輪船為什么會(huì)相互吸引
1912年秋天,遠(yuǎn)洋航輪“奧林匹克”號(hào)——那個(gè)時(shí)候是世界上最大的輪船之一——出了這樣一件事?!皧W林匹克”號(hào)在大海上航行的時(shí)候,同時(shí)在離它一百米遠(yuǎn)的地方,有一艘比它小很多的鐵甲巡洋艦“豪克”號(hào)基本上和它平行地飛奔著。當(dāng)兩艘船到達(dá)了如圖65所示的位置的時(shí)候,發(fā)生了一件出乎意料的事情:小船似乎是遵從著一種看不到的力量,竟然掉轉(zhuǎn)船頭朝著大船奔去,并且不遵從舵手的控制,幾乎徑直地朝大船奔來(lái)。最終發(fā)生了相撞的事故?!昂揽恕碧?hào)的船頭撞在“奧林匹克”號(hào)的船舷上;這次碰撞非常猛烈,以致“豪克”號(hào)把“奧林匹克”號(hào)的船舷撞出個(gè)大洞來(lái)。
圖65 “奧林匹克”號(hào)和“豪克”號(hào)在相撞前的位置。
在海事法庭審理這件奇怪案子的時(shí)候,大船“奧林匹克”號(hào)的船長(zhǎng)被判為過(guò)失一方,因?yàn)椤ㄔ旱呐袥Q書(shū)上說(shuō)——他沒(méi)有發(fā)出任何命令給橫著奔來(lái)的“豪克”號(hào)讓道。
可見(jiàn),法院在那個(gè)時(shí)候一點(diǎn)兒都沒(méi)看出任何異常的事情來(lái):沒(méi)別的,只是船長(zhǎng)調(diào)度失當(dāng)。事實(shí)上,這里卻發(fā)生了一個(gè)根本沒(méi)有預(yù)料到的狀況:船在大海里發(fā)生了互相吸引的事故。
這種事故,之前在兩艘船平行前進(jìn)的時(shí)候也發(fā)生過(guò)很多次??墒窃谶€沒(méi)能力打造特別大的船只的時(shí)候,這種現(xiàn)象也顯得不是那么嚴(yán)重。然而在最近這些年里,海面上航行著很多“漂浮著的城市”之后,船的吸引現(xiàn)象才特別明顯起來(lái)。在海軍演習(xí)的時(shí)候,艦隊(duì)司令員也特別重視這種現(xiàn)象。
在大輪船或軍艦旁邊開(kāi)過(guò)的小船所發(fā)生的很多事故,也許都是同樣的原因?qū)е碌摹?/p>
那么怎么解釋這種吸引現(xiàn)象呢?當(dāng)然,這里是談不上遵照牛頓的萬(wàn)有引力定律而出現(xiàn)引力的。因?yàn)槲覀円呀?jīng)在第四章里面講過(guò)引力在這里面是很小的。這樣的現(xiàn)象完全有別的原因,需要用液體在管子和溝渠里面的流動(dòng)原理來(lái)解析它。能夠證實(shí),液體順著一條有寬有窄的溝渠向前流動(dòng),那么在溝里的狹窄部分它就會(huì)流得快點(diǎn)兒,壓向溝壁的力量也比寬的部分小些;而在寬的部分它就要流得慢些,并且壓向溝壁的力量也比較大些(這就是伯努利原理,如圖66所示)。
這個(gè)原理對(duì)于氣體來(lái)說(shuō)也是正確的。在關(guān)于氣體的學(xué)說(shuō)里,這樣的現(xiàn)象總是叫做“氣體靜力學(xué)的奇怪事件”。據(jù)說(shuō),下面就是人們第一次碰巧發(fā)現(xiàn)這種現(xiàn)象的經(jīng)過(guò):
