书城科普有趣的力学
14753400000023

第23章 力的有趣故事(6)

请想想看,当这只脚落下的一瞬间,天平会起一些什么变动?在这只脚还在继续落下的这一瞬间,放着钳子的这只天平盘会向下沉呢、还是向上升呢、还是停留在原地不动?

对于这个问题,你现在既然已经知道自由落下的物体没有重量,就可以先提出正确的答案来:这只盘在这一瞬间一定会向上升起。

果然,原来挂起的那只脚,在落下的时候,虽然跟下面那只脚连在一起,但是它对下面一只脚所施的压力,到底比它在固定不动的时候小。钳子的重量在这一瞬间要减少些,因此天平盘就要在这一瞬间升起一下(罗森堡实验)。

儒勒·凡尔纳的月球旅行

凡是读过儒勒·凡尔纳《炮弹奔月记》小说的人,一定很愿意回味书里描写炮弹飞过地球和月球的引力相等的一点时候的有趣情形。那儿发生了简直像童话里一样的事情:炮弹里的一切东西都失掉了重量,而那些乘客,只要一跳就会悬空不落下来了。

这段描写是完全正确的,但是这位小说家忽略了一点,就是这样的情形也应该在这个引力相等的一点以前和以后发生。我们不难在这里证明,炮弹里的乘客和一切东西,在炮弹刚一飞出的时候就已经完全没有了重量。

这一点看起来仿佛叫人难以相信,但是你细细一想,一定会奇怪自己为什么对于这样大的疏忽当时竟一点也没有觉察。

我们仍旧拿儒勒·凡尔纳的小说来做例子。无疑的,你们一定没有忘记“炮弹车厢”里的乘客怎样把那只狗的尸体丢到车厢外面去,以及他们发现那尸体并没有向地面跌落而是继续跟车厢一同前进的时候那种惊奇的情形。

这位小说家正确地描写了这个现像,而且给这个现像做了正确的解释。确实的,大家都知道,所有物体在真空里都是用同样的速度落下:地球引力使所有物体得到了相同的加速度。在现在这一种情形,炮弹车厢和狗的尸体在地球引力的作用下,自然应该产生相同的落下的速度(相同的加速度);或者更正确的说,它们从炮筒射出的时候所得到的速度,应当在重力的作用下同样的减低。

于是,炮弹车厢和狗的尸体在行进路上的每一点上,速度应该始终是完全相同的。因此,从炮弹车厢里投掷出去的狗的尸体,会继续跟着车厢行进,一步也不落后。

但是,这位小说家对于下面一点却没有想到:假如狗的尸体在炮弹车厢外面不会向地面跌落,那么,为什么在车厢里面却会跌落呢?无论它在车厢里面或者外面,它所受到的作用的力量都是相同的呀!因此,狗的尸体即使悬空放在车厢里面,它也应该停留在空中:它有跟炮弹车厢完全相同的速度,因此,在跟车厢的相对关系上,它是停留在静止状态中的。

这个道理,对于狗的尸体适用,对于炮弹车厢里的乘客和所有东西也适用:在行进路上的每一点上,它们都跟炮弹车厢有相同的速度,因此它们即使停留在没有什么支持的地方,也就不应该落下。原来是放在车厢地板上的一把椅子,可以四脚朝天地放到车厢的天花板下面不会跌“下”来,因为它要跟着天花板继续向前行进。而乘客呢,也可以“头向下”的坐到这张椅子上,毫不感到有要跌下来的威胁。

真的,有什么力量能够使他跌下来呢?因为,假如他跌了下来的话,那就等于说炮弹车厢在空间行进得比乘客更快(否则的话,椅子是不会向地板接近的)。而这是不可能的,因为我们知道,炮弹车厢里的一切东西,都跟炮弹有相同的加速度呀。

这一点,小说家没有注意到:他以为在自由行进的炮弹车厢内部的物体,仍旧要压向它们的支点,和炮弹车厢静止不动时候的情形一样。儒勒·凡尔纳忽略了一件事,就是,物体所以向支点施压力,只是因为它的支点是静止不动的,或者虽然在动但不是用同样速度在动;假如物体和它的支点在空间用相同的加速度运动,那么它们就不可能彼此相压了。

这样,我们的乘客从旅行开始的最初瞬间起,就已经没有重量了,而能够自由地在炮弹里的空中停留;同样,炮弹车厢里的所有东西也应该立刻变成完全没有重量的了。根据这个特点,炮弹车厢里的乘客可以确定,他们是在空间很快地前进着呢,还是一动不动地停留在大炮筒里。但是我们的小说家却说,乘客在他们的天空旅行开始以后半小时,还在对一个问题解决不了,就是,他们是在飞行着呢,还是还没有飞出?

