“把盛水的器皿甩著轉(zhuǎn)的時(shí)候,里面的水不會(huì)潑出來(lái);甚至把這個(gè)器皿轉(zhuǎn)得底朝天,水也不會(huì)潑下來(lái)。因?yàn)樾D(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)阻止著水潑出來(lái)。”這是二千年前亞里士多德寫(xiě)的幾句話。
圖178畫(huà)的就是這個(gè)試驗(yàn):盛水的桶轉(zhuǎn)得足夠快的時(shí)候,即使你把桶轉(zhuǎn)得桶底朝天,像圖上所畫(huà)的那樣,桶里的水也不會(huì)撥下來(lái)。毫無(wú)疑義,許多人都曾經(jīng)做過(guò)這種試驗(yàn)。這種現(xiàn)象平時(shí)都把它解釋成由于“離心力”作用的關(guān)系。
離心力是一種想象的力,它好像是加在物體上的,物體受了它的作用,總想遠(yuǎn)離旋轉(zhuǎn)軸。這種力其實(shí)并不存在:物體所以要遠(yuǎn)離旋轉(zhuǎn)軸,不過(guò)是慣性的一種表現(xiàn),而所有由于慣性的運(yùn)動(dòng),都是不必用力就可以實(shí)現(xiàn)的。在科學(xué)里,離心力的意思不是別的,只是旋轉(zhuǎn)著的物體拉緊縛住它的線或是壓在它的曲線軌道上的實(shí)在的力。這種力不是加在運(yùn)動(dòng)著的物體上的,而是加在阻止物體做直線運(yùn)動(dòng)的障礙物線、轉(zhuǎn)彎地方的鐵軌等上面的。
讓我們拋棄掉那種意義不明確的離心力的概念,來(lái)研究水桶旋轉(zhuǎn)時(shí)候所產(chǎn)生的現(xiàn)象的原因。我們可以先向自己提出這樣一個(gè)問(wèn)題:如果在桶壁上開(kāi)一個(gè)孔,沖出來(lái)的那股水要向哪個(gè)方向運(yùn)動(dòng)?如果沒(méi)有重力,這股水在慣性作用下,會(huì)沿著圓周AB的一條切線AK沖出去(圖178)?墒侵亓(huì)強(qiáng)迫這股水落下來(lái),形成一條曲線(拋物線AP)。如果圓周速度夠大,這條曲線就會(huì)落在圓周AB的外面。所以這股水告訴我們,如果不是桶阻礙著,在桶轉(zhuǎn)的時(shí)候水會(huì)走什么樣的路線,F(xiàn)在已經(jīng)很明白,水根本不會(huì)豎直向下落,因此也就不會(huì)從桶里潑出來(lái)。水只有在一種情況下會(huì)從桶里潑出來(lái),就是桶口朝著旋轉(zhuǎn)的方向。
現(xiàn)在讓我們來(lái)計(jì)算一下,在這個(gè)試驗(yàn)里水桶要轉(zhuǎn)多快,水才不會(huì)向下設(shè)。
這個(gè)速度應(yīng)當(dāng)是:旋轉(zhuǎn)的水桶的向心加速度要不比重力加速度小。因?yàn)橹挥羞@樣,才會(huì)使水沖出來(lái)的時(shí)候所走的路線落在水桶所畫(huà)的圓周的外面,而桶不管轉(zhuǎn)到哪里,水也不會(huì)從桶里潑出來(lái)。計(jì)算向心加速度a的公式是:a=v2/R在這里,v是圓周速度,R是圓形路線的半徑。在地球表面上的重力加速度g=9.8米/秒2,因此我們就有了一個(gè)不等式:v2/R≥9.8
假設(shè)R等于70厘米,那么,v2/0.7≥9.8
所以,v≥2.6米/秒
很容易算出,要得到這樣大的圓周速度,只要我們拿繩的手每秒鐘大約轉(zhuǎn)三分之二圈就夠了。這樣的旋轉(zhuǎn)速度是完全可以做到的,所以這個(gè)試驗(yàn)?zāi)芎敛焕щy地做成功。
在容器依著水平軸轉(zhuǎn)的時(shí)候,液體會(huì)壓在容器的壁上。這種性質(zhì)在技術(shù)上已經(jīng)利用在所謂離心澆鑄上。這里主要的是:不均勻的液體會(huì)按照它們的密度成層地分開(kāi)來(lái)。比較重的成分會(huì)落在離旋轉(zhuǎn)軸遠(yuǎn)的地方,比較輕的成分會(huì)落在離軸近的地方。因?yàn)檫@樣,含在熔化的金屬里會(huì)在鑄件里造成氣泡的氣體,就從金屬里分離出來(lái),跑到鑄件里面的空處。用這種方法鑄成的鑄件比較密實(shí),并且不含氣泡。離心澆鑄法比普通的壓鑄法成本低,并且不需要復(fù)雜的設(shè)備。
本文來(lái)自:逍遙右腦記憶 http://yy-art.cn/chuzhong/389409.html
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