趣味物理学-第9章
按键盘上方向键 ← 或 → 可快速上下翻页，按键盘上的 Enter 键可回到本书目录页，按键盘上方向键 ↑ 可回到本页顶部！
————未阅读完？加入书签已便下次继续阅读！
到了这个东西之后，对于我苦口婆心说明的永动机不可能制造的一切证明
都怀疑起来。那架“永动机”上的球儿，滚来滚去地，果然在转动着那只
轮子，而且还被这只轮子举高起来，这比各种证明更有说服力；他们不肯
相信这架“永动机”只是受到发电厂送来的电流作用才转动的。幸好那时
候电厂在例假日都停止送电，这才使我有机会解决这个问题。我告诉学生
在例假日再去看看，他们照样做了。
“怎么样，看到那‘永动机’了吗？”我问。
“没有，”那些学生红着脸回答说，“我们看不见它：它给报纸遮住
了。。”
能量守恒定律终于又得到了那些学生的信任，而且再也不会失去这个
信任了。
“发脾气”
许多自学的发明家也曾经努力寻求解决“永动机”这个谜样的问题，
花了不少的心血。有一位西伯利亚人，名叫谢格洛夫的，后来给谢得林用
“小市民普列森托夫”的名字描写在《现代牧歌》那篇小说里。谢得林把
他访问这位发明家的情形写成这样：
小市民普列森托夫年纪大约三十五岁，身材瘦削，面色苍白，有一对
深思的大眼睛，长发直披到后颈。他的草舍相当大，但是足足有半间给一
个巨大的飞轮占据了，使得我们这些人只能够局促地挤在那里。这个大轮
子不是实心的，中间有许多轮辐。轮缘用薄木板钉成，内部是空心的，跟
一只箱子一样，这中空的轮缘有相当大的容积。在这中空部分，装置着全
部机械，就是发明家的全部秘密。当然，这个秘密并不特别精明，它只象
一些装满沙土的袋，用来维持平衡。有一根木棒沿着一条轮辐穿过，使轮
子静止不动。
“我们听说您把永恒运动的定律应用到实际上了是不是？”我开始
说。
“不知道怎么说好，”他涨红着脸回答，“好象是的。。”
“可以参观一下吗？”
“欢迎得很！真荣幸。。”
他把我们引到那轮子旁边，然后带我们绕轮子四周走了一圈。我们发
现，这个轮子前后都是一样的。
“会转吗？”
“好象，应该是会转的。就是要发脾气。。”
“可以把那根木棒拿下来吗？”
普列森托夫拿下了那根木棒，可是轮子并没有动起来。
“还在发脾气！”他重复说，“要推它一下才成。”
他用两只手抱住轮缘，几次把它上下摇动，最后，尽力摇了一下，放
开了手。——轮子转起来了。最初几转转得果然相当快而且很匀，——只
听到轮缘里面的沙袋落到横档上或者从横档上抛开去的声音；以后这轮子
就转得慢下来了；木轴上也吱咯吱咯地响起来，最后，轮子完全停了下来。
“一定又在发脾气了！”发明家涨红着脸解释道，于是又跑去摇动那
只大轮子。
但是这一次还是跟方才那一次的情形一样。
“会不会是忘记把摩擦作用计算在内了？”
“摩擦作用计算在内的。。摩擦算什么？这不是摩擦的问题，而
是。。有时候这轮子仿佛高兴起来，可是后来又忽然。。发脾气，倔强起
来——这就又完了。假如这只轮子是用真正的材料做的那就好了，可是，
你看，只是些东拼西凑来的板。”
当然，这儿问题并不在“发脾气”，也并不在没有使用“真正的材料”，
而是在于这架机械的基本思想是不正确的。轮子虽然旋转了几转，但是这
只是因为发明家推动才转的，等到外加的能量给摩擦消耗完了，就不可避
免地要停止下来。
蓄能器
对于永恒运动，如果只从外表上观察，很容易发生极大的错误认识。