在法國(guó)的一座礦山里面,一個(gè)工人奉命把那個(gè)跟外面的坑道相連接的孔用護(hù)板覆蓋起來(lái),這個(gè)外面的坑道是往礦井里面輸送壓縮空氣用的。這個(gè)工人和沖到礦井里面的氣流斗爭(zhēng)了很長(zhǎng)時(shí)間,卻不能把它蓋上;可是猛然之間,護(hù)板自身砰的一聲就關(guān)上了,關(guān)上的力量居然有這么大,要不是護(hù)板足夠大的話(huà),它也許會(huì)跟大吃一驚的工人一塊兒被拖進(jìn)通風(fēng)道里面去。
順便說(shuō)一下,氣流的這種特質(zhì)也能夠用來(lái)說(shuō)明噴霧器的原理。當(dāng)我們吹一個(gè)一頭縮細(xì)的橫管子的時(shí)候(圖67),空氣在細(xì)管子里面就能把自己的壓力減小。這樣直管上面就出現(xiàn)了壓力較小的空氣。最終大氣壓就把杯子里面的液體順著直管壓上來(lái);液體到了管口,落在了吹來(lái)的氣流里面,變成霧的形狀散布在空中。
現(xiàn)在我們就不難理解兩艘船之間會(huì)產(chǎn)生引力的原因了。當(dāng)兩艘輪船平行航行的時(shí)候,在它們船舷的中間就如同有一條溝。在一般情況下,溝壁不動(dòng),水在動(dòng);這里卻相反,水不動(dòng),溝壁在動(dòng)。不過(guò)從這里產(chǎn)生的力的效能卻是一點(diǎn)兒都沒(méi)改變:在這條可以活動(dòng)的溝的狹窄部分,水對(duì)溝壁所施加的壓力比它對(duì)輪船周?chē)臻g所施的壓力要小。換句話(huà)說(shuō),兩艘輪船的相對(duì)兩側(cè)從水里承受的壓力比兩船外側(cè)部分承受的壓力要小。這會(huì)產(chǎn)生怎么樣的后果呢?船在外側(cè)水的壓力下肯定會(huì)相向運(yùn)動(dòng),而較小的船自然會(huì)移動(dòng)得明顯一些,較大的船基本上依舊停留在原來(lái)的位置,一點(diǎn)兒都沒(méi)移動(dòng)。這也就是為什么大船快速地在小船旁邊開(kāi)過(guò)的時(shí)候能出現(xiàn)很強(qiáng)勁的引力的緣故。
圖66 在溝的狹窄部分,水的流速很快,對(duì)溝壁造成的壓力
比在寬的地方弱些。
圖67 噴霧器。
圖68 在兩艘行駛的船之間水的流動(dòng)。
由此可見(jiàn),船之間的引力是由流水的吸引作用造成的。急流對(duì)于洗澡的人很危險(xiǎn),旋渦的吸引效能都可以用這個(gè)來(lái)說(shuō)明。能夠計(jì)算出來(lái),河里面的水流在用每秒1米的平常速度前進(jìn)的時(shí)候,就有30千克的力量在吸引著人的身體!被這樣的力量吸引的人是很難站穩(wěn)的,尤其是在水里面,當(dāng)我們自身的重量不能夠使自己維持平穩(wěn)時(shí)。最后,大家知道在快速前進(jìn)中的火車(chē)也有吸引效能:在以每小時(shí)50千米的速度前進(jìn)的時(shí)候,它產(chǎn)生大約8千克的力量吸引站在車(chē)旁邊的人。
這也能夠用伯努利原理來(lái)說(shuō)明。和伯努利原理有關(guān)系的現(xiàn)象雖然時(shí)常出現(xiàn),但是人們對(duì)它的原理卻知道得特別少。所以把它細(xì)致地說(shuō)明一下還是有益處的。接下來(lái)我要從一本普及的科普雜志所載的關(guān)于這個(gè)課題的簡(jiǎn)單論文里面摘取幾段,供大家探討。
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