趣味物理学-第5部分

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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，就已经没有一些重量，
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？

“尼柯尔，我们可是在飞着吗？”

尼柯尔和阿尔唐面面相看，他们没有感觉到炮弹的震动。

“真的！我们究竟是在飞着吗？”阿尔唐重复说。

“会不会是一动不动地停在佛罗里达的地面上？”尼柯尔问。

“还是在墨西哥湾的海底下？”米协尔加了一句。

象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象啊！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，而这些奇怪的现象本来可以给我们这位小说
家提供多么广阔的写作材料呀！

用不正确的天平进行正确的称量

请想想看，要想得到正确的称量，什么东西最重要，是天平还是砝码？

假如你的回答是两种东西同样重要，那你就错了：你可以用一架不正
确的天平做出正确的称量，只要你手头有正确的砝码。用不正确的天平进
行正确的称量，有几种方法，我们只来谈谈里面的两种。

第一种方法是俄罗斯的化学家门得列耶夫所提出的。第一步，把一个
重物放到天平的一只盘上，——什么重物都可以，只要它比要称的物体重
一些就好。然后把砝码放在另外
一只盘上，使天平的两边平衡。现在，把要称的物体放到放砝码的盘上，
从这只盘上逐渐把一部分砝码拿下来，使天平恢复平衡。这样，拿下的砝
码的重量，自然就等于要称的物体的重量，因为就在这同一只天平盘上，
拿下的砝码现在已经由要称的物体代替了，可知它们是有相同的重量的。

这个方法一般叫做“恒载量法”，对于需要一连串称量几个物体的时
候特别适用，那原来的重物一直放在一只盘里，可以用来进行全部的称
量。

另外一种称量的方法是这样的：把要称的物体放到天平的一只盘上，
另外拿些沙粒或铁沙加到另外一只盘上，一直加到两边平衡。然后，把这
物体拿下（沙粒别去动它），逐渐把砝码加到这只盘上，加到两只盘重新
恢复平衡为止。于是，盘上砝码的重量自然就是要称的物体的重量了。这
个方法叫做“替换法”。

方才说的是天平，那么，弹簧秤只有一个秤盘，要怎么办呢？很简单，


也可以采用同样简单的方法，假如你手头除掉弹簧秤以外，还有一些正确
的砝码的话。这儿用不到沙粒或铁沙，把要称的物体放到秤盘上，把弹簧
秤所指示的重量记下。然后，把物体拿下，逐渐加上砝码，一直到弹簧秤
指出同样的重量为止。这些砝码的重量，自然就等于要称的物体的重量
了。

比自己更有力量

你的一只手能够提起多少重的东西？假定是10　公斤吧。你以为这10
公斤就表示你手臂肌肉的力量了吗？那就错了：你的肌肉的力量要比这个
强得多！例如，请注意你手臂上所谓二头肌的作用吧。这条肌肉固着在前
膊骨这个杠杆的支点附近，重物却作用在这个杠杆的另一端。从重物到支
点（就是关节）间的距离，大约是从二头肌端到支点的8　倍。这就是说，
假如重物重10　公斤，那条肌肉所出的拉力就是这个数值的8　倍。因此，
我们的肌肉能够发出的力量相当于我们手臂力量的8　倍，那么它可以直接
提起的重量，就不是10　公斤，而是80　公斤。

我们有权利毫不夸张地说：每一个人的力量要比他自己所表现出来的
强许多倍；也就是说，我们的肌肉可以发出比我们在日常动作里所表现的
更加强大的力量。

那么人的手臂这样的构造合理不合理呢？初看仿佛是不合理的，——　
我们在这儿看到的是力的没有代价的损失。然而，让我们想一想那个力学
上古老的“黄金法则”：凡是在力量上吃了亏的，在移动距离上一定占了
便宜。因此，我们在速度上是占了便宜的，我们两只手的动作就有操纵手
的肌肉的动作8　倍那么快。动物身体内部肌肉的连结方法，保证了四肢很
快的活动，这在动物的生存方面，是比力量更加重要的。我们人类的手脚
假使不是这样构造的话，我们就会是行动极慢的动物了。

