風動石爲什麼動而不倒?
風動石在外力作用下會產生晃動,但傾斜到一定角度之後,就會停止晃動,並不會倒下。這是因爲上面岩石的重心落在下面岩石邊緣的接觸面上,接觸面雖有傾斜,卻有幾個接觸點支撐着,而且上面岩石的重心偏下,只會微晃而不會滾動。
我們有時能看到這樣的圖片——懸崖峭壁旁聳立着一塊巨大的岩石,底部只有兩三個支點與山巒相接,看上去搖搖欲墜,驚險萬分,但卻長期屹立不倒,令人驚歎。這種神奇的石頭,就是風動石。
風動石可以依靠精巧的內在力量保持平衡,用很小的外力,甚至風吹便能使其搖晃,但用更大的外力卻難使之移動。在我國福建省東山島就有一塊風動石,它被譽爲“天下第一奇石”,名列東山八景之一。東山風動石危立於東山島銅山古城東門海濱,石高4.73米,寬4.57米,長4.69米,重達200多噸。形體似碩大的兔子,斜立於一塊臥地花崗岩盤石之上,下部以弧形與磐石接觸,吻合點僅數釐米見方。海風勁吹時會微微晃動,蔚爲奇觀。
那麼如此神奇的風動石是怎樣形成的?地質學家認爲,風動石的成因有異地與原地之分。異地成因的風動石比較少,指的是從異地滾來的大石球,如冰川搬運來的、地震時山崩滾落下來的、洪水衝下來的等等;而絕大多數風動石是原地形成的。所謂原地形成,即透過差異性風化、剝蝕作用過後,大型石塊上軟弱的、破裂的、易碎的、易水溶的部分被剝蝕掉了,而剩下的堅硬難風化的、裂隙少不破碎的岩石被留存下來,隨着時間推移,上下岩層之間的接觸面積越來越小,我們肉眼觀察到的景象也就越來越險,越來越奇。
風動石在外力作用下會產生晃動,但傾斜到一定角度之後,就會停止晃動,並不會倒下,也就是我們看到的“動而不墜”。這是因爲上面岩石的重心落在下面岩石邊緣的接觸面上,接觸面雖有傾斜,卻有幾個接觸點支撐着,而且上面岩石的重心偏下,只會微晃而不會滾動。從力學角度來說,可以舉一個簡單的例子來解釋:一個圓球位於不同情況下會有的狀態。下圖表示重力場中,球在不同形狀表面上的狀態。
圖a是穩定的,圓球在凹面上,當其偏離靜止位置時,由於重力引發的阻尼效應,它能回到原靜止位置;圖b是表面爲水平時,其穩定性是中性的,圓球偏離原始位置後仍在水平面上,但通常不會回到原靜止位置;c是不穩定的,圓球在凸表面上時,對其靜止位置的微小偏離都會使球繼續偏離遠離原靜止位置;d表示穩定與否取決於擾動強度,圓球對於小擾動穩定對於大擾動不穩定,這種情況稱爲條件穩定。而風動石,就是圖d的情況,在一定自然條件下產生的平衡與穩定。
雖然風動石“動而不墜”,不過它們卻有一個天然的剋星——地震。地震時地殼運動,地面結構被改變,風動石的平衡被破壞,就會使其轟然倒塌。除了自然因素外,挖礦、修路等一些人爲因素也可能改變地面狀態,破壞風動石的力學平衡,損壞風動石。所以,我們在進行建設活動時,應該合理規劃,在保護的基礎上開展,珍惜自然的饋贈。
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