力的传递有速度吗？ 猪小宝，博士僧 | 一级注册结构工程师 这种低速低能量的问题，用不着思维实验，也用不着粒子物理。1807 年托马斯·杨就已经在论文里提到 stress-wave propagation 的概念了。 力的传播速度也没有那么快，用不着千万公里长的物体，一般来说，十几米长的已经绰绰有余了。 （图片来源：https://engineering.purdue.edu/people/weinong.w.chen.1/equipment.html） 就像照片里这样，如果我整一个很长的圆棒，与支座之间的摩擦很小，圆棒上每隔一定距离贴一个应变计。然后我用大锤猛敲圆棒的一端，请问这三个应变计的读数会同时变化吗？ 这个实验一点儿也不复杂，砸一下锤子，记录三个应变计的读数就行了。实验做出来，三个应变计的读数是这样的： 横坐标是时间，纵坐标是应变计的读数。很明显，它们不是同步变化的，而是依次变化。两个应变计读数发生变化之间的时间，就是「力」或者叫「应力波」从第一个应变计所在的位置传播到第二个应变计所在的位置所用的时间。 当然，我画的是一个非常理想化的模式图，实际的实验结果其实是这样的： （图片来源：B. Song, C.J. Syn, C.L. Grupido, W. Chen, W.-Y. Lu, A Long Split Hopkinson Pressure Bar (LSHPB) for Intermediate-rate Characterization of Soft Materials, Experimental Mechanics (2008) 48:809–815） 应力波的传播速度跟很多因素有关，最最理想化的估算，应力波的速度等于杨氏弹性模量与密度的比值再开根号。比如普通钢材的弹性模量大约为 200 GPa，密度大约为每立方米 7.8 吨，所以 也就是说，力在钢材中的传播速度大约为 5000 米每秒。我们上面提到的实验里，两个应变计之间的距离大约是 3 米，所以 3 米除以 5000 米每秒就等于 0.6 毫秒，也就是实验结果里相邻的两个应变计信号之间的时间。 有没有觉得 5000 米每秒这个数值很眼熟？其实小学自然课就已经学过了。如果想早一点知道火车来，只需要把耳朵贴在铁轨上就知道了。因为声音在空气中的速度是 330 米每秒，而声音在铁轨里的速度大约是 5000 米每秒，远远大于空气中的速度。 同样，中学物理可能会提到刚体的概念，为什么现实中没有刚体呢？所谓的刚体，也就是弹性模量无限大，把无限大的弹性模量带进波速的公式，波速也变成了无限大。也就是说，应力波在刚体里的传播速度是正无穷，刚体中力的传播将会是瞬时的。但是我们知道，光速是现实中的速度的上限，所以物体的弹性模量同样有一个上限，否则波速就会超过光速。在传统的理论力学提出刚体这个概念的时候，显然也只是为了简化分析问题，那时候也并不知道光速的限制。如果现在还拿着刚体来反推光速，那就是本末倒置了。现实世界里钢材已经算是弹性模量比较大的材料了，考虑大部分材料的弹性模量和密度的比值，最大的应力波速度也就是一万多米每秒的数量级，离光速差得太远了。 当然，如果你要讨论的是引力，那么问题就复杂了，请移步这个问题 引力的传播速度是光速吗？ - 物理学 即使是引力，目前来看也不会超越光速。有一天太阳突然没了，地球也会在八分钟之后才出现效果。 研究力在固体里的传播有什么意义呢？当然有意义了。物体在高速冲击下的受力与传统的静力荷载有非常大的区别，应力波的性质对这些问题的影响很大。现实世界里的爆炸、汽车撞击、高速车床加工零件、地震……都是非常快的动力荷载，材料在这些情况下的性能非常值得我们研究。 查看知乎原文
