力 學 奧 秘(2 / 2)

當石塊在船上時:船、人、石受到的總浮力=船、人、石所受的重力

當石塊投入水中後:船、人、石受到的總浮力=船與人所受的重力+與石塊同體積的水所受的重力

因為石塊所受的重力比同體積的水所受的重力大,所以當石塊投入水中後,船、人、石受到的總浮力小於石塊在船上的總浮力。我們都知道,浸在流體中的物體受到向上的浮力,其大小等於物體所排開流體所受的重力,這就是阿基米德定律,現將它應用到我們的問題中來。總浮力較小,被排開的水的體積就較小,池中水麵就較低。所以我們的結論是:船上的人把石塊投入水中後,池中水麵的高度將降低。

水槍與水炮

說來你也許不相信,一股細細的高壓水流能射穿12毫米厚的鋼板,恰似具有和炮彈一樣大的威力。這是一種叫“水炮”的高壓發生器射出的高壓水細射流,它的直徑隻有15毫米,但速度高達7000米/秒!這樣的高速是怎樣產生的?

這種水炮采用電、液壓或壓縮空氣作動力,先將水炮中的活塞向噴嘴的另一端移動,使氣體壓縮。積蓄能量,然後突然鬆開活塞,由於氣體的膨脹,使活塞迅速衝向噴嘴,在極短的瞬間裏,將封閉的水推擠出去。如果釋放的時間是蓄能時間的1%,就能獲得100倍的瞬時功率。用於切割時它所產生的壓強高達幾百兆帕。

如果隻需要幾十兆帕的高壓水細射流,這隻要用一種叫柱塞泵,的“水槍”就行了。電動機通過曲柄、連杆和十字頭,使一隻柱塞在泵內往複運動,擠壓泵內的水,產生高壓水,其原理與打氣筒打氣一樣。如果高壓水從一隻直徑很小的噴嘴裏射出來,就成了一股高壓水細射流。用這種柱塞泵能產生壓強為200兆帕以下的高壓。

船吸現象

1912年秋天,“奧林匹克”號正在大海上航行,在距離這艘當時世界上最大遠洋輪的100米遠處,有一艘比它小得多的鐵甲巡洋艦“豪克”號正在向前疾駛,兩艘船似乎在比賽,彼此靠得較攏,平行著駛向前方。忽然,正在疾駛中的“豪克”號好像被大船吸引似地,一點也不服從舵手的操縱,竟一頭向“奧林匹克”號撞去。最後,“豪克”號的船頭撞在“奧林匹克”號的船舷上,撞出個大洞,釀成一件重大海難事故。

我們知道,根據流體力學的伯努利原理,流體的壓強與它的流速有關,流速越大,壓強越小;反之亦然。用這個原理來審視這次事故,就不難找出事故的原因了。原來,當兩艘船平行著向前航行時,在兩艘船中間的水比外側的水流得快,中間水對兩船內側的壓強,也就比外側對兩船外側的壓強要小。於是,在外側水的壓力作用下,兩船漸漸靠近,最後相撞。又由於“豪克”號較小,在同樣大小壓力的作用下,它向兩船中間靠攏時速度要快得多,因此,造成了“豪克”號撞擊“奧林匹克”號的事故。現在航海上把這種現象稱為“船吸現象”。

鑒於這類海難事故不斷發生,而且輪船和軍艦越造越大,一旦發生撞船事故,它們的危害性也越大,因此,世界海事組織對這種情況下航海規則都作了嚴格的規定,它們包括兩船同向行駛時,彼此必須保持多大的間隔,在通過狹窄地段時,小船與大船彼此應作怎樣的規避,等等。