这一点，可以用所谓“蓄能器”来做一个最好的说明。1920 年有一位发
明家创造了新型风力发电站，装着一种便宜的“惯性”蓄能器，这种惯性
蓄能器有跟飞轮相象的构造。这是一块大圆盘，能够在滚珠轴承上绕着竖
轴旋转，圆盘装在一只壳子里面，壳子里抽去了空气。只要你想法使它转
到每分钟20，000 转的高速度，这个圆盘就会在连续十五昼夜里不停地转
着！如果粗心的观察的人只看到圆盘的竖轴没有外面能量加进去也会不停
地旋转，那么他真会认为永恒运动已经实现了。
“见怪不怪”
许多人迷恋在“永动机”的创造里面，得到了非常悲惨的结局。我知
道有一位工人，为了试制一架“永动机”的模型，用完了他的收入和全部
积蓄，最后变成了一贫如洗。他成了那不可实现的幻想的牺牲者。但是他
虽然衣衫褴褛，整天饿着肚子，却仍旧向人家要求帮助他去制造已经是“一
定会动”的“最后模型”。说起来是很沉痛的，这个人所以失掉了一切，
完全是因为对于物理学基本知识知道得还不够。
有趣的是，找寻“永动机”固然是永远没有结果的，反过来，对于这
个不可能的事情的深入了解，却时常会引出许多很好的发现。
十六世纪末年十七世纪初年，荷兰著名学者斯台文发现了斜面上力量
平衡的定律，他发现这个定律的方法，正可以做上面一段话的最好说明。
这位数学家应该享受比他享受到的更大的名声，因为他有许多重大的贡献
是我们现在还继续利用的：他发明了小数，在代数学里最早应用了指数，
发现了流体静力学定律，这定律后来又给帕斯卡重新发现。
他发现这个斜面上力量平衡定律，并没有用到力的平行四边形法则，
就只是靠这儿复制出来的那幅图。在一个三棱体上架着一串球，球一共十
四个，都是一样大小的。这一串球会怎么样呢？那下面挂下来的部分，不
成问题，是会自己平衡的，但是还有上面的两部分，会不会平衡呢？换句
话说，右边的两个球跟左边的四个球会不会平衡？当然会的，如果说不
会，那么这串球就会自动不停地从右向左移动，因为一个球滑下以后就有
另一个球来补充，平衡也就永远不可能得到了。但是，我们既然知道这样
架着的一串球完全不会自己移动，那么，右边的两个球就自然跟左边的四
个球平衡。你看，初看这好象是一件怪事：两个球的拉力竟跟四个球的相
等。
从这个看似奇怪的现象，斯台文发现了力学上一个重要的定律。他是
这样来思考的：这一串球的两段——一段长一段短——重量不相等：长的
一段跟短的一段重量的比值，恰好是斜面长的一边跟短的一边长度的比
值。从这里得出一个结论，就是用绳连在一起的两个重物搁在两个斜面
上，只要两个重物的重量跟这两个斜面的长度成正比，它们就可以保持平
衡。
有时候两个斜面里短的一个恰好是竖直的，于是我们就得到力学上的
一个有名定律：要维持斜面上的一个物体不动，一定要在竖直面的方向上
加一个力量，这个力量跟物体重量的比等于这个斜面的高度跟它的长度的
比。
这样，从“永动机”不可能存在这一个思想出发，竟完成了力学上的
一件重要发现。
第五章液体和气体的性质
两把咖啡壶的题目
在你面前是两把同样粗的咖啡壶：一把比较高，一把比较低。哪一把
能够盛得更多些呢？
许多人一定不加思索地说，高的那把要比低的盛得更多些。但是，假
如你把液体倒到高壶里去，只能够把液体盛到壶嘴的水平面，再多就要溢
出来了。现在两把壶的壶嘴是一样高的，因此低壶能够盛的液体量，跟高
