第三章圓周運動 3.4重量“消失”了

　　“把盛水的器具甩著轉的時候，里面的水不會潑出來；甚至把這個器具轉得底朝天，水也不會潑下來，因為旋轉運動阻止著水潑出來”，這是兩千年前亞理斯多德寫的幾句話。圖32畫的就是這個試驗：盛水的桶轉得足夠快的時候，即使你把桶轉得桶底朝天，象圖上所畫的那樣，桶里的水也不會潑下來。毫無疑義，許多人都曾經做過這種試驗。

　　這種現象平時都把它解釋成由于“離心力”作用的關系。離心力是一種想象的力，它好象是加在物體上的，物體受了它的作用，總想遠離旋轉軸。這種力量其實并不存在：物體所以要遠離旋轉軸，不過是慣性的一種表現，而所有由于慣性的運動，都是不必用力就可以實現的。在科學里，離心力的意思不是別的，只是旋轉著的物體拉緊縛住它的線或是壓在它的曲線軌道上的實在的力量。這種力量不是加在運動著的物體上的，而是加在阻止物體做直線運動的障礙物線、轉彎地方的鐵軌等上面的。

　　讓我們拋棄掉那種意義不明確的離心力的概念，來研究水桶旋轉時候所產生的現象的原因。我們可以先向自己提出這樣一個問題：如果在桶壁上開一個孔，沖出來的那股水要向哪個方向運動？如果沒有重力，這股水在慣性作用下，會沿著圓周AB的一條切線AK沖出去。可是重力會強迫這股水落下來，形成一條曲線（拋物線AP）。如果圓周速度夠大，這條曲線就會落在圓周AB的外面。所以這股水告訴我們，如果不是桶阻礙著，水在桶轉的時候會走什么樣的路線。現在已經很明白，水根本不會豎直向下動，因此也就不會從桶里潑下來。水只有在一種情況下會從桶里潑出來，就是桶口朝著旋轉的方向。

　　現在讓我們來計算一下，在這個試驗里水桶要轉得多快，水才不會向下潑。這個速度應當是：旋轉的水桶的向心加速度要不比重力加速度小。因為只有這樣，才會使水沖出來的時候所走的路線落在水桶所畫的圓周的外面，而桶不管轉到哪里，水也不會從桶里潑出來。計算向心加速度W的公式是：

　　在這里，v是圓周速度，R是圓形路線的半徑。我們知道在地球表面上的重力加速度 g＝9.8米／秒2，因此我們就有一個不等式：

　　假設R等于70厘米，那末，

　　很容易算出，要得到這樣大的圓周速度，只要我們拿繩的手每秒鐘大約轉三分之二圈就夠了。這樣的旋轉速度是完全可以做到的，所以這個試驗能毫不困難地做成功。

　　在容器依著水平軸轉的時候，液體會壓在容器的壁上。這種性質在技術上已經利用在所謂離心澆鑄上。這里主要的是：不均勻的液體會按照它們的比重成層地分開來。比較重的成分會落在離旋轉軸遠的地方，比較輕的成分會落在離軸近的地方。因為這樣，含在熔化的金屬里會在鑄件里造成氣泡的氣體，就從金屬里分離出來，跑到鑄件里面的空處。用這種方法鑄成的鑄件比較密實，并且不含氣泡。離心澆鑄法比普通的壓鑄法成本低，并且不需要復雜的設備。

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