趣味物理学-第6部分
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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。装药要用150 公斤的火药，可以产生5000 气压的大压力，因
此能够把炮弹用每秒2000 米的初速度发射出去。炮弹是依52 度的射角射
出去的；炮弹射出去以后，划出了一个很大的弧线，弧线的最高点离地大
约40 公里，早已进了平流层。炮弹从它的阵地射到巴黎——全程115 公
里——所需要的时间是3。5 分钟，里面有2 分钟是在平流层里飞行的。
第一座超远程炮的情形就是这样。这是现代超远程炮的祖先。
枪弹（或炮弹）的射出初速度越大，那么空气的阻力也就越大。这个
阻力并不跟射出初速度成简单的比例增加，而是增加得快得多——是跟初
速度的二次方或更高次方成比例地增加的，至于究竟跟几次方成比例，那
要看这个速度的大小来决定了。
纸鸢为什么会飞起？
你可曾想去解答，当你放纸鸢的时候把手里的线向前牵动，为什么纸
鸢会向上飞起？
假如你能够回答这个问题，那么你就可以明白为什么飞机会飞，为什
么槭树的种子会随风传播，甚至可以部分了解原始人用的所谓飞旋标的奇
怪运动的原理了，因为这一切都是属于同一种性质的现象。原来，正是那
给枪弹和炮弹的飞行造成极大阻碍的空气，却使得槭树种子或纸鸢等轻巧
的物体能够飘浮，同时还使得载了几十个乘客的沉重飞机也能够飞行。
为了解释纸鸢上升的原因，让我们来研究那一幅简图。设MN 线代表
纸鸢的截面。当我们牵动纸鸢的线的时候，纸鸢便动起来，由于尾部的重
量，就用倾斜的姿势移动着。现在，假定这个运动是从右向左的。让我们
用a 表示纸鸢平面跟水平线之间的倾斜角。现在来看一看在这个运动中的
纸鸢上作用的有哪些力量。空气自然是应当阻碍它的行动的，它在纸鸢上
施加一些压力。这个压力在图28 上用箭头OC 表示；因为空气总是依垂直
的方向压向一个平面的，OC 线也就画成跟MN 垂直。这OC 力可以分解成
两个力，描出一个所谓力的平行四边形：结果OC 力就分解成OD 和OP 两
个分力。这个OD 力要把纸鸢推向后面，因此就要减低它的原来速度；另
一个力OP 呢，却把纸鸢拉着向上；它把纸鸢的重量减轻，而且，假如这
个力量相当大，就可以把纸鸢的重量全部抵消，使它升起。正是因为这样，
当我们把线向前牵动的时候，纸鸢就会向上升起。
飞机这东西，其实也就跟纸鸢一样，不同的只是牵动纸鸢的线的人
力，用飞机上的螺旋桨或者喷气发动机来代替了，螺旋桨或者喷气发动机
使机身向前移动，结果就跟纸鸢一样，使它向上升起了。当然，这儿只是
这个现象的一个极简单的解释；事实上，使得飞机升起的原因还有许多，
这些原因将在另一节介绍①。
活的滑翔机
从上面一节可以知道，飞机的构造完全不是从模仿飞鸟得到的，象一
般人所想象的那样，而应该说是从鼯鼠、鼯猴或者飞鱼模仿来的。不过上
面所说的几种动物用它们的飞膜不是要向上升起，而只是为了要跳得远—
—照飞行上的术语来说，只是为了“滑翔下降”。对于它们，力量OP 还
不够跟它们的体重完全抵消；这个力量只能够减轻它们的体重，因此帮助
它们从比较高的地点做长距离的跳跃。例如，鼯鼠就能够从一株树梢上跳
到20－30 米以外的另一株树的比较低的树枝上。在东印度和锡兰等地
方，有一种特别大的鼯鼠，这种鼯鼠大约象家猫般大小：当它展开它的飞
膜的时候，有半米阔。象这样大的飞膜，能够帮助这种动物跳50 米这么
远，尽管它的身体比较沉重。至于产在菲律宾群岛等地的鼯猴，甚至可以
跳到70 米远。
植物的没有动力的飞行
许多植物也常要靠滑翔的作用散布它们的果实和种子。许多种果实和
种子，有的长着成束的毛（例如蒲公英、婆罗门参和棉子，上面都有冠毛），
它们的作用就跟降落伞相仿，有的幼芽保持平面的形状，能够在空中停
留。这种植物滑翔机可以在针叶树、槭树、榆树、白桦树、白杨树、椴树
和许多伞形科植物等上面看到。
在一部叫做《植物的生活》的书里，我们可以读到下面几段文字：
在没有风的晴天，许多果实和种子被垂直上升的空气流带到相当大的
高度，但是在太阳没落以后，一般就又落回到不远的地方。这种飞翔的重
要，并不只在于把植物散布得更广，而在于把它们移植到陡峭的斜坡和峭
壁上突出的地方和缝隙上，因为它们的种子除此以外没有方法能够落到这
种地方去，至于水平方向吹来的空气流，会把飘翔在空中的果实和种子带
到极远的距离以外。
有些植物的“翅膀”或“降落伞”只在飞行的时候固着在种子身上。
有些蓟类植物的种子可以在空气里自由自在地飘浮着，但是一碰到障碍，
种子就会跟“降落伞”分离，落到地面上去。这个现象说明了为什么这种
植物会时常沿着墙壁和篱笆生长。但是也有一些植物的种子，却是始终跟
“降落伞”连在一起的。
图30 和31 表示几种有“滑翔装置”的植物种子。植物的“滑翔装置”
在许多方面甚至比人类的滑翔机还要完善。它们能够带着比本身重量重得
多的物体一起升上去。此外，这种植物的“滑翔装置”还有一个特点，它
们有自动的稳定装置；比方说你把素馨的种子倒转来让它落下来，它在空
中会自动的倒转来把凸出的一面向下；假如这个种子在飞行的时候碰到障
碍，它也不会失去平衡，也不跌下，而只是缓和地向下降落。
① 但是这儿却会碰到另外一种性质的困难。对于这个问题，本书的续编里，有比较详细的说明。
迟缓跳伞
写到这里，不由想起那些不打开降落伞就从大约10 公里高空跳下的
跳伞家的英勇跳伞的情形。他们在向下落下了全程的绝大部分之后，才扯
动伞环，因此，只有降落的最后几百米是展开了伞降下的。
许多人认为，不打开伞象石块似的直落下来，就跟在真空里落下一
样。假如是这样的话，那么迟缓跳伞的降下时间会比实际所需要的少得
多，而最后所达到的速度也会非常大。
但是，空气的阻力妨碍了速度的增加。跳伞员的身体在不打开伞降下
时候的速度，只在跳下以后的最初十几秒钟的时间里面，落下最初几百米
的一段路上是增加的。空气的阻力是跟着速度的增加而增加的，而且增加
得非常显著，很快就使速度不能够再增加上去。因此，这种运动就从加速
运动变成匀速运动了。
我们可以用计算的方法，从力学的观点上把迟缓跳伞的大概情形描绘
出来。跳伞员在不打开伞落下的时候，加速度大约只在最初的12 秒钟里
是有的，也许还不到12 秒钟，看人的体重而不同；在这十多秒钟里，跳
伞员大约降下400－450 米，产生了大约每秒50 米的速度。以后的全部不
打开伞降落的路上，便都是用这个速度匀速落下的了。
水滴落下的情形也大概是这样的，不同的只是水滴落下的第一段时
间，就是速度仍旧在继续增加的时间，一共只有一秒钟，甚至还不到一秒
钟。因此水滴的最后落下速度，象雨滴的落下速度，就不象迟缓跳伞的那
么大。这个速度大约在每秒2…7 米，看水滴的大小而不同①。
飞旋标
这是一种奇怪的武器，是原始人类技术上最完善的制品，这东西曾经
在极长的一段时期里使科学家感到迷惑，没法解释它的道理。这种飞旋标
投出以后在空中划出的奇怪的路线，真的要难倒每一个人的。
现在呢，这个飞旋标的飞行理论已经十分详细地研究出来了，因此这
种奇术也就不再认为是真的奇术了。在我们这本书里，对于这个现象做深
入的研究是不可能的，我只打算告诉读者，这种飞旋标的不平常的飞行路
线，是下面三个因素互相作用的结果：（1）原来投出的作用，（2）飞旋标的
旋转，（3）空气的阻力。原始人会把这三个因素联在一起；他们会熟练地
把飞旋标用适当的角度、力量和方向投掷出去，以便得到需要的结果。
其实，我们每个人经过训练也都能够学到这种技巧的。
为了在室内练习方便，我们只好做一只纸的飞旋标来用。这东西可以
用卡片纸按图34 的形状剪出，每边长度大约5 厘米，阔1 厘米不到些。
把这纸飞旋标夹在拇指和食指之间，象图34 所示，用另外一只手的食指
向它弹去，用力的方向是向前但是略略偏向上方。这纸飞旋标就会从你手
里飞出，飞了大约5 米，划出一道圆滑的、有时相当美妙的曲线，而且，
假如室内没有东西阻碍的话，就会又落回到你的脚边。
① 参阅《趣味物理学续编》“波浪和旋风”一节。
这种飞旋标如果按图35 的实际大小和形状来做，那么，你的实验就
会得到更好的成就。飞旋标最好略微扭曲成螺纹形。这样的飞旋标在做相
当练习之后，会在空中转出复杂的曲线，然后又落回到你的脚边。
