發明家要想在技術上發明些什麼,假如他不想陷在徒勞無功的空想裏麵,就應當經常使自己的思想受到力學的嚴密定律的指導。不應該認為,發明思想所不能違背的唯一共同的原則隻是能量守恒定律。實際上還有另外一個原理,如果忽視的話,也常會使發明家走進牛角尖,使他徒勞無功地消耗自己的精力。這就是重心運動定律。
這個定律斷定,物體(或物體係統)重心的運動,不可能隻在內力的作用下改變。假如飛馳著的炮彈爆炸了,那麼,在爆開的碎片到達地麵之前,它們的重心仍然要沿著炮彈重心所移動的那條道路移動(假如不計空氣阻力的話)。有一個特別的情形就是,假如物體的重心最初是在靜止狀態的(就是說物體本來是靜止不動的),那麼任何內力都不可能使它的重心移動。
上麵我們談到,人在地球上不可能用自己的肌肉力量使地球移動,這也可以援用重心運動定律來解釋。
人作用在地球上的力和地球作用在人體上的力,都是內力,因此,它們不能夠引起地球和人體的共同重心的移動。當人回到他在地球表麵的原來位置的時候,地球也回到了它的原來的位置。
下麵是一個有教育意義的例子——一種完全新型的飛行器的設計,這個例子說明如果忽視前麵說的那個定律,會使發明家走入什麼樣的迷途。“請設想,”發明家說,“有一根閉合的管子,它由兩部分組成:水平的直線部分AB和它上麵的弧線部分ACB。管子裏盛有一種液體,不停地向一個方向流動(由裝在管子裏的螺旋槳推動)。液體在管子的弧線部分ACB裏流動的時候,會產生離心力,壓向管子的外壁。於是就產生一定的力量P,這個力量的方向向上,它不受到別的什麼向相反方向作用的力,因為液體在直線管子AB裏的流動並沒有產生離心力。”發明家從這裏做出結論:在水流速度足夠大的時候,力量P應當把整個裝置牽引向上騰起。
發明家的這個想法對嗎?甚至不必深入研究這個裝置,就可以預先肯定它不會動。實際上,由於這裏的作用力都屬於內力,它們是不可能使整個係統(就是管子連同所盛液體和使液體流動的機械)的重心移動的。因此,這部機器就不可能得到一般的前進運動。發明家的論證裏有某種錯誤,某種重大的疏忽。
他的錯誤究竟在哪裏也不難指出。設計的人沒有注意到,離心力不但應該發生在液體流動路徑的弧線部分ACB,而且還產生在水流轉彎地方的A、B兩點。這兒曲線的路徑雖然並不長,但是轉彎卻轉得很陡急(曲率半徑很小)。而我們知道,轉彎越急(曲率半徑越小),離心效應也越大。因此,在轉彎的地方應該還有兩個力量Q和R向外作用;這兩個力的合力向下作用,把力量P平衡了。發明家卻把這兩個力遺漏了。其實,即使沒有注意這兩個力,假如他已經知道重心運動定律的話,也會明白自己的設計是不中用的。
意大利的達·芬奇在400多年前的一句話說得很對,他說:力學的定律“抑製了工程師和發明家,使他們不把不可能的東西允諾自己或別人。”
知識點
能量守恒定律
能量既不會憑空產生,也不會憑空消失,它隻能從一種形式轉化為其他形式,或者從一個物體轉移到另一個物體,在轉化或轉移的過程中,能量的總量不變。這就是能量守恒定律,如今被人們普遍認同。
能量守恒定律,是自然界最普遍、最重要的基本定律之一。從物理、化學到地質、生物,大到宇宙天體,小到原子核內部,隻要有能量轉化,就一定服從能量守恒的規律。從日常生活到科學研究、工程技術,這一規律都發揮著重要的作用。人類對各種能量,如煤、石油等燃料以及水能、風能、核能等的利用,都是通過能量轉化來實現的。能量守恒定律是人們認識自然和利用自然的有力武器。
延伸閱讀
飛行的孫悟空是怎樣拍攝的
《西遊記》是大家比較熟悉和喜歡的電視劇,其中孫悟空給人們留下了美好的印象,但是善於思考的觀眾一定會問,孫悟空的“騰雲駕霧”是怎樣拍攝出來的?下麵就來談談這個問題。我們知道,平時我們所說的運動和靜止都是相對的,是相對於我們假定不動的參照物而言的。如果我們坐在封閉的火車廂裏,那麼我們將無法知道火車究竟是靜止的還是勻速行駛的,隻有拉開窗簾,看到鐵軌旁的樹木、村莊等參照物時,根據它們的位置是否發生變化,才能判斷出來。
利用運動相對性,我們就可以拍攝孫悟空的“騰雲駕霧”鏡頭了。如“孫悟空騰雲遠去”的鏡頭先分別拍攝孫悟空的動作鏡頭和景物鏡頭,然後將兩組畫麵放在“特技機”裏疊合,疊合時迅速地移動背景上的白雲和山河湖海作參照物,用攝像機把它們拍攝下來,看電視時,觀眾以白雲和山河湖海作參照物,於是便產生了“騰雲遠去”的感覺。