趣味物理實驗 由歷史網(wǎng)資料整理

1 壺竅瀉水

谷應泰在《明史記事本末》中介紹了徐有貞1453年受命往山東張秋治水之前所做的一個實驗：“初，有貞方鳩功，有言沮者，上使中使問之。有貞示以二壺，一壺之竅一，一壺之竅五，注水二壺，五竅先涸。中使還報上，上惟有貞之所為。”

這個實驗是在主張對黃河決口進行筑堤堵塞還是疏決開支河的矛盾沖突下進行的，徐有貞主張分河疏流，認為這樣易于排水，但遭到部分人的阻攔。于是，徐有貞當著欽差大臣的面演示了壺竅瀉水實驗，用事實說明分河疏流的正確性，這一主張得到了皇上的支持。

實驗是這樣進行的：取兩個形狀一樣、容積相等的水壺，在1個壺中開1個大孔，在另1個壺中開5個小孔，5個小孔開孔總面積等于大孔開孔面積，將兩壺灌滿水后，同時讓水從壺中開孔處流出。實驗結果是：開有5個小孔的那壺水先流完。

這個實驗的趣味性在于：人們通常認為只要兩壺開孔面積相等，其流量必然一致，但事實并非如此。因在兩壺橫截面積、起始時水的深度和開孔面積相等的情況下，壺中水流盡的時間決定于孔的水流量系數(shù)。若兩壺開孔形狀相同、孔緣銳利程度和水溫一致，則水流量系數(shù)決定于流速系數(shù)。在一定范圍內(nèi)，流速系數(shù)是隨水的深度減小和孔徑減少而增大的，這就是5竅之壺中的水先涸的原因。

有關壺竅瀉水的記載，還可在《明經(jīng)世文編》《物理小識》《明通鑒》中見到，只是在實驗起因、壺的開孔數(shù)目、竅口截面大小是否確定等敘述上稍有差異，但實驗結果完全相同。這個實驗也是迄今為止所發(fā)現(xiàn)的世界上同類流體力學實驗中最早的一個。

2 結環(huán)飛木

《抱樸子》載：“用棗心木為飛車，以牛革結環(huán)劍以引其機，----交罡而乘之，上升四十里---[2]，

飛車，即“竹蜻蜓”，它是一種飛行玩器。這種玩器通常用竹片或木片作飛翼，飛翼下安一轉柄(環(huán)劍)，轉柄套人用竹筒做成的手柄中。在手柄一側開孔，將繩索穿過小孔后纏繞在轉

柄上，繩的一端露在手柄外，用力抽出繩索，翼片即向空中飛去。飛車的飛行原理是：拉動繩

索，轉柄飛速轉動，并帶著飛翼作圓周運動。由于飛翼做成螺旋槳狀，它對空氣產(chǎn)生向下的作

用力。把繩索從竹簡中全部抽出后，飛翼在空氣的反作用力的推動下飛向空中。

“竹蜻蜓”千百年來一直為人們所喜愛，它與風車一樣，至今仍在民間流傳。值得注意的是，古代也有人稱風箏為飛車。 張華在《博物志》中就曾提到：“奇肱國，其民善為機巧，殺百禽，能為飛車，從風遠行。”[3]此處所指飛車，當為風箏，其飛行原理與“竹蜻蜓”不同。

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