正文 第六章 無處不在的力學故事(1 / 3)

——難以擺脫的束縛.

在距今一千七百多年前,中國處於魏、蜀、吳三國鼎立時代。當時,曹操自封為丞相,擁兵百萬,挾天子以令諸侯,稱霸於中國北方。

孫權憑借長江天險,割據東南一片河山。曹操還在為最後蕩平北方袁紹集團而努力,因此與孫權集團尚未發生軍事衝突,所以曹操與孫權交往還很密切。一次孫權從南方弄來幾頭大象,知是北方的稀罕物,就特意送了一頭大象給曹操。

大象被運到許昌,引起了巨大的轟動,因為北方人根本沒見過大象,隻是從書上圖畫中知道有這種動物。孫權的使者牽著大象從城中一過,引得無數人來圍觀,但不敢近前。大象實在是太大了,大得人們都有些害怕。曹操也帶著臣子們一起去看大象。

忽然曹操問:“這大象有多少斤重?誰能夠稱一稱?”

眾位臣子、謀士都愣住了,一時不知如何回答。其實都在盤算:用秤稱,可哪有這麼大的秤呢?即使砍伐一棵大樹,做成一杆大秤,可又哪有這麼大的氣力把它提起來呢?何況還要把這麼大的一頭象提起來?還有一個辦法,就是把象殺掉,分成一塊一塊地稱,還得把所有的血都接起來,一點兒也不能拋灑……這種笨拙的辦法是絕對不能對丞相提的,說出來豈不是自找沒趣。

曹操想了一會,也知道這是個難題,可他還是問了一句:“難道真沒有辦法稱這個大象了嗎?”

當大家依然沉默之際,忽聽到一個童聲道:“我有辦法!我能稱象!”

循聲看去,原來是曹操的小兒子曹衝,他也是好奇來看大象的。曹衝從小就聰明伶俐,平時偶爾出些主意、談些看法,其智力並不比大人差,所以曹操並不責怪他說孩子話,反而十分認真地問他:“你有什麼辦法?快說給大家聽聽!”曹衝說:

“你把大象牽到河邊,再準備一條大船和一些石頭及杆稱。”

反正是好奇,曹操就下令照曹衝的安排準備。安排就緒之後,曹衝說:

“先把大象牽到船上去!”

大象牽上船後,船就沉下去一些。曹衝又吩咐,在船舷上沿水麵畫上一道線,然後把大象牽上岸。船又浮起來,還了原。這時曹衝又指揮大家用籮筐裝著石頭運上船,直到船身下沉到那道線時為止。這時曹衝就說:“現在船上的石頭和大象一樣重,你們把石頭抬上岸,一筐筐地稱,稱出的總數就是大象的重量。大象就有那麼重。”

曹操至此完全明白了曹衝稱象的辦法,高興得大笑:“好聰慧的衝兒!”

眾位大臣和謀士也不得不從心底裏佩服六歲曹衝的早慧。

曹衝稱象的方法顯然是從船裝貨物中受到啟發的。這是物理學中“浮力定律”的實際運用:浸在液體中的物體受到向上的浮力,浮力的大小等於物體所排開液體的重量。這條定律是古希臘科學家阿基米德發現,並以他命名的。相隔幾百年的東方小孩曹衝稱象的故事與他真是一個巧合,顯示出曹衝的聰明和才智。

可惜,曹衝在建安十三年(208年)身患疾病,短命夭折,死時隻有13歲。

名聲大噪的貧鈾彈1991年,以美國為首的多國聯盟在聯合國安理會授權下,為恢複科威特領土完整而對伊拉克進行了軍事進攻,這次戰爭稱為海灣戰爭。這次戰爭中美軍配有最先進的“艾布拉姆斯”120滑膛炮的M1A1坦克在向前推進中,向伊方陣地發射了4200多發貧鈾彈,不但伊拉克的T-55、T-62老式坦克慘遭摧毀,就連T-72這樣的新式坦克也難逃厄運。

