趣味物理学-第2章

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寸步不动的小车，自行车后面弥漫着一片僵化了的尘土。。。我们的注意
被一部僵化了的马车吸引住了。车轮的上缘、马蹄、鞭子的上端以及车夫
的下颔（他正在打呵欠）——这一切，虽然慢，还都在动着；但是这辆车
上的其余一切却完全僵化了，坐在车上的人恰似石膏像一般。。。有一个
乘客在想迎风把报纸折起的时候僵化了，但是对于我们，这阵风是根本没
有的。

。。方才我所谈、所想以及所做的一切，都是当“加速剂”渗透到我

身体机能之后所发生的事，这些，对于别人以及对于整个宇宙，都只是发

生在一瞬间的事。

读者们一定很愿意知道，现代科学仪器究竟能够测到多么短的时间？
还在我们这一世纪开始的时候，就已经可以测出10；000　分之一秒来；现
在物理实验室里可以测到100；000；000；000　分之一秒。这个时间跟一秒钟
的比值，大约和一秒钟限3000　年的比值相等！

时间放大镜

当威尔斯写这篇《最新加速剂》的时候，他可曾想到，这样的事情以

后竟会在实际生活里实现？但是，他真算幸运——他居然活到了这一天，

能够有机会用他自己的两只眼睛——虽说只是在电影银幕上——看到当

时他的想象所构成的图画。这可以叫做“时间放大镜”，是把平时进行得

非常快的现象用缓慢的动作在银幕上表演出来。

所谓“时间放大镜”其实只是一种电影摄影机，它和普通电影摄影机
不同的地方，只在于不象普通摄影机每秒钟只拍摄24　张照片，而是要拍
出多好多倍的照片来。假如把这样拍得的片子仍旧用普通每秒钟24　片的
速度放映出来，那么观众就可以看到拖长了的动作，就可以看到比原来速
度慢了许多的动作。关于这一点，读者们大概在电影上也已经看到过，例
如表演跳高姿势的缓慢动作以及别种滞延动作。在比较复杂的同类仪器的
帮助之下，人们已经可以达到更缓慢的程度，简直可以看到象威尔斯的小
说里所描写的那些情形了。

我们什么时候绕太阳转得更快一些：
在白昼还是在黑夜？

巴黎的报纸有一次曾经刊出一则广告，里面说每个人只要花二十五生
丁一钱，就可以得到又经济又没有丝毫困惫痛苦的旅行方法。果然就有一
些轻率的人按址寄了二十五生丁钱去。这些人每人得到一封回信，内容是
这样的：

一

个千分之一秒里，那一共只落下0。005　毫米。


先生，请您安静地躺在您的床上，并且请您记牢：我们的地球是在旋
转着的。在巴黎的纬度——49　度——上，您每昼夜要跑25；000　公里以上。
假如您喜欢看看沿路美好的景致，就请您打开窗帘，尽情地欣赏星空的美
丽吧。

这位先生终于被人用欺诈的罪名告到法院。他听完判决，付出所判的
罚金之后，据说曾经用演剧的姿态站了起来，郑重地复述了伽利略的话：

“可是，无论如何它确实是在转着的呀！”

这位被告在一定意义上是正确的，因为地球上的居民不只绕着地轴在
“旅行”，同时还给地球带着用更大的速度绕着太阳转。我们的地球带着
它的全数居民在空间每秒移动30　公里，同时还要绕地轴旋转。

