关于水有这样一个有趣的现象:在流淌的水中直立放入一段下端弯曲的管子,将弯曲的一头冲着水流来的方向(图1-4),直立的那段管子就会涌进水,而且水面高于流水的面。这根管子被称为“毕托管”,水流越快,管子里的水面也越高,原理就是经典相对论。
老式的蒸汽机车通过使用煤燃烧的热量将水变成蒸汽来推动机车前行。这种机车的车头后面挂着一节专门用来装煤和水的车厢,这样的车厢被称为“煤水车”。铁路工程师利用上面所讲的现象,让机车在疾驰中也能加水。
在车站的两条钢轨中间挖有长形的水槽(图1-4)。有一条弯管子从煤水车的底部垂下来,管口迎向火车行进的方向。他们用管子的运动来替代流水的运动,用水箱中水的静止来替代管子的静止。这样,火车驶过水槽时,管子立即涌进水(图1-4的右上图)。根据水力学(力学中专门研究液体运动的分支学科)的定律,物体利用水流速度能达到的竖直高度就是毕托管里水面的高度。利用公式:
图1-4 疾驰中的火车怎样加水
在两条钢轨之间修设一个长长的水槽,煤水车下端的管子浸入其中。
把这个管子放入流动的水中,
管子里的水平面会高过水槽里的水面。
左上图为毕托管。右上图为疾驰中的火车运用毕托管为煤水车加水
V 代表水流速度, g 代表重力加速度,也就是9.8米/秒 2 。火车运行的速度就是毕托管与水的相对速度,假设这个速度是36千米/小时(也就是10米/秒,在火车的速度中不算大)来计算,排除摩擦力和涡流对速度的影响, V 也不会小于10米/秒。将这些数字带入公式:
计算出的结果是5米,这样的高度给煤水车加满水绰绰有余。