坐电梯的时候,你有没有过这样的感受?电梯在下落那一刻,会产生一种轻飘飘的感觉,就好像要跌进深渊一样,身体也好像变轻了许多。这就是失重的感觉。
电梯开始下降的那一刻,脚下的地板已经开始降落,而我们的身体还没有立刻产生与电梯同样的速度,此时身体几乎没有对地板施加任何压力,所以如果此时称重,体重就会变小很多。可在片刻之后,由于人在做自由落体运动,电梯是匀速下降的,所以人很快与电梯同步,对地板的压力恢复正常,体重也就“失而复得”了。此时,就不会再有那种可怕的感觉了。
我们可以做一个简单的实验:找一只弹簧秤,在其下端悬挂一个砝码,然后拿着弹簧秤和砝码迅速向下移动。这时,注意观察弹簧秤的指针朝什么方向移动(为了方便起见,可将一个小木块嵌入弹簧秤的缝隙里,观察小木块的位置变化)。你会发现,在弹簧秤落下的时候,指针所指示的并不是砝码的实际重量,而会比实际重量小得多。如果松开手,让弹簧秤和砝码自由落下,你就发现,在它们做自由落体运动的过程中完全没有重量,指针始终位于弹簧秤的0刻度上。
通过前面的分析,我们不难理解,哪怕是非常重的东西,在自由下落的时候,重量也会变为零。可能有人会问,“重量”到底是什么呢?其实,物体的重量就是它对悬挂点的拉力,或者对支撑点的压力。物体在自由下落的时候,对弹簧秤没有任何拉力,因为弹簧秤跟物体一起下落,既没有拉着任何东西,也没有压着任何东西。
早在17世纪时,力学理论的奠基者伽利略就曾说过:“我们能感受到肩上物体的重量,那是因为我们让它压到了肩上而不让它落下。如果让这个物体跟我们一起下落,我们就不会感觉到它的压力了。这就如同我们拿着一根长矛,想要追杀一个人,可那个人的速度跟我们一样,我们永远也杀不死他。当然,前提是长矛始终攥在手里,没有抛出去。”
我们不妨通过一个小实验来证明上述论断的正确性,如图23所示。把核桃钳子放在天平的一侧,让核桃钳子的一头静止在盘面上,另一头用细线悬挂在天平臂杆的挂钩上。在天平的另外一个秤盘上放砝码,让天平保持平衡。接着,点燃一根火柴,把细线烧断,核桃钳子原来挂在挂钩上的一端就会落到秤盘上。
那么,在这一瞬间,天平会发生什么样的变化呢?在核桃钳子落下的过程中,左边的秤盘是上升、下沉,还是保持平衡呢?
前面我们说过,自由落下的物体是没有重量的,所以你应该能够猜到答案:放钳子这一侧的秤盘会瞬间向上升起!因为,用线挂着的那一只腿,虽然和另一只腿连着,可在下落的一瞬间,与它静止不动的时候相比,对托盘上的那只腿产生的压力会变小。核桃钳子的重量在这一瞬间减少了,这边的秤盘当然就会翘起来,这就是著名的罗森堡实验。
图23 著名的罗森堡实验