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趣味物理学
1.1.1.5.8 怪事不怪
怪事不怪


对“永动机”的无望追求,让很多人的生活变得很不幸。我知道有一位工人,把全部的工资和积蓄都花在了制造“永动机”模型上,最后变得一贫如洗,成为自己不可能实现的梦想的牺牲品。衣衫褴褛,饥肠辘辘,却总是乞求别人资助他制造那个“一定会转起来”的“最终模型”。当然,最令人感到伤感的是,这个人之所以失去一切,不过是因为缺乏对物理学基本知识的了解。

有意思的是,尽管找寻“永动机”的努力是永远不会有结果的,但是反过来,对这种不可能性的深入探索,却带来不少有益的发现。

16世纪末17世纪初的著名荷兰科学家斯台文发现了斜面上力量平衡定律,他所使用的方法,正好可以作为以上结论的最好例证。这位数学家本应该获得更大的知名度,因为他的许多重大发现时至今日还在为我们所用:他发明了十进制小数,在代数学中引入了指数,还发现了流体静力学定律,就是后来又被重新发现的帕斯卡定律。

斯台文发现斜面上力量平衡定律时,依据的并不是力的平行四边形法则,而只是借助于一张图纸。在一个三棱柱体上挂着一串同样大小的珠子,一共是14个。在这一串珠子上会有什么样的事情发生呢?垂到下面的那部分珠子,是自然而然会保持平衡的,但是其他两部分珠子呢,会相互平衡吗?换句话说,右边的两个珠子会与左边的4个珠子保持平衡吗?当然会的,如果说不会,那么这串珠子就会自动地、不停地从右向左移动,因为当珠子滑下来以后,它们原来所在的位置总是会补上其他的珠子,这样永远也无法获得平衡。但是,我们既然知道这样挂着的一串珠子完全不会自己移动,那么显然,右边的两个珠子跟左边的4个珠子是平衡的。这看起来真是一件怪事:两个球的拉力竟然与4个球的拉力相等。从这个奇怪的现象中,斯台文发现了一个重要的力学定律。他的推论是这样的:这两段珠子——长段和短段——重量不相同:长段珠子与短段珠子的重量之比,等于斜面长边与斜面短边的长度之比。从这里可以得出一个结论,用绳子连接在一起的两个重物可以在斜面上保持平衡,如果这两个重物的重量与这两个斜面的长度成正比。

作为特殊情况,如果两个斜面中短的一个是垂直的,那我们就得到一个著名的力学定律:如果要使斜面上的物体保持不动,必须沿斜面方向施加一个力,而这个力与物体重量的比等于这个斜面的高度跟它的长度的比。

于是,从“永动机”不可能存在这一思想出发,一个力学上的重大发现就这样诞生了。