萬般無奈之中,伊軍把坦克隱蔽在沙牆後麵,並用堅固的防護設施加以偽裝。但美軍M1A1坦克的120毫米坦克炮發射的一發M829A1貧鈾彈在穿透了15米厚的沙牆和防護偽裝設施後,仍擊穿了坦克前部裝甲(厚約200毫米),直穿車尾,引爆了車內彈藥,掀掉了炮塔。從此,M829A1貧鈾彈名聲大噪。

實際上,在海灣戰爭中以美國為首的多國部隊還用飛機向伊方發射了貧鈾彈。正當美國為海灣戰爭的勝利而高興時,參加海灣戰爭的美軍部分軍人反映,他們得了一種怪病,有體力衰減、皮膚斑疹、頭痛失眠、胸悶氣短、嘔吐腹瀉、全身乏力、肌肉和關節疼痛、記憶力喪失等症狀。怪病還出現在軍人配偶和子女身上,導致了多起畸胎和先天缺陷病例的產生。這種“海灣戰爭綜合征”使美軍參戰人員及家庭深受其害。外界輿論紛紛指責貧鈾彈使用國,一時鬧得沸沸揚揚。

科索沃戰爭之後,歐洲媒體又相繼披露許多在巴爾幹地區執行過維和任務的歐洲軍人患上了失眠、頭暈、脫發、精神恍惚等怪病,其中已查出有50多人得了癌症或白血病,至少有18人已經死亡。許多人認為,這是北約在波黑戰爭和科索沃戰爭期間使用貧鈾彈造成的惡果。由於此次發現的歐洲國家軍人所得病症與當年的“海灣戰爭綜合征”相仿,故稱之為“巴爾幹綜合征”。

南聯盟的一些國際法專家在報紙上撰文指出,由於貧鈾彈是國際法嚴禁使用的武器之一,北約在南聯盟境內大肆使用貧鈾彈,是對國際法準則的公然踐踏,貧鈾彈對附近居民的生命安全構成了巨大的、長期的威脅。有道是“害人如害己”,在以北約為主的國際維和部隊進駐科索沃後,北約的士兵們便處在了一個危險的環境中,不少士兵由於擔心被沾染而不願呆在科索沃。美國大兵們對自己的所作所為早已是心知肚明,所以他們有備而來,為防止受到貧鈾彈的沾染,自備了所有的飲用水,加裝了很嚴密的保護措施。但即便是這樣,仍然有一部分美國士兵受到了不同程度的沾染。

貧鈾彈主要是指各種具有貧鈾彈芯的高速穿甲彈。貧鈾彈最初亮相是在1995年12月。當時駐日美軍在衝繩本島以西約100千米的衝繩縣中裏村的鳥島射擊場進行訓練時,誤射了貧鈾彈藥1520發,在日本引起了一場軒然大波。美國不但生產了大量貧鈾彈藥,還在其生產的新式M1A1坦克上采用了貧鈾裝甲彈,大大地提高了坦克的防護能力。貧鈾炸彈主要作為轟炸機或殲擊機的機載武器,對地麵的堅固目標實施攻擊,而貧鈾穿甲彈主要用作攻擊直升機或地麵發射係統對裝甲目標的攻擊武器。美軍目前生產的貧鈾彈主要有4種口徑,分別為25毫米、30毫米、105毫米和120毫米。

那麼,穿甲彈為什麼要使用貧鈾做彈頭的材料呢?

現代戰爭中各種武器裝備的裝甲防護能力越來越強,因而作戰雙方都力求生產出能夠穿透裝甲的彈丸。穿甲彈是靠非常堅硬的彈頭和足夠大的動能來穿透裝甲的。力學知識告訴我們,彈丸的動能越大,其穿透能力越強。彈丸的動能與彈丸的質量、速度大小有關。因此,穿甲彈大多是一些速度高、金屬比重大的彈種。穿甲彈的初速度一般都在1000米/秒以上。在彈丸的體積相同的條件下,彈頭的密度越大,硬度越高,穿透裝甲的能力也就越強。