壶完全相同。
这道理非常简单：咖啡壶和壶嘴就象一具连通器，虽说壶里的液体要
比壶嘴里的液体重得多，但是里面的液面还是应该在相同的水平面上。假
如壶嘴太低的话，那么你就不可能把壶注满，因为液体会从壶嘴溢出去。
一般说来，各种水壶的壶嘴都要做到比壶顶略高，使它即使在略略倾斜的
时候也不会泻出。
古人不知道的事情
现代的罗马居民到今天还在使用着古人所修造的水道：古代罗马的奴
隶把水道修造得真是坚固。
关于领导这个工程的罗马工程师的知识却不能这样说：很明显，他们
对于物理学的基本知识还很不够。请看从古书复制出来的图46。你看，
罗马的水道不是装在地下，而是装在地上，高高架设在石柱上的。他们为
什么要这样做呢？难道象现在这样用管子埋到地下去不更省事吗？当然
更省事，但是那时候的罗马工程师对于连通器的原理只有极模糊的认识。
他们恐怕用长管子连接起来的各个水池里，水面会不在同一水平面上。假
如把管子沿着高低不平的地面埋下去，那么在有的地段上，管里的水就得
向上流，——而古代的罗马人却怕水不会向上流。因此，他们一般常把全
段水管装成平匀往下倾斜的（为了做到这一点，时常要使管子绕个大弯，
或者要用高高的拱形支柱）。古代罗马的一条水道叫阿克瓦·马尔齐亚的，
全长100 公里，但是水道两端之间的直线距离，却只有这个数目的一半。
只是因为不懂物理学的基本定律，竟多造了50 公里长的石头工程！
液体会向。。上压！
关于液体会向下加压力，压向容器的底部，会向侧面加压力，压向容
器的壁，那即使没有学过物理学的人，也都知道得非常清楚。但是，液体
还会向上加压力，这一点却有许多人没有想到。其实只要用一只普通煤油
灯的灯罩，就可以帮助我们认识这种压力确实存在。用厚纸板剪一个圆
片，要比灯罩口略大一些。把它复在灯罩口上，倒转来放到水里去，象图
47 所示。为了使那圆纸片不会从灯罩上脱落，可以用条细线穿在圆纸片
中心，通过灯罩引到上面来，用手拉着线，或者，也可以直接用手指在底
下托着纸片。等到这个灯罩渐渐沉到水底下一定的深度，这个圆纸片就会
自己留在灯罩口上，不必再用线拉住它或者用手指托住它：现在托着它的
已经是容器里的水了，是水从下向上向圆纸片在加着压力了。
你甚至可以测出这个向上压力的大小。这很简单，只要小心地慢慢把
水注到灯罩里去，等到灯罩里的水面接近灯罩外容器里的水面，这个圆纸
片就会跌落下去。这就是说，纸片底下的液体向上所加的压力，恰好给纸
片上面那个水柱的下压力平衡了，这个水柱的高度等于纸片沉在水面以下
的深度。这就是液体对于一切浸在液体里面的物体所作用的压力的定律。
有名的阿基米德原理告诉我们的，物体在液体里重量的“损失”，也是从
这里产生的。
如果找到几种罩口大小相同但是形状不同的灯罩，你就可以再做一次
实验，来证明另外一个有关液体的定律，就是液体对于容器底部所加的压
力，只跟底部面积和水面高度有关，却跟容器的形状无关。这可以这样来
证明：按方才所说的实验方法用形状不同的灯罩来一次一次的做，每次把
灯罩浸到一样深度（事先可以在灯罩的同样高度上用纸粘一条标志）。那
么，你就可以看到，每次当灯罩里的水面达到了同样高度，那纸片就会跌
落下去。这就是说，各种形状容器里的水柱，只要它们的底面积和高度相
同，它们的压力也相同。请注意，这儿重要的只是高度而不是长度，因为
比较长的、倾斜的水柱和比较�
