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轮船为什么会互相吸引?

科普小知识2023-01-01 17:55:44
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在1912年的秋天,这样一件奇怪的事情发生在远洋轮船“奥林匹克”号上,它是当时世界上最大的轮船之一。“奥林匹克”号正在海上航行,与此同时,一艘小得多的装甲巡洋舰“霍克”号几乎平行于它在100米之外飞驰。当两艘船到达图1所示的位置时,一件意想不到的事情发生了:船似乎服从一种不可抗拒的力量,它把船头转向大船,不服从舵手的操纵,几乎笔直地向大船冲去。结果,发生了碰撞。老鹰的弓与奥林匹克的侧面相撞。冲击力如此之大,以至于“老鹰”在奥运会一侧撞出了一个大洞。

当海事法院审理这起奇怪的案件时,这艘名为“奥林匹克”的大船的船长被判有罪,因为法院的判决称,他没有发布任何命令为穿越“鹰”号让路。

可以看出,法庭当时没有发现任何异常情况:除了船长处理不当外,没有其他事情。事实上,这里有一个完全意想不到的情况:船在海里发生了意外,互相吸引。

那么如何解释这种吸引力呢?这可以用液体在管道和河流中流动的原理来解释。可以证明,如果液体沿着一条宽而窄的小河向前流动,它将在河的窄部分流动得更快,并且河岸上的压力将小于宽部分上的压力。在更广的范围内,它将流动得更慢,并对河岸施加更大的压力。也就是说,速度越快,压力越低,速度越慢,压力越大。这是伯努利原理。

这一原理对气体也适用。在气体理论中,这种现象通常被称为“关于气体静力学的怪事”。据说下面是人们第一次偶然发现这种现象。在法国的一个矿井中,一名工人被命令屏蔽与外部隧道连通的洞,该洞用于向矿井输送压缩空气。工人与冲进矿井的空气搏斗了很长时间,但无法隐藏它。但是突然间,警卫自己用力关上了门,如果门不够大,它可能会被惊讶的工人拉进通风管道。

气流的这一特性也可以用来解释喷雾器的功能。如图2所示,当我们吹过管b时,空气会降低它在细管中的压力。这样,压力相对较低的空气出现在直管a上。结果,大气压力沿着直管向上推动杯中的液体。当液体到达喷嘴时,它落入吹来的气流中,变成雾并在空气中扩散。

现在我们很容易理解为什么两艘船之间有重力。当两艘船平行航行时,两边中间似乎有一条河。在一条普通的河里,岸边不动,水也在动。相反,在这里,水不动,河岸也在动。这艘船相当于银行。然而,这里产生的压力根本没有改变:在这个活跃的河岸的狭窄部分,施加在河的另一侧的压力低于施加在船周围空间的压力。换句话说,两船相对两侧的水压力低于两船外侧的水压力。这会有什么样的后果?船只将在外侧的水压下相向移动。较小的船只自然会移动得更大。更大的船几乎还在原地,根本没有移动。这就是为什么一艘大船在非常快地经过一艘小船时会有极强的重力。

可以看出,船与船之间的吸引力是由流水的吸引力造成的。急流对游泳者的危险和漩涡的吸引力都可以用这个来解释。

可以计算出,当河水以每秒一米的正常速度前进时,300牛顿的力吸引着人们的身体!被这种力量吸引的人不容易站着不动,尤其是在水中,当我们的身体自身的重量不能使我们保持稳定的时候。最后,我们都知道快速行驶的火车也有吸引人的作用:当以每小时50公里的速度行驶时,它会用大约80N的力量来吸引站在火车旁边的人。这也可以用伯努利原理来解释。