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别莱利曼:《趣味物理学》 第六章 热现象(4)

2017/9/27 20:14:47 来自微信读书
 

奇迹是怎样创造出来的

    希罗喷泉的发明者,古希腊机械师亚历山大里亚的希罗,曾经讲述过两种巧妙的方法,古埃及的祭司们正是使用这两种方法欺骗民众,使他们相信奇迹的存在。

    您可以看到一座中空的金属祭台,祭台下面装着一个可以控制庙宇大门开合的装置。祭台设在庙宇的外面。当祭司在祭台中点燃火焰的时候,祭台内的空气受热膨胀,会对藏在祭台下面容器中的水产生强大的压力,把水从容器中压出,顺着管子流到水桶中,水桶下落,带动那个装置,把庙门打开。目击者惊讶之余,是不会想到地板下面暗藏着一套装置,而是会以为自己见证了神的“奇迹”:只要祭台上的火一燃起,庙门就会“听从祭司的祷告”,自己打开了。

    显示的是祭司们创造的另外一个伪奇迹。当祭坛上的火点燃以后,膨胀了的空气,就会把下面油箱中的油压到暗藏在祭司雕像中的管子里,这时,油就会奇迹般地自己滴到火上去……但是只要主持祭祀的祭司悄悄地把油箱盖子上的木塞拔掉,油就会不再涌出了(因为多余的空气已经从这个孔中跑出去了);如果祈祷人的布施太少,祭司们就会使用这一招。

    另外一个古代的伪奇迹:燃油自动注入祭祀之火中。


不用上发条的钟表

    我们在前面已经介绍过一种不需要上发条的钟表(准确地说,是不需要人工上发条),那个表的机械装置是依靠大气压的变化驱动的。这里,我们再详细研究一种基于热胀原理的自行走动的钟表。

    这种钟表的驱动装置示意图显示在图77上。其主要部件为两只金属杆Z1和Z2,采用特殊的合金制成,具有很大的膨胀系数。金属杆Z1抵在齿轮X上,当这个金属杆受热膨胀变长时,会使齿轮微微转动。而金属杆Z2抵在齿轮Y上,当这个金属杆遇冷收缩变短时,也会使齿轮朝同一个方向微微转动。两个齿轮X和Y都套装在转轴W1上,该转轴转动时会带动装有汲水斗的大转轮。汲水斗会从下方的水银槽中汲入水银,并把水银带到上面的水银槽中,流向左边的转轮。左边的转轮上也装有汲水斗,当这些汲水斗装满水银后,就会带动这个转轮旋转,同时带动环绕在小轮K1(小轮K1与左边的大转轮安装在同一根转轴W2上)和K2上的传动链KK,小轮K2转动时就会拧紧这只表的发条。

    那么从左边转轮汲水斗中流出的水银又会去哪里呢?这些水银会沿着水银槽R1的斜坡重新流向右边的大转轮,不停地循环使用。

    可以看出,这种装置是会运转起来的,只要金属杆Z1和Z2在伸长或者缩短,装置就不会停下来。这样,只要空气的温度在不断变化,或升高,或下降,就会不停地给这只表上发条。而温度的变化是随时都在发生的,并不需要我们的额外关注:外界空气温度的任何变化都会引起金属杆或变长或变短,也就会慢慢地、不停地给钟表上发条。

    可以把这种钟表叫做“永动机”吗?当然不能。虽然在机械装置磨损之前这只表会一直走下去,但是它的动能来源是周围空气的热量。热胀冷缩效应产生的能量会被一点一点地蓄积起来,在表针转动时不断地消耗。这台“免费”的发动机可以自行运转,不需要我们去关注,也没有额外的消耗,但它却不能凭空创造能量:它的动力本源来自阳光照耀大地时产生的热量。

    展示了另外一种自动上发条的钟表,这只表的重要组成部分是甘油:空气温度升高时甘油会受热膨胀,提起一个小配重块,这个配重块在落下的时候会带动表的机芯。由于甘油的凝固点为-30℃,而沸点为290℃,所以这种钟表可以适用于城市广场和其他室外场所。2℃的温度变化就足以保证这只钟表的正常工作。曾有一只这种钟表的样品在长达一年的测试过程中都运行得良好十分,而且在这一年的时间内没有任何人接触过它。

    自行驱动钟表。底座下方的细管内装满甘油

    那么基于这个原理制造一台更大的发动机是不是更有好处呢?乍一看,好像这样“免费”的发动机是非常经济的,可是经过计算,我们得出的是全然不同的结论。为了驱动一只普通的钟表,每昼夜一共只需要1/7公斤的能量。

    四舍五入后就是每秒1/600000千克。我们知道,1马力等于75千克力米/秒,所以一只普通钟表机芯的功率只有1/45000000马力。这就是说,即使我们假设前面两种自行驱动钟表的驱动装置成本(金属杆,或者底座下的驱动装置)只有1戈比,功率仅仅为1马力的这种类型的发动机的成本也要有:1戈比×45000000 = 450000卢布。

    功率为1马力的发动机差不多要值50万卢布,即使这种“免费”发动机不再消耗其他能量,恐怕也太贵了吧。


                                                                        (雅科夫·伊西达洛维奇·别莱利曼)

 
 乐狍子-乐出鼻涕泡