第四章旋转运动·“永动机”
怎样辨别生蛋和熟蛋？
假如你一定要不敲碎蛋壳来判别一个蛋的生熟，你该怎么办呢？力学
上的知识能够帮助你解决这个小困难。
这儿问题的关键就在生蛋和熟蛋的旋转情形不一样。这一点就可以用
来解决我们的问题。把要判别的蛋放到一只平底盘上，用两只手指把它旋
转。这只蛋如果是煮熟的（特别是煮得很“老”的），那么它旋转起来就
会比生蛋快得多，而且转得时间久。生蛋呢，却甚至转动不起来。而煮得
“老”的熟蛋，旋转起来快得使你只看到一片白影，它甚至能够自动在它
尖的一端上竖立起来。
这两个现象的原因是，熟透的蛋已经变成一个实心的整体，生蛋却因
为它内部液态的蛋黄蛋白不能够立刻旋转起来，它的惯性作用就阻碍了蛋
壳的旋转；蛋白和蛋黄在这里是起着“刹车”的作用。
生蛋和熟蛋在旋转停止的时候情形也不一样。一只旋转着的熟蛋，只
要你用手一捏，就会立刻停止下来，但是生蛋虽然在你手碰到的时候停止
了，如果你立刻把手放开，它还要继续略略转动。这仍旧是方才那个惯性
作用在作怪，蛋壳虽然给阻止了，内部的蛋黄蛋白却仍旧在继续旋转；至
于熟蛋，那它里面的蛋黄蛋白是跟外面的蛋壳同时停止的。
这类实验，还可以用另外一种方法来进行。把生蛋和熟蛋各用橡皮圈
沿它的“子午线”箍紧，各挂在一条同样的线上。把这两条线各扭转相同
的次数以后，一同放开，你立刻就会看到生蛋跟熟蛋的分别：熟蛋在转回
到它的原来位置以后，就因为惯性作用向反方向扭转过去，然后又退转回
来，——这样扭转几次，每次的转数逐渐减低。但是生蛋却只来回扭转三
四次，熟蛋没有停止它就早停下来了：这是因为生蛋的蛋白蛋黄妨碍了它
的旋转运动的缘故。
“魔盘”
把一柄伞撑开，伞头着地，然后把它的柄转动起来，很容易使它很快
地继续旋转。现在，试把一个小球或纸团丢到伞里去：那东西并不停留在
伞上，却给抛了出来。这个把小球或纸团抛出来的力量，一般人常常不正
确地叫它“离心力”，实际上这只是惯性的作用。小球或纸团并不是依半
径的方向移动，而是向跟圆运动的路线相切的方向抛出去。
有些公园有一种“魔盘”的设备，正是根据这个道理构造的。参加“魔
盘”游戏的人，就有机会亲自感受惯性的作用。参加的人，随自己高兴，
在那个大圆盘上站着也好，坐着也好，卧着也好。圆盘底下的一部电动机
就会缓缓地依着圆盘的竖轴把它旋转起来。起初转得比较慢，后来越转越
快。于是，因了惯性的作用，圆盘上的人便开始向它的边上滑去。这个滑
动，起初还不大容易觉察，但是当这些“乘客”离开圆心越来越远，滑到
了越来越大的圆周上，这个惯性的作用也就会越来越显著。最后，无论你
花多少力气想继续停留在原地，也不可能了，终于你给从这个“魔盘”上
抛了出去。
我们的地球事实上也是同样性质的一个“魔盘”，只不过尺寸大得多
罢了。地球虽然没有把我们抛出去，但是至少它减轻了我们的体重。因此，
譬如说，在赤道上的人（赤道是地球上转速最大的地方）的体重由于这个
原因所减轻的，竟达到原来体重的300 分之一。假如把影响体重的别的因
素也计算在内，赤道上人体体重一共要减少百分之0。5（就是200 分之
一），因此，一个成年人在赤道上的体重，要比在两极上的时候减少大约
300 克。
墨水滴画成的旋风
拿一块光滑的白色硬纸板剪成圆形，中间插一根削尖了的火柴梗，就
可以做成一具陀螺，象图39 右边所画的是它的实际大小。要使这个陀螺
旋转，并不需要特别的技巧，只要把火柴梗的上部夹在大拇指和食指之
间；把它拧转以后，很快丢到平滑的面上，就可以了。
现在，你可以利用这个陀螺，做一个很有意义的实验。在使它旋转之
前，在那圆纸片上先滴几小滴墨水。接着，不等墨水干燥，立刻把陀螺拧
转。等它停下来以后，再看看那些墨水滴：每一滴墨水已经划成一条螺旋
线，而这些墨水滴划出的螺旋线合起来看，就象旋风的模样。
象旋风的模样倒并不是偶然的。你知道这圆纸片上的螺旋线表示了些
什么吗？这其实是墨水滴移动的轨迹。每一滴墨水在旋转的时候受到的作
用，跟坐在“魔盘”上的人受到的完全一样。这些墨水滴在离心作用下离
开了中心向边上移动，在边上纸片的转速比墨水滴本身的要大了许多。
在这些地方，这圆纸片仿佛从墨水�
