相传古代有个膂力过人的大力士叫斯维雅托哥尔。他相信自己的力气,说“只要有地方用力,我就能举起整个地球”。后来传说他确实在地面上找到了一个“小褡连”,它很牢固,不松不转,也不能从地里拔出来。有首民歌生动地描绘了这场表演:
斯维雅托哥尔跳下马,
双手抓住小褡连,
把小褡连提得高过了膝盖,
他就齐膝盖陷进地面里。
他苍白的脸上没有泪,却流着血,
斯维雅托哥尔陷在那里,再也起不来。
他的一生就此完结。
可怜的斯维雅托哥尔,这是和你相等的力把你拉进地里的。自然规律是不能违背的,人们只能认识和驾驭。不过从这个神话里可以看出,人们对作用和反作用的关系早在牛顿的《自然哲学的数学原理》发表几千年前就已经认识了。
火箭起飞
作用和反作用不但在日常生活中处处应用,还可用来制作各种飞行工具,火箭就是一例。甲、乙二人围绕这类问题展开一场讨论。
甲:火箭并不稀奇,我国节日放的“起火”(或流星)就是最早的火箭,因此我国被誉为“火箭的祖国”。可是有个问题还搞不清楚,火箭是利用内部喷出气体的冲力来推动本身前进的,就是说火箭可以不借助外力而运动。那么我们为什么不能抓住头发把自己提起来呢?
乙:这是两个性质不同的问题,人们不能抓住头发把自己提起来,这是因为受力物体是人本身,头发和手是人体不可分割的组成部分。向上提头发的拉力和头发对手的反作用力都作用在人体上,二力属于平衡力,彼此抵销了,这就是说物体不能只用内部力量使整体一起向前运动。
然而火箭的飞行情况就不一样了,火箭和喷出的气体是可分离的两部分。根据动量守恒定律,物体可使本身的一部分物质向一个方向运动,而使另一部分物质向相反的方向运,动,火箭飞行的机理就在于此。
甲:类似的例子还有什么?
乙:还有很多类似的例子。在仿生学里人们精心的研究了各种生物的活动后,受到了很大的启示。例如乌赋,先将水经过体侧的孔和前面特制的漏斗吸入腮内,然后再紧缩漏斗把水排出休外。根据牛顿第三定律,排出的水产生反冲运动。在反冲力的作用下向前游去。有趣的是,它的漏斗管可根据需要随时改变方向,因此乌贼便能在水中自由活动了。
按仿生学的启示,人们不但制造了火箭、喷气式飞机,还制造出了汽垫船,它可以畅行无阻地通航在江河湖海乃至沼泽等难以通行的地带。
甲:你刚才又提到火箭和喷气飞机,有人说它们的飞行是由于喷出的燃烧气体冲开空气时,受到空气的反作用的结果,那么火箭和航天飞机为什么又能在没有空气的太空里飞行呢?
乙:它们在没有空气的太空里不但能飞,而且比在空气里飞得更好。其实这并不奇怪,就拿火箭来说,上面我们曾提到,火箭和喷出气体是作为系统的两部分物质。火箭喷出高压气体后,实际上是受到喷出的气体的反冲力的作用而前进的。所以火箭只要携带助燃剂,在能喷出燃烧气体的情况下就能加速前进。在没有空气的空间里因为勿须克服阻力,当然会飞得更快些。太空人就是利用叫做“汽枪”的推进器在空中活动的。
早在19世纪60年代,法国人朱尔斯·维恩就在他的小说《飞向月球》斗,描述了他幻想中的空中奇景:“人们身感无重力,两腿脱离地板,用力直线行走,似醉汉步履蹒跚。”现在火箭已成了人们征服太空的工具,朱尔斯·维恩的预言也得到证实,例如1969年美国发射了“阿波罗11号”使人类首次登上了月球。目前在太空中形形色色的卫星和飞船都是靠火箭发射上去的。
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