像这一类疑问从海轮上的乘客发出是可能的,但是对于自由行进的炮弹车厢里的乘客,发生这种疑问是没有意义的:海轮上的乘客是仍旧保有他们的重量的,但是炮弹车厢里的乘客却不可能不发现他们已经变成完全没有重量的人了。

在这一个幻想的炮弹车厢里,可以看到多少奇怪的现像啊!这是小巧玲珑的一个世界,这儿,一切东西都丧失了重量;这儿,一切东西从手里放开以后,仍旧停留在原来的位置;这儿,一切东西在随便什么情况都会保持着平衡;这儿,打翻了的瓶子也不会有水流泻出来……这一切,《炮弹奔月记》的作者都忽略了,而这些奇怪的现像本来可以给我们这位小说家提供多么广阔的写作材料呀!

航天飞机

航天飞机(又称为太空梭或太空穿梭机)是可重复使用的、往返于太空和地面之间的航天器,结合了飞机与航天器的性质。它既能代表运载火箭把人造卫星等航天器送入太空,也能像载人飞船那样在轨道上运行,还能像飞机那样在大气层中滑翔着陆。航天飞机为人类自由进出太空提供了很好的工具,它大大降低航天活动的费用,是航天史上的一个重要里程碑。

海豚

海豚是体型较小的鲸类,共有近62种,分布于世界各大洋,主要以小鱼、乌贼、虾、蟹为食。海豚是一种本领超群、聪明伶俐的海中哺乳动物。经过训练,就能打乒乓球、跳火圈等。除人以外,海豚的大脑是动物中最发达的。

潜艇

潜艇是一既能在水面航行又能潜入水中某一深度进一行机动作战的舰艇,也称潜水艇,是海军的主要舰种之一。潜艇在战斗中的主要作用是:对引陆上战略目标实施核袭击,摧毁敌方军事、政治、经济中心;消灭运输舰船、破坏敌方海上交通线;攻击大中型水面舰艇和潜艇;执行布雷、侦察、救援和遣送特种人员登陆等。

猫已经被人类驯化了3500年(但未像狗一样完全地被驯化),现在,猫成为了全世界家庭中极为广泛的宠物。研究表明,猫不吃老鼠,夜视能力就会有所下降,会长期丧失夜间活动的能力。德国海德堡大学有一份研究称老鼠体内有一种牛黄酸的物质,可以增强生物的夜视能力,而猫体内不能自己合成该物质,只能通过吃老鼠进行补充。

乌贼,本名乌鲗,又称花枝、墨斗鱼或墨鱼,是软体动物门头足纲乌贼目的动物。乌贼遇到强敌时会以“喷墨”作为逃生的方法,伺机离开,因而有“乌贼”、“墨鱼”等名称。其皮肤中有色素小囊,会随“情绪”的变化而改变颜色和大小。

大雁

大雁又称野鹅,天鹅类,大型候鸟,属国家二级保护动物。大雁热情十足,能给同伴鼓舞,用叫声鼓励飞行的同伴。同时大雁也是位处内蒙古东北部的一个小镇,以煤业和旅游为主要经济来源。

牵牛花

牵牛花跨进传统名花行列,也有千余年的历史了,不但名见花谱、花志、名著,而且历代有许多的诗文吟咏。牵牛花别名喇叭花、牵牛、朝颜花。为旋花科牵牛属一年生蔓性缠绕草本花卉。蔓生茎细长,约3~4米,全株多密被短刚毛。叶互生,全缘或具叶裂。聚伞花序腋生,1朵至数朵。花冠喇叭样。花色鲜艳美丽。蒴果球形,成熟后胞背开裂,种子粒大,黑色或黄白色,寿命很长。花期6~10月,大都朝开午谢。

蚂蚁

蚂蚁是一种有社会性生活习性的昆虫,属于膜翅目,蚂蚁的触角明显呈膝状弯曲,腹部有一、二节呈结节状,一般都没有翅膀,只有雄蚁和没有生育的雌蚁在交配时有翅膀,雌蚁交配后翅膀即脱落。蚂蚁是完全变态型的昆虫,要经过卵、幼虫、蛹阶段才发展成成虫,蚂蚁的幼虫阶段没有任何能力,它们也不需要觅食,完全由工蚁喂养,工蚁刚发展为成虫的头几天,负责照顾蚁后和幼虫,然后逐渐开始做挖洞、搜集食物等较复杂的工作,有的种类蚂蚁工蚁有不同的体型,个头大的头和牙也发展的大,经常负责战斗保卫蚁巢,也叫兵蚁。

长臂猿

长臂猿是猿类中最细小的一种,也是行动最快捷灵活的一种。我国有5种长臂猿,即白掌长臂猿、白眉长臂猿、海南黑冠长臂猿、黑长臂猿和白颊长臂猿,它们都是我国一级保护动物。

