驚悚篇

 你知道嗎

 艾薩克 阿西莫夫 作品,第29頁 / 共37頁  

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朗讀: 

下面的情況屬於同樣的問題。假定你給一個鐘上緊發條,那麼,這個發條就比沒有上緊的同樣的發條含有更多的能量。

現在假定你讓這上緊的發條溶化在酸中。這時,能量發生了什麼變化呢?

這時能量同樣轉化為熱。如果你在開始時拿出兩杯溫度相同的酸溶液,然後讓未上緊的發條溶化在一杯酸溶液中,而讓上緊了的發條溶化在另一杯酸溶液中(把兩杯溶液互換也是一樣),結果,溶解了上緊發條的溶液的溫度會比溶解了未上緊發條的溶液高一些。

一直到1847年,在物理學家徹底了解了熱的性質之後,能量守恒定律才被人們所理解。

從那以後,由於堅信這個定律,人們才對一些基本現象有了新的了解。例如,在放射性嬗變中所產生的熱比十九世紀物理計算所預料的要多,到愛因斯坦提出了他的著名方程E=mc2,表明物質本身是一種能量形式之後,這個問題才得到解決。

同樣,在某些放射性嬗變中所產生的電子的能量太少了。1931年,泡利並不認為這種現象違背了能量守恒定律,而且提出了這樣的看法:這時不但產生了電子,還產生了另一種粒子——中微子,中微子帶走了其餘的能量。他的看法是對的。

第79節

如果一個物體是靜止的,或者相對於某一固定點作恒速運動,那麼,在這個物體上運動是不會出現什麼問題的。如果你想從物體一端的A點沿著一條直線走到另一端的B點,你在走的過程中不會感到有任何困難。

但是,如果一個物體的不同部分以不同的速度運動,那麼,情況就大不一樣了,假定有一個旋轉遊戲台或者任何一個繞其中心旋轉的平台。整個平台的整體在旋轉,但在中心附近的一點畫出一個小圈,因而在緩慢地運動,而靠近外緣的一點則畫出一個大圈,因而在快速地運動。

假定你站在中心附近的那個點上,想要直接從中心出發的一條直線上走向靠近外緣的那個點。在中心附近的出發點上,你取得了該點的速度,緩慢地運動。但是,當你向外走時,慣性效應使你保持緩慢運動,不過,當你越往外走的時候,你腳下的台面轉動得越快:你本身的慢速和台面的快速的結合,使你覺得你在被推向與旋轉運動相反的那個方向去。如果旋轉遊戲台是在反時針方向轉動,你就會發現,當你向外走時,你的路線越來越明顯地順時針方向彎曲。

如果你從靠近外緣的一點出發向內行進,你就會保持著出發點的快速運動,但你腳下的台面運動得越來越慢。因此,你會覺得你在旋轉方向上被越推越遠。如果旋轉遊戲台是反時針方向運動,那麼,你的路線會再次越來越明顯地順時針方向彎曲。

如果你從靠近中心的一點出發,向靠近外緣的一點走去,然後回頭向靠近中心的一點走去,而且沿著阻力最小的路徑前進,你就會發現,你走的路徑大體上是一個圓形。

法國物理學家科裏奧利於1835年第一次詳細地研究了這種現象,因此這種現象稱為「科裏奧利效應」。有時也把它稱為「科裏奧利力」,但它並不真是一種力;它只不過是慣性的結果。

科裏奧利效應在日常生活中最重大的意義,是同旋轉著的地球有關。地球表面赤道上的一個點,在24小時內劃一個大圓圈,因此它是在快速地運動)如果我們從赤道出發,越向北(或向南)走,那麼,地面的一個點在一天之內劃出的圓圈就越小,它也運動得就越慢。


  

從熱帶向北流動的一陣風或一般海流,起初隨著地球的旋轉,從西向東轉動得非常快。當它向北流動時,它保持著它的速度,而地表的運動速度卻越來越小。因此,風或海流就會超過地表,並且越來越向東沿著曲線前進。最後,風或海流就在北半球順時針方向劃一個大圓圈,而在南半球則反時針方向劃一個大圓圈。

正是這種造成曲線運動的科裏奧利效應,在更加集中(因而更加有力)時,就會形成颶風,如果還要更加集中和更加有力,就會形成龍卷風。

第80節

這是不是自相矛盾呢?

