趣味物理学-第6章
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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滴底下悄悄地溜了过去，跑到了它
们的前面。结果每一滴墨水仿佛都落到了圆纸片的后面，退到它的半径后
面似的。它的路线正因了这个缘故才显出弯曲的形状——使我们在纸片上
看到了曲线运动的轨迹。
从高气压地方向外流动的空气流（就是所谓“反气旋”）或流向低气
压的空气流（就是所谓“气旋”）所受到的作用也完全相同。因此，墨水
滴画成的螺旋纹实在可以说是真正旋风的缩影。
受骗的植物
物体很快旋转的时候，所产生的离心作用可以达到极大的数值，这个
数值竟能够超过重力的作用。下面就是一个有趣的实验，可以使你认识一
只普通车轮旋转时候所产生的“甩开力”究竟有多大。我们都知道，一株
新生植物的茎总是向重力作用的相反方向生出的，换句话说，总是向上生
长的。但是，假如让种子在很快旋转的车轮上生长发芽的话，那么你就可
以看见非常奇怪的现象：根会生向轮外，而茎却顺着半径方向朝轮子的中
心生出。
我们好象把植物欺骗了：把影响它的重力作用，用另外一个从轮心向
外作用的力量来代替了。因为茎总是向重力相反方向生长的，因此，在这
个情形它就沿着从轮缘到轮轴的方向向轮心生长。我们的人造重力比自然
重力更大①，因此，这株幼苗就在它的作用下面生长了。
“永动机”
关于“永动机”和“永恒运动”，无论是它们的直接的意义或者引伸
的意义，大家已经谈得很久了，但是，并不见得每一个人能够真正认识这
些话所含的意义。永动机是想象中的一种机械，它能够不停地自动运动，
而且，还能够做某种有用的功（例如举起重物等）。这样的机械虽然早就
有许多人不断地想制造，却到现在还没有人能够制造成功。许多人的尝试
都失败了，这使人们肯定地相信永动机是不可能制造的，并且从这一点确
立了能量守恒的定律——这是现代科学上的基本定律。至于所谓“永恒运
动”，说的是一种不做什么功的不停运动的现象。
图41画的就是一种设想的自动机械——这是永动机的最古设计的一
种，这个设计到现在还有永动机的幻想者在复制出来。在一只轮子的边缘
上，装着活动的短杆，短杆的一端装着一个重物。无论轮子的位置怎样，
轮子右面的各个重物一定比左面的重物离轮心远，因此，这一边（右边）
的重物总要向下压，就使轮子转动。这样，这只轮子就应该永远转动下去，
至少要转到轮轴磨坏才停止。发明家原来是这样想的。但是，真正造出来
以后，它却并不会转动。发明家的设计在事实上行不通，这又是为什么呢？
原因是这样的：虽然轮子右面的各个重物离轮心总比较远，但是这些
重物的个数总比左边的少。请看图41：右边一共只有四个重物，但左边
却有八个之多。结果轮子就保持平衡状态，于是轮子自然也就不会转动，
只在摇摆几下之后，停到象图上所画的位置上①。
现在已经肯定地证明，能够永远自动运动（特别是在运动的时候还要
做出功来）的机械，是不可能构造出来的，因此，如果有谁正在向这方面
努力，那会是一种毫无希望的劳动。在从前，特别是中世纪，人们为了研
究和解决这个“永动机”（拉丁名字叫perpetuum mobile）的构造问题，
白白花了不知道多少时间和劳力。在那个时候，发明永动机甚至比用贱金
属炼黄金更叫人入迷。
普希金的作品《骑士时代的几个场面》里，就曾经描写过一位名叫别
尔托尔德的这类幻想家：
“什么叫做Perpetuum mobile？”马尔丁问。
“perpetuum mobile，”别尔托尔德回答他说，“就是永恒的运动。
只要我能够想法得到永恒的运动，那么我就将没法望到人类创造的边
缘。。你可知道，我亲爱的马尔丁！炼制黄金自然是一件动人的工作，这
方面的发现可能也是有趣而且有利的，但是，如果得到了Perpetuum
mobile。。啊！。。”
人们曾经想出几百种“永动机”，但是这些永动机没有一架曾经转动
过。每一个发明家，就象我们所举的例子里那样，在设计的时候总有某一
① 雨滴的落下速度，在我著的《趣味力学》一书里有比较详细的说明。
① 从引力的性质来看，这两种力量是没有主要分别的。
方面给忽略了，这就破坏了整个设计。
这儿是另外一种想象的永动机：一只圆轮，里面装着可以自由滚动的
沉重的钢球。这位发明家的想法是，轮子一边的钢球，总比另外一边的离
轮心远，因此，在它们的重量作用之下，一定要使轮子旋转不息。
他的想法当然是不会实现的，原因跟图41 所画的那个轮子一样。虽
然这样，但是在广告狂的美国，却有一家咖啡店为了吸引顾客，特地设置
了一只很大的这样的轮子，当然，这只轮子看来虽然象真的是由于沉重钢
球的滚动在旋转，但它实际上只是由一架隐蔽着的电动机来带动的。
这一类幻想的永动机的模型还有许多，有一个时期曾经被装在钟表店
的橱窗里，用来吸引顾客注意：这些模型都是暗地里受到电力的作用才旋
转的。
有一架广告用的“永动机”给我添了许多麻烦。我的工人学生们，看
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�
