第六章液體和氣體的性質(zhì) 6.6水力“永動(dòng)機(jī)”
在許多“永動(dòng)機(jī)”的設(shè)計(jì)當(dāng)中，有不少是根據(jù)物體在水里能浮起的原理設(shè)計(jì)的。讓我們從這一類的發(fā)明里選一種來談一談。這是一個(gè)高20米、里面裝滿水的高塔。在塔的上下兩頭各裝一個(gè)滑輪，滑輪上繞一條堅(jiān)固的繩索，就象一條循環(huán)帶。在繩上裝上十四只空的方箱，方箱的每邊長(zhǎng)1米。方箱是用鐵皮制成的，水不能夠透進(jìn)去。圖52和53畫的就是這種塔的外形和它的縱剖面。
在許多“永動(dòng)機(jī)”的設(shè)計(jì)當(dāng)中，有不少是根據(jù)物體在水里能浮起的原理設(shè)計(jì)的。讓我們從這一類的發(fā)明里選一種來談一談。這是一個(gè)高20米、里面裝滿水的高塔。在塔的上下兩頭各裝一個(gè)滑輪，滑輪上繞一條堅(jiān)固的繩索，就象一條循環(huán)帶。在繩上裝上十四只空的方箱，方箱的每邊長(zhǎng)1米。方箱是用鐵皮制成的，水不能夠透進(jìn)去。圖52和53畫的就是這種塔的外形和它的縱剖面。
這種裝置是怎樣工作的呢？每一個(gè)懂得阿基米德原理的人都能理解，水里的鐵箱一定要往上面浮。推它們上升的力量就是它們所排開的水的重量，也就是一立方米水的重量乘上浸在水里的鐵箱數(shù)。從圖上可以看出，水里經(jīng)常會(huì)有六只鐵箱，這就是說把這些沉在水里的鐵箱往上推的力量是6立方米水的重量，或六噸。鐵箱本身的重量自然在把自己拉向下面，但是掛在塔外繩索上的六只鐵箱也在向下沉，所以兩方面的力量是平衡的。
這樣，那條按照上面說的方式轉(zhuǎn)動(dòng)的繩索，經(jīng)常在塔的里面維持著六噸向上的牽引力。顯然，這個(gè)力量會(huì)迫使繩索不停地在滑輪上滑動(dòng)，這時(shí)它們每轉(zhuǎn)一周所做的功是 6000 ×20＝120，000公斤米。
如果全國(guó)布滿了這樣的塔，我們就可以從它們那里得到無窮的功，這足夠供給我們?nèi)繃?guó)民經(jīng)濟(jì)使用。這樣的塔會(huì)轉(zhuǎn)動(dòng)發(fā)電機(jī)，使我們得到無窮盡的電能。
可是我們?nèi)绻屑?xì)研究一下這個(gè)設(shè)計(jì)，就很容易看出，繩索完全沒有動(dòng)的可能。
為了使這根循環(huán)的繩索轉(zhuǎn)動(dòng)，必須讓這些鐵箱能夠從下面進(jìn)入水塔，從上面離開水塔。可是我們知道，鐵箱在進(jìn)入水塔的時(shí)候，必須克服20米高的水柱的壓力！這個(gè)壓在鐵箱的每一平方米面積上的壓力，不多不少，恰好是20噸（20立方米水的重量），而向上的牽引力卻總共只有6噸，要用它來把鐵箱拉到水塔里去，顯然是不夠的。在那些不會(huì)成功的發(fā)明家們所設(shè)計(jì)的無數(shù)種水力“永動(dòng)機(jī)”當(dāng)中，也可以找到一些最簡(jiǎn)單而且最巧妙的。
把一只裝在軸上的木制鼓形輪，一部分老是浸在水里。阿基米德的定律既然是靠得住的，那末，浸在水里的那部分鼓形輪就會(huì)在上浮；而且，只要水的推力比軸上的摩擦力大，那鼓形輪就會(huì)不停止地轉(zhuǎn)下去……。
可是，且別忙著制造這樣的“永動(dòng)機(jī)”！你一定會(huì)失敗的：鼓形輪不會(huì)轉(zhuǎn)動(dòng)的。為什么呢？我們的推理錯(cuò)在哪兒呢？原來我們忽略了作用力的方向了。這里的作用力永遠(yuǎn)是和鼓形輪的表面垂直的，也就是跟通往輪軸的半徑方向相同�？墒墙�(jīng)驗(yàn)告訴我們，順著輪子的半徑施力，輪子決不會(huì)轉(zhuǎn)。要它轉(zhuǎn)就得順著輪周的切線方向來施力。這樣一說，就不難明白，為什么這樣的“永恒”運(yùn)動(dòng)也沒有實(shí)現(xiàn)的可能了。
阿基米德的定律給了想發(fā)明“永動(dòng)機(jī)”的人一種富于誘惑力的精神食糧，曾經(jīng)鼓勵(lì)他們千方百計(jì)去把看去象是失去的重量用來做機(jī)械能的永恒泉源。但是他們的嘗試，沒有一個(gè)是成功的，也永遠(yuǎn)不可能得到成功。
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