这里可以提出一个有趣的问题：我们——住在地球上的人——究竟在
什么时候绕太阳转得更快一些：在白昼还是在黑夜？

这个问题很容易引起误会，地球的一面如果是在白昼，那么它的另一
面就必然是在黑夜，那么，这个问题的提出究竟有什么意义呢？恐怕是毫
无意义的吧。

然而这不是这么一个问题。这儿要问的并不是整个地球在什么时候转
得比较快，而是问，我们——地球上的居民——在众星之间的移动究竟在
什么时候要更快一些。这样一个问题是不能够认为毫无意义的。我们在太
阳系里是在进行两种运动的：绕太阳公转，同时还绕地轴自转。这两种运
动可以加到一起，但是结果并不始终相同，要看我们的位置在地球的白昼
或黑夜的一面来决定。请注意图3，你就可以明白在午夜的时候，地球的
自转速度要和它的公转前进速度相加，但是在正午时候刚刚相反，地球的
自转速度要从它的公转前进速度里减去。这样看来，我们在太阳系里的移
动，午夜要比正午更快些。

赤道上的每一点，每一秒大约要跑半公里，因此，在赤道地带，正午
跟午夜速度的差数竟达到每秒钟整整一公里。而一个懂几何学的人也会不
难算出，在列宁格勒（它是在纬度60　度上），这个差数却只有一半：列
宁格勒的居民，午夜在太阳系里每秒所跑的路，比他们在正午跑的多半公
里。

车轮的谜

试把一张颜色纸片贴在手车的车轮（或者自行车的车胎）上，就可以
在手车（或者自行车）行动的时候看到一件不平常的现象；当纸片在车轮
跟地面相接触的那一端的时候，我们可以清楚地辨别纸片的移动；但是，
当它转到车轮上端的时候，却很快闪过去了，使你来不及把它看清楚。

这样看来，车轮的上部仿佛要比下部转动得快些。这种情形你也可以
在随便哪辆行驶着的车子的上下轮辐上看到，你看到的是轮子的上半部轮
辐几乎连成一片，而下半部的却仍旧可以一条一条辨别清楚。这儿又使人
产生一个印象，仿佛车轮的上半部要比下半部旋转得快些。

那么，这个奇怪的现象要怎样解释呢？这个解释很简单，只不过由于
车轮的上半部的确要比下半部移动得更快一些罢了。这件事实初看的确不
大好懂，但是只要这样想一下就会对这个结论完全相信：你知道滚动着的
车轮上的每一点都在进行两种运动——绕轴旋转的运动和跟轴同时向前


移动的运动。因此，就跟前节所说地球的情形一样，两个运动应该加合起
来，而这加合的结果对于车轮的上半部和下半部并不相同。对于车轮的上
半部，车轮的旋转运动要加到它的前进运动上，因为这两个运动都是向同
一方向的。但是对于车轮的下半部，车轮的旋转却是向相反方向的，因此
也就要从前进运动里减了下来。就一个静止的观测的人看来，车轮上半部
移动得比下半部更快一些，原因就在这里。

为了证明事情的确是这样，可以做一个简单的实验。把一根木棒插在
一辆车子的车轮旁边的地上，使这根木棒恰好竖直通过车轮的轴心，然
后，用粉笔或炭块在轮缘的最上端和最下端各划出一个记号，这两个记号
应该恰好是木棒通过轮缘的地方。现在，把车轮略略滚动，使轮轴离开木
棒大号B却一共只离开木棒一点儿——上面的A点比下面的B点显然是移
动了更大的一段距离。

车轮上最慢的部分

方才我们已经知道，行驶着的车子的车轮上所有各点，并不移动得一
样快慢。那么，一个旋转车轮上究竟哪一部分移动得最慢呢？

移动得最慢的，不难想象是跟地面接触那一部分的各点。严格地说，
这些点在跟地面接触的一瞬间，它们是完全没有向前移动的。

当然，以上所说的一切，都只是对于向前滚动的车轮说来是对的，但
是对于那些只在固定不动的轮轴上旋转的轮子却不适用。例如一只飞轮，
轮缘上的随便哪一点都是用相同的速度在移动的。