为什么尖锐的物体容易刺进别的物体？

你可曾考虑过这样一个问题：为什么缝衣针能够这样轻易地穿透一个
物体？为什么一块绒布或者厚纸板很容易给一根细针穿过，却很难用钝头
的钉子把它穿过？在这两种情形里所作用的力不都是相同的吗？

是的，力量是相同的，但是压力强度或者说压强却并不一样。用针穿
透的时候，全部力量都集中在针的尖端；而用钉子的时候，同样的力量却
分配在比较大的钉尖面积上；因此，针所施的压力强度要比钝头钉大得多
——这是说我们所用的力量假定是完全相同的话。

谁都知道，一具二十齿耙耙松的土地，要比同样重的六十齿耙耙的
深。为什么呢？这是因为二十齿耙每一个齿上分配到的力量要比六十齿耙
的大的缘故。

当我们谈到压力强度的时候，我们一定要在力量之外更注意这个力量
作用的面积。同样大小的一个力量所产生的压强大小，要看它作用的面积
究竟是一个平方厘米呢，还是集中在百分之一平方毫米上。

你用滑雪橇能够在松软的雪面上行走，不用滑雪橇就要陷到雪里去。
为什么呢？因为用了滑雪橇身体压力分配在比不用的时候大得多的面积


上。假如，举例来说，两只滑雪橇的面积等于我们两只鞋底的20　倍，那
么，用滑雪橇的对于雪面所施的压强，就要比两脚站在雪面上的所施的压
强弱，只等于两脚站着的所施压强的20　分之一。因此，松的雪面能够承
受得住滑雪橇上面的人，却承受不住用两脚站着的人。

根据同样的理由，在沼泽里工作的马，时常要在马蹄上系着特制的“靴
子”，来增加马蹄和地面间的接触面积，减少沼泽地面所受的压强：这样
一来，马蹄就不会陷到沼泽泥淖里去了。在有的沼泽地，连人也是这样做
的。

人在薄冰上通过的时候，一定要匍匐爬行，也是为了把自己的体重分
配到比较大的面积上。

最后，还有庞大沉重的坦克和装有履带的拖拉机，在疏松地面上所以
不会陷下去，也仍旧是这个缘故，它们的重量是分配在比较大的支持面积
上。8　吨或8　吨以上装有履带的车辆，对于每一平方厘米地面的压力不超
过600　克。从这一个观点看来，沼泽地带应用的装有履带的载重汽车，真
是很有趣的。这种汽车载了2　吨重的货物，加到地面的压强一共只有每平
方厘米160　克，因此，它能够在沼泽地带以及泥泞或沙漠地区行驶得很
好。

象这样支持面积大的情形，在技术上，跟支持面积小的就象针尖的情
形一样，是可以好好利用的。

从上面所说的，可知尖端所以容易刺进物体，只是由于力的作用所分
配的面积小的缘故。锐利的刀子要比钝刀容易切割东西，也可以用完全相
同的理由解释：力量集中在比较小的面积上。

所以，尖锐物体容易刺进或切割物体，只是因为在它们的尖端或锋刃
上集中了比较大的压力的缘故。

跟巨鲸相仿

你坐在粗板凳上，会觉得坚硬不舒适，但是，如果坐在同样是木质的
可是光滑的椅子上，却觉得很舒适，这是什么缘故呢？还有，为什么睡在
由相当硬的棕索编成的吊床上会觉得柔软舒适？为什么睡在钢丝床上不
会觉得坚硬难过？

这道理是不难明白的。粗板凳的凳面是平的，我们的身体只有很小一
部分面积能够跟它接触，我们的体重只好集中在这比较小的面积上。光滑
的椅子的椅面却是凹入的，能够跟人体上比较大的面积相接触，人的体重
就分配在比较大的面积上，因此，单位面积上所受到的压力也就比较小。

