二`科學的創新4
摩擦力為什麼會“消失”
“啊，提高了40％，這不可能!”
法國的海軍工程師們驚叫起來。
像其他船廠一樣，20世紀40年代巴黎的一家海軍造船廠，也用人工水池來檢測艦船模型的性能。這個模型長約2米，是真船大小的1／100。
每過幾個月，工程師們就要在同樣的水池、同樣的船模和同樣的功率下，重複試驗。
可是有一天，他們發現試驗緒果無法重複了。實驗室裏一片困惑，於是有了前麵的驚叫。
原來，“罪魁禍首”就是水池中的水。因為換大水池中的水費用很高，所以他們好幾個月沒有換水了，於是水中就滋生了一種小海藻。這種海藻會分泌出微量的高分子——一種長鏈的多糖，它能減少固體和液體間的摩擦力。找到了原因，工程師們很快就解決了這個問題：往水池裏多加些氯氣，防止海藻滋生。這樣，船模就立即降到穩定而正常的速度。
那麼，可不可以發明一種高分子物質，來減少固體和液體間的摩擦力呢?
科學家們發明出來了，而且得到了實際應用。
一幢高層大樓的11層發生火災，上麵有一個小女孩困在大火裏。消防隊員把水龍頭對準了11樓，可是，不管他的水龍頭怎樣威猛，水也隻能射到8樓。怎麼辦呢?
消防隊員把一小撮奇妙的高分子材料——長鏈的多氧素加到水裏，消防龍頭的水柱立刻增高了30％。水噴到了11樓，小女孩得救了!
消防隊員“以少勝高”——10升水裏隻加了2克多氧素，而它1千克才幾十元。他們的功勞有科學家的一半——多氧素大大地減小了水和水龍頭之間的摩擦力。
類似的故事發生在英國。布列斯托爾市是英國西部一個已經建城800多年的港口城市，它的下水道，是19世紀中葉的維多利亞時代建造的，後來日益陳舊，不堪重負。要檢修整個係統費用極高。市政工程師們又想起了多氧素——加進一丁點就讓汙水“健步如飛”。
為什麼在溶液裏有了一點高分子物質，固體和流體之間的摩擦力就會大減呢?
在水裏加一點高分子物質——就像在湯裏加一點麵條，會使水的黏度變大。一般來說，黏滯的流體總比清澈的流體流得慢——就像蜂蜜比牛奶流得慢一樣。但是，在水中加了高分子物質以後，我們卻看到了恰恰相反的現象 水反而流得快了。
有研究者認為，多氧素的小顆粒可能會堆積在一起，在流體中形成一個個小彈簧，產生彈性效應，因此降低了摩擦力。
那麼，摩擦力的降低到底和液體的邊界層有沒有關係呢?科學家們爭論了10年之久。
有趣的是，解決爭端的，並不是理論，而是德國科學家進行的一個聰明的實驗。
這個實驗是在一個流著水的長管子裏做的。管子中部有一個噴嘴同一段細管相連，多氧素從噴嘴噴向水流的下遊。顯然，管子裏的流體明顯被分成了三部分。
在噴嘴左邊“上遊”的P區，是純水區。通過測量P1、P2的壓力差，可以知道這個區域裏的摩擦力比較大。
在噴嘴右邊“下遊”的D區，是均勻區。由於液流引起的湍流，多氧素流到這裏的時候，已經和水很均勻地混合起來了。這裏的摩擦力比較小。這一點。符合我們前麵在大樓救火、城市下水道裏看到的情況。
“中遊”L區在高分子噴嘴A和區域D之間。由於水流速度相當快，多氧素一旦進入水裏，不會反向流動。在這個區域，高分子開始逐漸充滿管子，但是還沒有到達管壁。令人吃驚的是，這裏的摩擦力已經大大降低了。顯然，在L區不可能形成上麵所說的湍流邊界層。
實驗結果很明確——摩擦力下降，和邊界層的性質無關。
法國海軍造船廠在半個世紀之前就看到了這一現象，雖然至今還沒有完全弄明白到底是什麼原因。但是，上麵的實驗事實勝於10年無謂的爭辯。這給了我們一個很重要的啟示。
出生在德國的玻恩(1882～1970)，1943年在英國工作的時候，做了一個題為《物理實驗和理論》的報告。報告的最後一句話是：“對那些想要學會科學預見藝術的人們，我建議他們不要把自己約束在抽象的推理上，而應當盡力去譯解大自然文庫所傳達的自然界密碼，這個大自然文庫就是——實驗事實。”
這句精彩的名言，出自玻恩這位量子力學的創立者之一、1954年諾貝爾物理學獎兩位得主之一的理論物理學家，就顯得更加精彩。於是，我們再次想起了那句同樣精彩的名言：“實踐是檢驗真理的惟一標準。”
當然，多氧素加進水中以後，摩擦力並沒有完全消失，但是大大減小了。
摩擦力讓人又恨又愛、愛深恨也深。
“想說愛你不容易”的例子是，在我們需要物體快速運動的時候，摩擦力一定會“反其道而行之”——像前麵消防隊員水龍頭中的水那樣，或者在我們需要“車子快跑”的時候。
“愛你在心口易開”的例子是，如果沒有摩擦力，鐵釘和螺釘會從牆上或螺母中滑出來，我們的手也拿不住東西，行駛的車輛刹不住車。1927年12月21日，倫敦地麵結了冰，車輛行動都發生困難，大約有1 400人摔壞了手腳，被送入醫院。
“愛有多深，恨也有多深”的例子是，如果沒有摩擦力，車輛無法啟動和行駛；而一旦行駛起來，又想摩擦力小一些而“多裝快跑”，並且節約燃料。但是，在“緊急刹車”的時候，我們卻希望它是“無窮大”，讓車輛“戛然而止”——不過，此時車輛中的人也會因慣性而“勇往直前”，和車輛中前麵的物體“親密接吻”了。