我們耳朵聽到的聲音,是由傳播聲音的原子或分子構成的媒質的振蕩運動帶來的振動所引起的。振動把附近的分子推到一起,並壓縮這些分子。被壓縮的分子在分開時,就在鄰近區域引起壓縮,這樣,這種壓縮區似乎是從聲源向外傳播,壓縮波從聲源向外傳播的速度,就是聲音在該媒質中傳播的速度。

聲速取決於構成物質的分子的固有運動速度。例如,一旦空氣的某一部分受到壓縮,分子就會由於它們自身固有的無規運動再次分開,如果這種無規運動是快速的,那麼受壓縮部分的分子就會迅速分開,並快速地壓縮鄰近部分的分子。鄰近部分的分子也快速分開,並快速地壓縮下一部分。於是,總的說來,壓縮波就很快地向外傳播,因此聲速就高。

凡是能提高(或降低)空氣分子固有速度的東西,都會提高(或降低)空氣中的聲速。

巧得很,空氣分子在較高的溫度下比在較低的溫度下運動得快些。正是由於這個原因,聲音在暖空氣中比在冷空氣中傳播得快些。這同密度沒有任何關系。

在0℃,也就是水的凝固點時,聲音以每小時1,193公里的速度傳播。溫度每升高1℃,速度每小時就提高約2.2公里。


  

一般說來,如果構成氣體的分子比空氣分子輕,那麼,這種氣體的密度就要比空氣低。較輕的分子運動得也較快。聲音在這種輕的氣體中傳播的速度比在空氣中快,這不是由於密度的改變,而是由於分子的運動較快。聲音在0℃的氫氣中的傳播速度是每小時約4,667公里。

當我們說到液體和固體,情況就與氣體大不相同了。在氣體中,分子彼此相隔很遠,幾乎不互相幹擾。如果分子受到推壓而彼此更接近起來,它們僅僅是通過無規運動而彼此分開,但在液體和固體中,原子和分子是相互接觸的。如果它們受推壓而擠到一起,它們的互斥力就會非常快地迫使它們再次分離。

對於固體來說,尤其是這樣。在固體中,原子和分子多少比較穩固地保持在各自的位置上。它們保持得越是穩固,它們被推壓到一起時,彈回的速度就越快。因此,聲音在液體中的傳播速度比在氣體中快;在固體中傳播得更快;在剛性固體中則傳播得最快。密度並不是聲音傳播快慢的根本原因。

因此,聲音在水中以每小時約5,200公里的速度傳播,在鋼中則以大約每小時約18,000公里的速度傳播。

第81節

如果一個物體的密度大於水,它就會在水中下沉。水的密度是每立方厘米一克,岩石和金屬這樣的物質的密度比水大得多。由大塊鋼材制成的艦船之所以能浮在水上,是因為船內容納著大量的空氣;鋼材和造船用的其他材料加上船內的空氣,它們的平均密度低於水的密度;如果發生意外事故,水進入船中,那麼,造船的材料加上進入船內的水的平均密度大於水自身的密度時,船就要下沉了。

船下沉時,受到越來越大的壓力。在海面上,每平方厘米面積的壓力(大氣造成的)是1公斤。在海面以下10米處,那個深度的水重又在海面壓力上增加了每平方厘米1公斤的壓力。深度每增加10米,每平方厘米就又增加1公斤的壓力。而在已知的海洋最深部分的海底,壓力約為大氣壓力的1,100倍,即每平方厘米約為1.1噸的壓力。

這樣高的壓力對於能否把下沉的船保持在水中沒有任何影響。從各個方向對船所施加的壓力是相等的,向下的壓力和向上的壓力幾乎完全相等,因此十分明顯,不管壓力怎樣增大,船還要繼續下沉。

但還有另一個因素。壓力能壓縮水,並增加水的密度。水的密度是否能變得非常高,以致這種高壓使得沉船停止下沉,而懸浮在密度較大的深海中呢?



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