貧鈾英文簡稱DU(DEPLETED

URANIUM)。在天然鈾中占主要成分的是鈾238,而用於核武器和核燃料的鈾235隻占天然鈾成分中的0.7%。

經過提取後剩餘的鈾礦石中鈾235含量很低。這種鈾235含量比天然鈾更低的鈾就是貧鈾。貧鈾作為生產核燃料的副產品,在過去相當長的時間內被當做核廢料處理,而核廢料處理費用是相當巨大的。於是一些發達國家就將貧鈾用於新彈藥的研製,生產出了貧鈾炸彈和貧鈾穿甲彈等。

貧鈾的金屬性能是其他金屬所不能取代的,它具有高密度、高硬度、高韌性等物理特點,其密度為193克/厘米3,可以與鎢相匹敵,幾乎是鉛的2倍。對於同等體積的彈丸,貧鈾彈的破壞能量遠遠大於除核武器之外的其他炸彈。此外,由於貧鈾易於氧化,穿甲時發熱燃燒快,可以迅速形成較強的後破壞作用,進而殺傷裝甲車內的乘員及損壞其內部的設備。所以,貧鈾成為製造穿甲彈的最佳材料。

貧鈾的毒性包括放射性毒性和作為金屬的化學毒性兩個方麵。鈾238能夠輻射一定的α射線,半衰期長達449億年,而最主要的危害還在於其燃燒後產成的有毒粉塵。如果人或動物吸入了貧鈾彈爆炸時產生的有毒塵埃,就會對身體造成嚴重傷害,容易引起包括白血病在內的多種癌症;而貧鈾彈爆炸後產生的放射性微粒也可使水源和土壤造成二次汙染,而且持續時間會長達數百年以上,因而它的危害與原子彈爆炸後造成的放射性沾染相比並不遜色。

目前,美國已經生產出了數百萬枚貧鈾彈藥,除放置在本土外,在駐日、駐韓美軍基地也存放有大量的貧鈾彈藥,這對世界的和平和安寧形成極大的威脅。

阿基米德推戰船公元前213年,羅馬帝國以大批戰船,企圖征服位於地中海西西裏島的小國敘拉古。敘拉古是阿基米德的家鄉,出於保衛祖國的正義感,他利用科學原理,幫助敘拉古軍隊取得了勝利。

為了準備迎戰,敘拉古人造了一批大船。船造好後,卻出現了難題:由於船體太大,無法推下海去。

敘拉古國王立即召見阿基米德,並問道:

“尊敬的阿基米德先生,眼看戰期快到,不知先生有何法子將我國造的大船推下海去,以便作戰。”阿基米德回答說:

“陛下,我可以利用杠杆原理將船推下海去。”

隨後,阿基米德製作了一套滑輪杠杆裝置,把係在大船上的繩子末端遞給國王,說:

“陛下隻要將繩子一拉,大船自然就會滑向海裏。”果然這招很靈,國王將繩子一拉,不一會兒大船就滑向海麵去了。

在物理學中,我們把在力的作用下能繞固定點轉動的硬棒叫做杠杆,這個固定點叫做支點。在杠杆上作用著兩個力,一個是使杠杆轉動的力,叫做動力;另一個是阻礙杠杆轉動的力,叫做阻力。當我們使用杠杆時,杠杆的轉動,不僅與力的大小有關,還與支點到力的作用線的距離有關。

從支點到力的作用線的距離叫做力臂。從支點到動力作用線的距離叫動力臂;從支點到阻力作用線的距離叫阻力臂。從大量的實驗中,人們得到了杠杆的平衡條件:

動力×動力臂=阻力×阻力臂根據這一公式,我們可以得出以下三個結論:一是當動力臂大於阻力臂時,使用杠杆省力。動力臂是阻力臂的幾倍,動力就是阻力的幾分之一。二是當動力臂小於阻力臂時,使用杠杆費力,但省距離。三是當動力臂等於阻力臂時,使用杠杆不能省力,隻能改變力的方向。

