重力“消失”了

“当水容器转动时，里面的水不会溢出来；即使船翻过来，水也不会流下来。因为旋转运动可以防止水溢出。”这是两千年前亚里士多德写的几个字。图178显示了这个实验:当盛水的桶旋转得足够快时，即使你把桶倒过来，桶里的水也不会像图中所示那样被拉下来。毫无疑问，许多人都做过这样的实验。这种现象通常被解释为“离心力”的结果。离心力是一种虚力。它似乎适用于一个物体。在它的作用下，物体总是希望远离旋转轴。这种力实际上并不存在:物体必须远离旋转轴，但它只是惯性的一种表现，所有由惯性引起的运动都可以在没有力的情况下实现。在科学中，离心力除了旋转物体拉紧绳索或压在弯曲轨道上的实际力之外没有别的意思。这种力不会施加到移动的物体上，而是施加到阻碍物体沿直线移动的障碍线上、转弯处的铁轨上等。

让我们抛弃意义不明确的离心力概念，研究铲斗转动时产生这种现象的原因。我们可以先问自己这个问题:如果在桶壁上开了一个洞，水流会向哪个方向流动？如果没有重力，水将在惯性的作用下沿着圆AB的切线AK冲出(图178)。然而，重力会迫使水下落并形成一条曲线(抛物线)。如果圆周速度足够大，曲线将落在圆周AB之外。所以这条水流告诉我们，如果没有水桶的阻挡，水流会走哪条路。现在很清楚，水根本不会垂直下落，所以不会从桶中溢出。水只能在一种情况下从桶中溢出，即桶口在旋转。

现在让我们计算在这个实验中水桶旋转的速度，这样水就不会往下流。速度应该是:旋转铲斗的向心加速度不小于重力加速度。因为只有这样，水被冲走时所走的路径才能落在水桶所画的圆圈之外，而且无论水桶转到哪里，水都不会从水桶中溢出来。向心加速度的计算公式是:A = V2/R这里，V是圆周速度，R是圆形路线的半径。地球表面的重力加速度g是9.8m/s2，所以我们有一个不等式:

v2/R≥9.8

假设R等于70厘米，那么，

v2/0.7≥9.8

因此

V≥2.6米/秒

很容易计算，为了获得如此大的圆周速度，我们握住绳子的手每秒钟转动三分之二圈就足够了。这样的转速是完全可能的，所以实验可以毫无困难地成功进行。当容器沿水平轴旋转时，液体将压在容器壁上。这一特性在技术上已用于所谓的离心铸造。这里的要点是不均匀的液体将根据它们的密度分层分离。较重的部件将远离旋转轴，较轻的部件将靠近旋转轴。因此，熔融金属中含有的会在铸件中产生气泡的气体将从金属中分离出来，并流到铸件内部的空处。用这种方法制成的铸件致密，不含气泡。离心铸造比普通压铸便宜，并且不需要复杂的设备。