火炮

后座力现代自行火炮除具有反后坐力的装置外,还把火炮装在一个很像坦克底盘的大铁家伙上,就是充分考虑了后坐力的缘故。

蜘蛛

蜘蛛,除南极洲以外,全世界都有分布。从海平面分布到海拔5000米处。均陆生。体长1~90毫米。身体分头胸部(前体)和腹部(后体)两部分。头胸部覆以背甲和胸板。头胸部有附肢两对,第一对为螯肢,有螯牙、螯牙尖端有毒腺开口;直腭亚目的螯肢前后活动,钳腭亚目者侧向运动及相向运动;第二对为须肢,在雌蛛和未成熟的雄蛛呈步足状,用以夹持食物及作感觉器官。

鱿鱼

鱿鱼属软体动物类,是乌贼的一种,体圆锥形,体色苍白,有淡褐色斑,头大,前方生有触足10条,尾端的肉鳍呈三角形,常成群游弋于深约20米的海洋中。目前市场看到的鱿鱼有两种:一种是躯干部较肥大的鱿鱼,它的名称叫“枪乌贼”;一种是躯干部细长的鱿鱼,它的名称叫“柔鱼”,小的柔鱼俗名叫“小管仔”。

鱿鱼,虽然习惯上称它们为鱼,其实它并不是鱼,而是生活在海洋中的软体动物。鱿鱼体内具有二片鳃作为呼吸器官;身体分为头部、很短的颈部和躯干部。头部两侧具有一对发达的眼和围绕口周围腕足。

章鱼

章鱼,又称八爪鱼,属于软体动物。章鱼有8个腕足,腕足上有许多吸盘;有时会喷出黑色的墨汁,帮助逃跑。有些章鱼有相当发达的大脑,可以分辨镜中的自己;也可以走出科学家设计的迷宫,吃到迷宫中的螃蟹。

阿基米德

阿基米德(公元前287~前212年),古希腊哲学家、数学家、物理学家。出生于西西里岛的叙拉古。阿基米德到过亚历山大里亚,据说他住在亚历山大里亚时期发明了阿基米德式螺旋抽水机。后来阿基米德成为兼数学家与力学家的伟大学者,并且享有“力学之父”的美称。阿基米德流传于世的数学著作有10余种,多为希腊文手稿。

杠杆原理

杠杆原理亦称“杠杆平衡条件”。要使杠杆平衡,作用在杠杆上的两个力(用力点、支点和阻力点)的大小跟它们的力臂成反比。动力×动力臂=阻力×阻力臂,欲使杠杆达到平衡,动力臂是阻力臂的几倍,动力就是阻力的几分之一。

牛顿

艾萨克·牛顿爵士是人类历史上出现过的最伟大、最有影响的科学家,同时也是物理学家、数学家和哲学家,晚年醉心于炼金术和神学。他在1687年7月5日发表的不朽著作《自然哲学的数学原理》里用数学方法阐明了宇宙中最基本的法则——万有引力定律和三大运动定律。这四条定律构成了一个统一的体系,被认为是“人类智慧史上最伟大的一个成就”,由此奠定了之后三个世纪中物理界的科学观点,并成为现代工程学的基础。牛顿为人类建立起“理性主义”的旗帜,开启工业革命的大门。牛顿逝世后被安葬于威斯敏斯特大教堂,成为在此长眠的第一个科学家。

曹冲

曹冲(196~208年),东汉末年人物,曹操之子。从小聪明仁爱,与众不同,深受曹操喜爱。留有“曹冲称象”的典故。曹操几次对群臣夸耀他,有让他继嗣之意。曹冲还未成年就病逝,年仅十三岁。

怀丙和尚

北宋出色的工程家,河北真定(今河北正定县)人。据史书记载,怀丙和尚聪明善思,曾多次解决当时谁也解决不了的工程难题。真定13级宝塔,中间的柱子坏了,宝塔向西北倾斜,怀丙和尚另做一根柱子,把坏柱子换下,把宝塔扶正了。赵州洨河石桥歪斜欲倒,怀丙和尚说,往桥下石头中灌铁,可以扶正。乡民们踊跃捐助石块,怀丙和尚在石头上凿洞,溶化铁水横贯其中,果然扶正了石桥。

文彦博,生于宋真宗景德三年(1006年),卒于宋哲宗绍圣四年(1097年),字宽夫,汾州介休(今属山西)人,北宋时期政治家。他做过丞相,大将军。他是一个非凡的人,文彦博──“彦”字当“好”字讲,聪明好学的意思;“博”就是博学多闻,学得很多。他学问很广博,为人又宽大,又聪明。他为人很公平正直,光明磊落。

热气球

热气球利用加热的空气或某些气体比如氢气或氦气的密度低于气球外的空气密度以产生浮力飞行。热气球主要通过自带的机载加热器来调整气囊中空气的温度,从而达到控制气球升降的目的。

凡尔纳

儒勒·凡尔纳是19世纪法国著名的科幻小说和冒险小说作家,被誉为“现代科学幻想小说之父”,曾写过《海底两万里》、《格兰特船长的儿女》、《地心游记》、《八十天环游地球》等等著名科幻小说,其中《格兰特船长的儿女》、《海底两万里》和《神秘岛》被称为凡尔纳三部曲。其一生信仰科学,是少见的科学作家。