在人們的實際生活和生產中,經常要用到杠杆這一工具。比如,我們用起子開啤酒瓶蓋,用羊角錘起釘子,都是運用了杠杆能夠省力的原理。

發出“轟轟”聲的怪物1944年6月6日,美國、英國在諾曼底地區實施大規模登陸,開辟歐洲第三戰場。

德軍腹背受敵,麵臨徹度覆滅的命運。

戰爭狂人希特勒為了作垂死的掙紮,把他手中的法寶,剛剛裝備部隊的秘密武器V-1和V-2導彈亮了出來,企圖用導彈對英國進行襲擊,以挽回敗局。

1944年6月13日清晨,薄霧籠罩著英吉利海峽,陽光正緩緩地透過彌漫的晨霧照射著倫敦城。

這是個陽光明媚的好天氣。自盟軍在諾曼底登陸以來,人們臉上浮現出勝利的微笑。然而,就在這一天,當地百姓驚奇地看見幾個怪物,尾噴烈焰,直向倫敦撲來……“轟”一聲沉悶而巨大的爆炸聲驚天動地,頓時,人們愣住了,傻站在那裏,互相對望,不知所措。

“發生了什麼事?”

伴著刺耳的嘯叫,又有4起爆炸聲回蕩在倫敦上空。人們側耳細聽,試圖分辨出爆炸聲來自何方,高射炮旋轉著,皇家空軍的戰鷹緊急升空,到處尋找投彈的敵機。然而,天空卻是白茫茫的一片……與此同時,在英國首都南部地區也發生了類似事件。

6月16日淩晨2時許,一陣淒厲的空襲警報劃破了倫敦寂靜的夜空,人們紛紛從床上躍起,奔向防空洞。住在倫敦南郊的防空隊員約翰·依福斯聽到警報後,迅速穿好衣服,向自己的戰鬥崗位奔去。他剛出房門,便聽到天空中傳來奇怪的聲音,他循聲望去,發現空中有一個小亮點,正發著怪聲斜著落向地麵。

幾秒鍾後,便聽到一聲驚天動地的爆炸聲。約翰·依福斯迅速向出事的地點奔去。當他趕到出事地點時,消防車和救護人員都已來到現場。

隻見地麵上有一個大坑,周圍散落著被燒焦的金屬碎片,但沒有發現飛行員的屍體。當夜,倫敦南郊又落下了幾架這樣的“飛機”,同樣沒有找到飛行員的蹤影。

16日,納粹德國廣播電台便宣布了襲擊倫敦的消息。納粹德軍偵察機在倫敦上空盤旋一陣後,得意揚揚地向柏林報告說:

“火勢比任何一次轟炸機的轟炸都更為猛烈。”

17日,納粹德軍最高統帥部印製了一份傳單,向在諾曼底地區防守的德軍散發,企圖為德軍鼓勁。傳單上寫著:

“……6月6日敵人侵入諾曼底沿海,16日我軍用新式報複武器對倫敦及英國東南部城市進行猛烈的襲擊,使敵人遇到嚴重的困難,敵人的供應和增援後備隊將陷入混亂……”

這裏所說的“新式報複武器”,就是希特勒的秘密武器——V-1飛航式導彈。V-1導彈的總質量為2200千克,彈長76米,最大直徑082米,翼展53米,使用脈衝式空氣發動機,戰鬥部裝藥700千克,以550~600千米/時的速度航行時航程可達到370千米,飛行高度2000米,發射時用彈射器彈射升空,然後按預定彈道自動操縱飛行。

從6月到9月的整個夏季,德國共發射V-1導彈9017枚,許多導彈突破了英國的防空火力網擊中了目標,使英國的大城市(特別是倫敦)遭到嚴重的破壞。9月8日,德軍又以世界上最早的彈道式導彈——V-2導彈對英國進行更加猛烈的襲擊,至1945年3月27日盟軍攻占德軍設在瓦沙那爾的V-2導彈發射基地止,德軍共向英國發射V-2導彈約1115枚,向其他歐洲大城市發射V-2導彈約1675枚。