二`趣味物理3
長明的航標燈
在靠近港灣的近海，為了使船隻安全進出港，總要設置很多航標燈為夜航船指引航向。以前的航標燈一般靠專人專船去安裝或更換電池，非常麻煩，費用也很大。
1940年，英國工程師繆特爾發明了一種波浪發電機，利用海浪上下運動的力量驅動空氣渦輪機發電，使航標燈點亮。它的原理並不複雜：當海浪上下波動時，浮體也上下運動，空氣室中的空氣不斷受到壓縮和擴張，如同風箱一樣。受壓縮的空氣從露出海麵的噴口處以極快的速度噴出，衝向渦輪機，使它快速旋轉，這樣就帶動發電機發電了。
從此以後，絕大多數的航標燈都采用了這種裝置。再也不用派人去為航標燈點亮了。
繆特爾工程師是一個善於思考的聰明人。他的別墅建在山上，經常停水，他便在別墅的房頂上設置了一個水池。他把一個家用的活塞式抽水機用連杆與別墅的大門連接在一起。每一個人推門進屋都可以給屋頂上的水池壓上20千克的水。客人們到別墅來都抱怨繆特爾家的大門太重了，開門特別費勁，建議他修理一下。繆特爾總是笑著說：“不用修。這大門是我家水池抽水機的能源。你一推門，我用水就不犯愁了!”客人們了解內情後，都誇繆特爾會動腦筋。正是這種善於想竅門動腦筋的性格使繆特爾成為一個擁有多項專利的發明家。
繆特爾還是一個做事非常執著的人。他認準了的事，千方百計也要做成功。
雞蛋能不能在光滑的桌麵上立住?這是一個古老的問題。
人們都認為這是不可能的，但後來卻找到了兩種解決的辦法。
一種是大家熟知的哥倫布解法。他把雞蛋往桌子上一磕，蛋殼碎了，但是雞蛋立住了。誰也沒像哥倫布這麼做過、想過，哥倫布做了，並體現了一種超常的創新探索精神。這正是發現“新大陸”所需要的精神。
另一種是比較科學的巧妙做法。將雞蛋一旋，雞蛋在旋轉中也立住了。
此後的幾百年間，人們隻把這個問題當做“腦筋急轉彎”的題來考孩子們。但還有一些人仍然不屈不撓地把它當作一個科學命題來研究。即：如果不把雞蛋磕碎，也不旋轉雞蛋，雞蛋能不能立住呢?
繆特爾就是這些“鑽牛角尖”的人中的一個。他把雞蛋放到顯微鏡下觀察，發現蛋殼表麵是個起伏不平的粗糙麵：高處的平均高度是02毫米，高點的平均間距是08毫米。在鉛筆芯那樣大的麵積內，至少有3個以上的高點。從物理學的原理講，隻要雞蛋的重心垂線通過這3個點的中間，雞蛋從理論上講就可以立起來。繆特爾反複進行了無數次的實驗，真的把雞蛋完好無損地靜止地立起來了。
繆特爾就是這麼一個極富智慧又具有認真分析觀察態度的科學家。
有一次，繆特爾從英國乘海輪到法國去。傍晚時分，他看到航標工們駕著小船去給航標燈更換電池。他想，海浪一起一伏的動力，為什麼不利用來發電，解決航標燈的電源呢。從此，他與海浪結下了不解之緣，常常一個人坐在海邊觀察海浪，思索如何將上下運動的波能轉變成高速旋轉運動的機械能，從而帶動發電機發出電力。有一天傍晚，他在海邊呆久了，直到下起了小雨，他才匆匆往回趕。路途中，雨越下越大，繆特爾躲進一家鐵匠鋪避雨。看著鐵匠太太的手一進一出地扯動風箱，他不禁心中一動。他冒雨衝回家中，連夜在地下室裏幹了起來。經過3天的奮戰，繆特爾造出了像風箱一樣的空氣活塞式波浪發電裝置。
這個發電裝置有一個直徑60厘米、長4米的圓筒，上麵設有兩個活塞室，垂直沉下海去，部分浮出水麵，活像一個浮標。當海浪上下波動時，活塞室中的空氣不斷受到壓縮和擴張，如同風箱一樣。受壓縮的空氣從露出海麵的噴口中以極快的速度噴出，衝向渦輪機葉片，使它快速旋轉，從而帶動浮筒上麵的發電機發電。繆特爾將發電裝置送到海裏試驗，一會兒，浮筒上的燈果然亮了起來。繆特爾高興極了，他又對發電裝置做了一些改善，使發電性能更好。一個發電裝置可以發100千瓦的電，完全夠航標燈使用。
海洋波浪是由海上的風引起的海麵上的水的運動。波浪的大小取決於風，風大浪就高，風小浪就低。在一個典型的海洋中部，8秒的周期裏就能湧起15米高的波浪，而大風暴掀起的海浪可高達10米以上。奔騰起伏的海浪，蘊藏著巨大的能量。據科學家測試，海浪對海岸的衝擊力每平方米可達20～30噸，大的海浪甚至達到60噸。它像一個力大無窮的壯士，能將10多噸重的岩石拋到20～30米的高處，能把上千噸的混凝土防波堤連基衝垮，甚至還能把萬噸巨輪掀到岸上去。在1平方公裏的海麵上，一起一伏的海浪蘊藏著20萬千瓦的能量，全世界的波浪能總蘊藏量為109千瓦，是一筆巨大而取之不盡、用之不竭的能源。
波浪除了上下運動的能量外，還有橫向運動的能量和旋轉運動的能量。繆特爾的成功，激發了人們向海浪要能量的熱情，目前，世界上許多國家已經就不同方向運動的能量設計了不同的裝置進行試驗。
最常見的就是繆特爾發明的空氣活塞式波力發電機。單個的這種發電機發電能力有限，現在科學家建造了裝有許多個裝置的波力發電船。這種船長80米，寬12米，重500噸，裝有20個浮筒，在3米高海浪的水麵上，能發電2000千瓦左右。
現在還研製出了一種固定式海岸波力發電裝置。它把空氣活塞室固定在海岸邊，通過管道內水麵的升降來代替浮筒的上下，使活塞室內的空氣反複受到壓縮和擴張，從而將橫向運動的波能轉化為機械能，帶動發電機發電，每一個海岸固定式發電機容量為1000千瓦。
美、英、法、日等國在20世紀90年代還研製出一種更為經濟的發電裝置——氣袋式波力發電機。科學家們將一個個特製軟質氣袋浮漂在海麵上，再用鏈狀軸將它們串連成排，如同一條橫跨海麵的粗大膠管。海浪撲打氣袋，氣袋裏的空氣受到壓縮。被壓縮的空氣驅動空氣渦輪機，再帶動發電機發出電來。一套由4000個氣袋組成的波力發電裝置，可以發電2000萬千瓦。
最近，日本又開發出一種叫“人造環礁”的波力發電裝置，直徑達75米，好像一個巨大的油煎環餅，隻有頂部露出水麵。海浪衝擊環礁邊沿，並從中央噴口噴出，衝擊中間的渦輪機工作，發出電來。一個裝置的發電量為10萬千瓦。