常使用的书写工具，那跟钢笔有关的物理知识有哪些，你知道吗？

每次当你奋笔疾书时，那美妙的“沙沙”声是如何产生的呢？这就涉及初中物理声现象的知识了。包括声音是由于笔尖在凸凹不平的纸张上划过时产生的纸张振动而产生；声音通过空气介质以声波的形式传入人的耳朵；声音的等级大约10分贝；声音振动频率在20～20000赫兹。

当我们看到各种颜色的精美钢笔和隽永秀丽的钢笔字时，你是否想到这里也有很多物理知识呢？首先我们能看到各种颜色的钢笔和各种颜色的钢笔字，那是因为钢笔或写出来的钢笔字虽然不是光源，但是它们反射的光传入我们的眼睛，引起视觉的结果。而太阳光是由不看见光（红外线和紫外线）和七种可见色光混合而成，七种可见光包括红橙黄绿蓝靛紫。不透明物体的颜色是由它反射的色光决定的；透明物体的颜色是由它透过的色光决定的。例如：我们能看到绿色的钢笔，是因为这只钢笔只反射绿光，其他色光都被它吸收的缘故；我们能看到红墨水，是因为它只能使红光透过，其余色光都被其吸收的缘故。也许你会有疑问：那用红墨水写在纸上的字为什么也是红色呢？这是因为红光透过红墨水后经白色的纸反射的结果。其次，我们仔细观察钢笔，它上面有的地方很光很亮，说明那里发生的是镜面反射；其余地方发生的是漫反射。我们能从各个角度看到我们写的字，就是因为它发生了漫反射。

有时冬天我们从寒冷的室外进入室内，拿出钢笔写字时，开始写不上字，过一会可能会有一大滴墨水从笔尖冒出，这又涉及热学知识了。刚拿出来的钢笔写不出来字，是因为墨水发生了物态变化中的凝固现象；过一会儿有一大滴墨水从笔尖冒出，是因为握笔的手与钢笔发生了热传递，使钢笔胆内空气发生热胀冷缩，而通气孔暂时处于阻塞状态，所以会把钢笔胆内墨水挤出去。另外钢笔用完要及时盖上钢笔帽，否则钢笔内的墨水会由于分子不停地做无规则运动而发生汽化现象，盖上笔帽可以阻止墨水的蒸发。还有，钢笔有的连接处用胶水粘接，钢笔字能附着在纸面上，这些都是分子间存在引力作用。墨水对于纸来说是浸润的，它们之间能达到分子引力范围。

我们到商店去买钢笔时，有的人喜欢选较重的，有的人喜欢选较轻的，这说明我们用的钢笔与力学也有很深的渊源。首先，钢笔的轻重说的是物理中重力知识，物理课上我们可以让学生利用弹簧测力计测钢笔的重力，找钢笔的重心位置。常见钢笔的重力在0.1N～0.5N之间，重心在两个笔帽的交接处。其次，我们在物理课上还经常让学生利用刻度尺测钢笔的长度，常见钢笔长度在13cm～15cm之间；用托盘天平测钢笔的质量，常见钢笔的质量是10g～50g之间；钢笔由课桌上落地地上的时间大约0.5s。再次，钢笔的使用还与杠杆、摩擦力、轮轴、斜面、相互作用力、二力平衡、压强、功、功率、机械能及其转化、能量守恒定律、弹力等等有关。其中钢笔在写字时属于费力杠杆，手掌虎口处是支点，捏笔的手指是施加动力的，笔尖与纸的摩擦力是阻力，它们之间满足杠杆平衡条件；钢笔尖与纸面之间的摩擦属于滑动摩擦力，它的大小只与压力和接触面的粗糙程度有关，这点与圆珠笔不同，圆珠笔属于滚动摩擦；钢笔帽的顶部一般有一个小螺丝装置，用来固定笔卡的，它是轮轴的体现；而钢笔上的螺丝结构是斜面的应用；写字时，笔尖与纸之间的力是一对相互作用力，它们大小相等，方向相反，在同一条直线上，作用在两个物体上；纸对钢笔的支持力和手对钢笔的摩擦力是一对二力平衡的力，它们大小相等，方向相反，在一条直线上，作用在同一物体上；笔尖很尖这样增大了钢笔对纸面的压强，笔胆中的墨水涉及了液体的压强，液体压强大小与液體深度和密度有关；而钢笔为什么能连续不断的写字呢？这与钢笔的结构有关，钢笔与我们在医院里输液时所用的吊瓶很相似，钢笔内部有两条通道，一条是空气通道，它由笔尖处进入钢笔内部再与笔胆内小细管相连，另一条通路是留给墨水的。这样笔尖在写字时，由于墨水与纸的毛细作用使墨水下降，导气管及时向笔胆中补充空气，维持内外气压平衡，墨水在大气压强的作用下源源不断的向外流，所以我们就可以不停地写字了；而吸墨水时也是应用了大气压强；物理学中的功是指物体在力的作用下，沿着力的方向有距离，就说物体做了功。那我们在写字时笔尖与纸的摩擦力是否做功了呢？当然做了功。如果再用做的功除以做功时间，得到的就是写字时的功率；有时候，不小心把钢笔碰掉地上，这里也有物理知识呀，放在桌子上的钢笔有重力势能，重力势能大小与物体重力和高度有关。钢笔下落时重力势能转化为动能，动能大小由物体的质量和速度决定，如果没有空气阻力或忽略空气阻力时机械能是守恒的，如果考虑空气阻力，那么有一部分机械能转化为内能，但是能量的总量还是守恒的，这是能量守恒定律的内容了；钢笔在弹力方面的应用包括笔尖写字时笔胆吸墨水时按压弹片，笔卡的使用。

到这是不是钢笔所涉及的物理知识就列举完了？当然不是，例如钢笔所应用的材料，哪些是导体，哪些是绝缘体？各种材料的密度是多少？比热容是多少？哪些材料是燃料，哪些不是燃料？是燃料的热值是多少？哪些材料能阻止电磁波辐射？……一只小小的钢笔所涉及的物理知识简直太多了，在此做个抛砖引玉之举，希望能与同仁对这个问题做进一步探讨。