[趣味物理]新魯賓孫
來(lái)源:網(wǎng)絡(luò)資源 2009-08-28 15:44:01
儒勒·凡爾納的一部小說(shuō)《神秘島》里,講到幾個(gè)主角在那荒無(wú)人煙的地方?jīng)]有火柴和打火器是怎樣取火的。我們知道魯濱遜是靠閃電幫忙的,靠閃電燃著了一株樹木。──《神秘島》里的新魯賓孫,卻不是靠偶然的外界幫助來(lái)取火,而是靠那位博學(xué)的工程師的機(jī)智和他的物理學(xué)的淵博知識(shí)。
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你如果看過(guò)這部小說(shuō),大概還記得那位天真的水手潘克洛夫打獵回來(lái)的時(shí)候看見工程師和那位通訊記者坐在熊熊的火堆前面的那種驚奇情形。
“可是誰(shuí)生的火呢?”水手問(wèn)道。
“太陽(yáng)。”史佩萊回答。
通訊記者并沒(méi)有開玩笑。的確,使水手這樣驚奇的火堆,競(jìng)是太陽(yáng)生起來(lái)的。那水手驚奇得簡(jiǎn)直不能相信自己的眼睛,他驚訝得愣住了,甚至都沒(méi)有想到問(wèn)一聲工程師。
“這么說(shuō),你大概帶著放大鏡吧?”水手終于向工程師問(wèn)道。
“不,但是我做了一面。”
說(shuō)著,他把這面放大鏡指給水手看。這只是兩塊玻璃,是工程師從他自己和文佩萊的表上拿下來(lái)的表玻璃。他把兩塊玻璃對(duì)合起來(lái),中間裝滿水,用泥土把接合縫粘好,──于是就得到一面地道的放大鏡,工程師用它把太陽(yáng)光聚在干燥的地苔上,就取得了火。
我想,讀者一定很想知道,為什么一定要在兩塊玻璃中間裝滿水。難道這兩塊表玻璃中間如果是空氣就不能把太陽(yáng)光聚集起來(lái)嗎?
不錯(cuò),的確是不可能聚集的。表玻璃的內(nèi)外兩個(gè)表面是平行的,是兩個(gè)同心球面;但是我們已經(jīng)從物理學(xué)上知道,光線射過(guò)這種平行表面的介質(zhì),是幾乎不會(huì)改變它的方向的。接著這光線射過(guò)了另一塊同樣的玻璃,這里它也同樣地不會(huì)折射,因此,通過(guò)這兩塊玻璃以后,光線并不會(huì)聚集到焦點(diǎn)上。要想使光線聚集到一點(diǎn),一定要用一種透明的又能夠使光線曲折得比在空氣里大的物質(zhì)裝在這兩塊玻璃之間。儒勒·凡爾納小說(shuō)里那位工程師就正是這樣做的。
盛水的普通玻璃瓶,假如它是球形的,也可以用來(lái)取火。這件事情從前的人早就知道,他們并且注意到這時(shí)候瓶里的水仍舊是冷的。曾經(jīng)發(fā)生過(guò)這樣的事情,一只盛水的圓瓶放在打開著的窗口上,竟燃著了窗簾和臺(tái)布,并且燙壞了桌面。從前藥房櫥窗里時(shí)常用裝有顏色水的很大的圓瓶做裝飾,這種瓶有時(shí)候竟會(huì)引起極大的災(zāi)害,使得附近容易燃燒的藥品燃燒起來(lái)。
一只小圓瓶裝滿了水,可以把太陽(yáng)光聚集來(lái)燒沸表玻璃上所盛的水:這只要用直徑12厘米的圓瓶就可以了。如果用直徑15厘米的圓瓶,在焦點(diǎn)那里可以得到120攝氏度的溫度。用盛水的圓瓶來(lái)點(diǎn)香煙,就跟用玻璃透鏡一樣容易。關(guān)于用玻璃透鏡來(lái)燃著煙草,羅蒙諾索夫就曾經(jīng)在他的一篇《談玻璃的用處》的詩(shī)里,有過(guò)這樣的描寫:
我們?cè)谶@里用玻璃從太陽(yáng)處取得了火焰,
愉快地學(xué)著普羅米修斯的樣。
咒罵著那無(wú)稽讕言的卑劣,
用天火吸煙,哪里會(huì)有罪孽!
但是我們應(yīng)該指出,這種水做成的透鏡的取火作用是要比玻璃透鏡弱得多的。這是因?yàn)�,第一,光在水里的折射要比在玻璃里小得多,其次,水�?huì)吸收光線里極大部分的紅外線,而紅外線對(duì)于物體的加熱是有重大作用的。因此我們可以用很簡(jiǎn)單的計(jì)算來(lái)證明,儒勒·凡爾納那部小說(shuō)里所提到的那個(gè)聰明的取火方法,其實(shí)是并不可靠的。
有趣的是,這種玻璃透鏡的特性,古代的希臘人早就知道了,那還是在眼鏡和望遠(yuǎn)鏡發(fā)明以前的1000多年哩。這件事情,希臘喜劇詩(shī)人亞理斯多芬(公元前440~公元前380)在著名的喜劇《云》里就曾經(jīng)提到過(guò)。在那個(gè)喜劇里,索克拉特向斯特列普吉亞德提出了一個(gè)問(wèn)題:如果有人寫了一張債券,說(shuō)你欠他5個(gè)塔蘭特,你要怎樣去把它消滅呢?
斯:我想到一個(gè)消滅這張債券的方法了,而且是這么好的一個(gè)方法,你得承認(rèn)它是再奇妙沒(méi)有的了!你一定看見過(guò)藥房里用來(lái)燃著東西的那種精致而透明的東西吧?
索:就是那個(gè)“取火玻璃”嗎?
斯:正是。
索:那又怎么樣呢?
斯:等公證人寫的時(shí)候,我把這東西放到他身后,把太陽(yáng)光射過(guò)去,把所有文字全給燒掉……
為了幫助讀者了解,讓我提醒大家,亞理斯多芬時(shí)代的希臘人是在涂緒的木板上寫字的,這種蠟碰到熱就會(huì)熔化。
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