不是开玩笑的问题

下面还有一个很有趣的问题：有一列火车假定从甲地驶向乙地，在这
列车上有没有这样的一些点，在跟路轨的相对关系上说，正在向反方向—
—从乙地向甲地——移动着？

你觉得这个题目出得荒唐吗？但是事实上这列车的每一个车轮每一
瞬间有这种向反方向移动的点。你可知道它们究竟在什么地方吗？

你当然知道火车轮缘上有一个凸出的边。好，那么让我来告诉你，当
火车向前行进的时候，这个凸出边的最低一点竟不是向前移动，而是向后
移动的！

你觉得奇怪吗？好，那么做完下面这个实验你就明白了。找一个圆形
的东西，例如一枚硬币或者一个钮扣，把一根火柴用蜡粘在这圆东西的直
径上，让它有长长的一段露出在外面。现在，把这个圆东西放在尺边上的
C　点，把它从右向左滚动，你就可以看到火柴的F、E、D　各点不但没有跟
着向前移动，倒相反地向后退去，火柴上离圆东西的边越远的点，在圆东
西向前滚动时候倒退的现象也越显著（D　点移到了D■点）。

火车的车轮凸出部分的下端当火车前进的时候，也恰好跟我们这个实
验里的火柴露出的部分一样，是向反方向移动的。

现在，我说在飞驶着的火车上有一些不是向前而是向后移动的点，你
已经不会觉得奇怪了。这个反方向的移动固然一共只延续几分之一秒，尽
管在我们的印象里一向都没有这种认识，但是在飞驶的火车上向反方向移


动的点终究是有的。这一点，图6　和图7　可以给我们很好的解释。

帆船从什么地方驶来？

假定有一只舢板，正在湖上划行，并且假定图8　里的箭头a　表示它的
行动方向和速度。前面有一只帆船，正在跟舢板垂直的方向上行驶着，箭
头b　表示帆船的方向和速度。假如有人问你，这只帆船是从什么地方驶来
的，你一定立刻能够指出岸上的M　点来；但是，假如把这个问题提给坐在
舢板上的乘客，那么他们会指出完全另外的一点来。为什么呢？

原因是，舢板上的乘客所见到的帆船行进的方向，并不是跟他们的行
动方向垂直的。因为他们并不感到自己的本身运动：他们只觉得仿佛自己
是停在原地不动，而周围的一切却用他们一样的速度向反方向在移动。因
此，对于他们，帆船不只沿箭头b　移动，同时还沿着跟舢板行动方向相反
的虚线箭头a　的方向移动，帆船的这两个运动——实际运动跟视运动——
按照平行四边形定律加合起来，结果使舢板上的乘客觉得帆船是沿着用a
和b　做两邻边的平行四边形的对角线移动，也正是这个缘故，舢板上的乘
客才会认为帆船的出发点不是岸上的M　点，而是N　点，照舢板前进方向来
说，是比M　点更在前面。

我们在跟着地球沿公转的轨道移动，遇到星体的光线的时候，对于各
星体位置的判断，也正犯了舢板乘客判断帆船位置的同样错误。因此，各
星体的位置对于我们或多或少有沿地球行动方向向前移了一些的感觉。当
然，地球移动的速度跟光速相比是太渺小了（只等于光速的10，000　分之
一）；因此，星体的视位移也并不显著，但是这个位移仍旧可以用天文仪
器来发现。这个现象叫做光行差。

假如这类问题引起了你的兴趣，那么，请你试就上面所提的帆船的题
目把下面几个问题回答一下：

（1）对于帆船上的乘客，他们觉得舢板正向什么方向行进？
（2）帆船上的乘客认为这只舢板要划向什么地方去？
要回答这两个问题，应该在a　线上
画出速度的平行四边形；这个平行四边形的对角线就表示帆船上的乘客认
为舢板行驶的方向，以为舢板正在他们面前斜驶，仿佛正预备靠岸一样。

