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4.8“永动机”的意外收获

“永动机”作为很多人不会有任何结果的追求,也致使无数人在这个过程中失去了很多。俄国农民是它的忠实追求者,还有一些收入并不丰厚的人也把自己全部的工资和储蓄花在了这个不可能实现的梦想上,最后往往不仅毫无收获,而且可能造成倾家荡产的后果。在目标错误的前提下,很多人成了人类通往“永动机”这个不可能到达的目的地的牺牲品。其中有一个“永动机”的追求者,已经到了食不果腹、衣不蔽体的地步了,说他坚持梦想也好,执迷不悟也罢,他却还是在不断地借钱,请求捐款,好让他再去尝试一把“永动机”。他还信誓旦旦地说:“这次一定会让它成功地转起来的。”事实上让他贫困的不是他的一些顽劣的缺点,而是他坚持不懈的优点,只可惜他并没有真正理解物理,没有真正独立思考能量的生成与转换,从最开始就找错了方向。这难道不可悲吗?

方向选错,努力白费,一个正确的方向无论是对于一件事还是人的一生,都相当重要。一个人如果不是在原地打转,就一定会有所前进,如果是朝着错误的方向,那结局会不堪设想。反之,如果是朝着正确的方向,就会收到很好的结果。

历史上关于这一点有很多例证。在16世纪末17世纪初,荷兰有一位叫斯泰芬的学者,他并没有被后人大加吹捧,但他所做的探索和成就都是不可忽视的。除了发现斜面这个独特物理模型的一些力学规律之外,他还发明了小数,并最早将指数运用于代数,同时发现了流体静力学定律(后来这一定律又被帕斯卡重新发现)。他的这些发明被后人很好地继承和运用,为数学、物理学的发展做出了重要的贡献,他应得到更高的声誉。

斯泰芬探索斜面上力的平衡定律时,并不是按照常规方法,运用力的平行四边形法则,而只是通过开动大脑,借助了图4-9所示的模型。他将一条奇特的链条搭在一个三棱体上,这个链条奇特就奇特在它是由14个同样的球串成的。大家可以推测一下,链条会出现什么情况呢?

图4-9 “不足为奇的奇迹”

吊在下面的部分和斜面上的部分能不能保持平衡,这个问题很关键。如果可以,那一切都说得通,即右侧的两个球和左侧的四个球能互相平衡。但如果不能的话,由于没有达到平衡的稳定状态,链条一定会自动寻求平衡稳定的状态,即下滑运动,而且由于每次虽然都有小球滑下来,但与之相连的小球又会补充到它原来的位置,这样是永远也无法达到平衡的。通过我们日常生活的观察就会知道,链条如果是搭在三棱体上,那么它是不会自动滑落的,不产生运动的状态一定是平衡态,也就是说,右侧的两个球和左侧的四个球奇迹般地实现了平衡,而两侧的球的重量是相差很大的。四个球的拉力竟然和两个球的拉力持平,这是为什么呢?

通过对这个问题的思考,斯泰芬得出了自己的结论。这个现象在当时看来是很让人惊诧的,但斯泰芬考虑了另一个角度,因此得出的是另一种不同于当时大多数人的结论。他的思路大概是这样:由于链条是均匀的,它的长度和质量就是成正比的。运用这个将两种参数联系起来的方法,他终于得到了如下结论:在这个实验装置里,只要左右两侧悬挂的物品的质量与左右两侧斜面的长度成正比,此时两侧便可以达到一种平衡的状态。

有一种比较特殊的情况,就是把其中一个斜面换成垂直面,这还可以推导出另一个十分常用的力学定理:放置在斜面上的物体,如果可以保持不下滑,一定是因为有一个沿斜面向上的力的支撑,这个力与重力形成一个矢量三角形,恰好与斜面侧面的三角形是相似的,即该支持力与重力的比,等于斜面的高度和斜面长度的比。

同其他定律一样,这一条力学定律的发现,也经过了科学家们缜密的思考和细心的推导。在生活中细心观察的科学家们出于对事物运动的好奇,往往醉心于做各种各样有趣的实验,探究力、热、声、电、光等自然界中神奇的现象,还饱含着为人类过上更幸福便捷生活的期望。但是,无数历史经验启发我们,任何努力和付出,都需要一些前提条件,那就是兴趣的引导和客观的思考,否则,人们很难摘取胜利果实,也难免渐渐失去动力或误入歧途。 +ftmN1KJyepIkbawzzo3jy5B44c60M54mcicPVSR43oZ+bbrWgh+U0KkKVHPizHJ

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