所以，这儿的全部问题只在压力的分配更均匀。如果我们躺在柔软的
床褥上，褥子就变成跟你身体的凹凸轮廓相适应的样子。压力在你身体的
底面上分布得相当均匀，因此身体上的每一平方厘米面积上，一共只分配
到几克的压力。在这种条件下，你当然就能够躺得非常舒适了。

这个差别，也不难用数字表示出来。一个成年人身体的表面积大约是
2　平方米或20；000　平方厘米。假定我们躺在床上的时候，靠在床上的面
积大约有身体表面积的4　分之一，就是0。5　平方米或5000　平方厘米。又
假定你的体重大约是60　公斤（平均数），就是60；000　克。那么，每1
平方厘米的支持面积上，只要承受12　克的压力。但是，如果你是躺在硬


板上，那么你的身体只有很少几点跟板相接触，而这几个接触点的总面积
一共也不过100　平方厘米左右，因此每个平方厘米所承受的就要是五六百
克，而不是只十几克了。这差别是很大的，因此，我们的身体立刻就会有
“太硬”的感觉。

但是，即使在最硬的地方，我们也可以睡得非常舒适，只要把我们的
体重均匀分配在很大的面积上就行。比方说你先睡到一片软泥上，把你身
体的形状印在这泥上，然后起来让这片泥土干燥（在干燥以后，泥土会收
缩5－10％，但我们假定这个情形不发生）。当这片泥土变成和石块一样
坚硬的时候，你试再躺到上面去，使你的姿势和泥上留下的形状相合，那
么你就会感到跟睡在柔软的鸭绒垫上一样舒适，一点也不觉得硬，虽然实
际上你是睡在石头上。你现在的这个情形，恰跟罗蒙诺索夫在一首诗里所
写的那传说里的巨鲸相仿：

横卧在尖锐的石块上，
这些石块的坚硬它可毫不在乎，
对于这伟大力量的堡垒，
这些只是柔软的泥土。

而你所以不觉到这石头的坚硬，原因却不在于“伟大力量的堡垒”，
而只是由于你的体重分配到极大的支持面积上的缘故。第三章介质的
阻力

子弹和空气

空气会阻碍子弹的自由飞行，这个事实，是大家都知道的，但是空气
的这个阻滞作用究竟大到什么程度，恐怕只有很少人清楚。大多数的人大
概有这样的想法，以为象空气这样我们平常几乎不觉察的柔软的介质，对
于飞过的步枪子弹一定不会有多大妨碍的。

但是，看一看图25　就会明白，空气对于子弹的确有极大的妨碍。这
张图上的大弧线表示没有大气的时候子弹飞行的路线；这颗子弹从枪口射
出以后（用每秒620　米的初速度依45　度角的方向射出），在空中划出高
10　公里、长40　公里的很大的弧线。实际上呢，这颗子弹这样射出以后，
在空气里一共只能够划出4　公里长的弧线。在这张图上，这条4　公里长的
弧线跟那条大弧线相比，几乎看不到什么了：空气的阻力竟是这么大！假
如没有空气，步枪就可以从40　公里远的地方把子弹射向10　公里的高空再
落到敌人的头上了！

超远程射击

有一次，德国炮兵一门大口径炮以很大的射角射击，意外地发现，本
来应该落到20　公里远的地方的炮弹，竟落到40　公里的地方去了。原来，
用极大的初速度依大角度向上射出的炮弹，到达了空气稀薄的高空大气
层，那儿的空气阻力非常小；炮弹在这阻力极弱的介质里，飞过了极长一
段路，最后，陡急地落到地面上。图26　清楚地表示了：改变发射角度，


会使炮弹飞行路线产生多么大的差别。

这个现象的观察，给德国人奠立了设计从115　公里外轰击巴黎的超远
程大炮的基础。这炮制造成功以后，在第一次世界大战中，1918　年的夏
天，德国军队向巴黎发射了300　颗以上的炮弹。

关于这种大炮的情况是这样的，这是一根很大的钢筒，全长34　米，
粗1　米；炮筒下部壁厚40　厘米。炮重750　吨。炮弹重120　公斤，长1　米，
粗21　厘米。装药要