第二章重力和重量·杠杆·压力

请站起来！

假如我向你说：“请你坐到椅子上去，我可以肯定地说，你一定站不
起来，虽然并没有用绳子把你绑在椅子上面。”你一定要认为这话是在开
玩笑。

好的。那么，请你象图10　的样子坐下来，把上身挺直，而且不准把
两只脚移到椅子底下去。现在，不准把上身向前倾，也不许改变两脚的位
置，请你试试看站起身来。

怎么，不成吧？无论你花多大力气，只要不把上身向前倾或者把两脚
移到椅子底下去，你就休想站得起来。

要明白这是怎么一回事，我们得先来谈些关于物体以及人体平衡的问


题。一个站立着的物体，只有当那条从它重心引垂下来的竖直线没有越出
它的底面的时候，才不会倒下，也就是说，才能够保持平衡。因此，象图
11　的那个斜圆柱体无疑的是要倒下去的；但是，假如它的底面很宽，从
它的重心引垂下来的竖直线能够在它的底面中间通过的话，那么这个圆柱
体就不会倒下了。在比萨和波伦亚的所谓“斜塔”以及在阿尔汉格尔斯克
的所谓“危楼”，虽然都已经相当倾斜，却并没有倒下来，正就是因为从
它们重心引下的竖直线并没有越出它的底面的缘故（当然还有次要的原
因，那就是这些建筑物的基石都是深埋在地面以下的）。

人在站立着的时候，也只在从他的重心引下的竖直线保持在两脚外缘
所形成的那个小面积以内的时候才不会跌倒。因此，用一只脚站立是比较
困难的；而在钢索上站立就更加困难：这是因为底面太小，从重心引下的
竖直线很容易越出它的底面的缘故。你可曾注意到老水手们走路时候的古
怪姿势吗？他们一生都在摇摆不定的舰船上度过，那儿从重心引下的竖直
线每秒钟都有可能越出两脚之间的面积的范围；为了不至于跌倒，老水手
都习惯把他们的身体的底面（就是两脚之间的面积）尽可能放大。这样他
们才可能在摇摆的甲板上立稳；自然，他们这种走路的方法也沿用到陆地
上来了。

我们还可以举出一些反面的例子，就是平衡增进了人体姿势的美观。
你可曾注意到，一个在头上顶着重物走路的人，他的姿势是多么匀称！大
家也都见过头上顶着水壶的女人的优美姿态。她们头上顶着重物，因此一
定要使头部和上身保持笔直的状态，否则，只要有一点偏斜，从重心（这
时候重心的位置比一般人提高了许多）引下的竖直线就会有越出底面范围
的危险，那么人体的平衡就要给破坏了。

现在，让我们还是回到方才坐定以后站起身来的那个试验上来。

一个坐定的人，他的身体的重心位置是在身体内部靠近脊椎骨的地
方，比肚脐高出大约20　厘米。试从这点向下引一条竖直线，这条竖直线
一定通过椅座，落在两脚的后面。但是，一个人要能够站起身来，这条竖
直线却一定要通过两脚之间的那块面积。

因此，要想站起身来，我们一定要把胸部向前倾或者把两脚向后移。
把胸部向前倾，是要把重心向前移；把两脚向后移，却是使原来从重心引
下的竖直线能够位置在两脚之间的面积之内。我们平常从椅子上站起身来
的时候，正就是这样做的。假如不准许我们这样做的话，那么，你已经从
方才的实际经验里体会到，想从椅子上站起身来是不可能的。

步行和奔跑

你对于自己每天都要做千万次的动作，应该是很熟悉的了。一般人都
在这样想，但是这种想法并不一定正确。最好的例子就是步行和奔跑。真
的，我们还有什么比对这两种动作更熟悉的呢？但是，想要找到一些人能
够正确地解答我们在步行和奔跑的时候究竟怎样在移动我们的身体，以及
步行和奔跑究竟有些什么不同，恐怕也并不太简单。现在我们先来听一听
生理学家对于步行和奔跑的解释。我相信，这段材料对于大多数的读者，
一定是很新鲜的。

假定一个人正在用一只脚站立着，而且假定他用的是右脚。现在，假


定他提起了脚踵，同时把身体向前倾①。这时候，从他的重心引下的竖直
线自然要越出脚的底面的范围，人也自然要向前跌