物理

2018-12-26 12:42
课堂内外(高中版) 2018年11期
关键词:重力加速度火焰

假如重力离家出走 江枫

你一定听过牛顿和苹果的故事,但你可能不知道,这最开始是伏尔泰从牛顿他侄女那里听来的二手段子。不论故事真假,牛顿发现的万有引力总归是真的,它一直以重力的身份潜伏在地球表面,看似毫不起眼、可有可无。如果有一天,重力突然离家出走,到底会闹出哪些乱子?

火焰会停止燃烧

还记得隔壁化学老师讲过的燃烧吗?火焰的本质,其实就是可燃物和氧气发生的化学反应。燃烧的时候,空气受热变轻,一边发光一边向上移动,形成火焰的形状。冷空气一看有空子可钻,便趁虚而入,占据上升空气留下的位置,再次受热反应。这样就会形成一个循环,源源不断地提供氧气,直到氧气或者燃料耗尽。

要是在失重的条件下,情况可就大不一样了。因为没有力量把重的气体往下拽,空气受热变轻之后也就不会上升。失去了重力的监督,火焰会发福成一个球形的胖子。由于缺乏对流,初始燃烧过后,没有新鲜空气进入,火焰球中氧气用完得不到补充,只能迅速熄灭。如果真有这么—天,家里的燃气灶恐怕是要含泪下岗了。

机械表会更精准

石英表,是利用石英晶体受电池电力影响产生的规律性振动来计时的。它的一大劲敌机械表,则是以机芯内的发条为动力带动齿轮,进而推动表针转动。

这两种表到底哪个更好,一直是钟表爱好者们争论不休的话题。但机械表有个不得不承认的bug——误差会比石英表更大。这主要是因为,机械表内部有个叫“擒纵机构”的家伙,会在机械表随手移动的过程中,受到重力影响而导致误差。

针对这个问题,瑞士钟表大师路易·宝玑发明了“陀飞轮”调速装置,将擒纵机构放在一个框架之内,围绕轴心360度旋转。这样,零件的方位误差互相抵消,就能最大限度地降低重力对机械表造成的影响。

所以,如果重力消失,那么即便是普通机械表也可以大大提升精准度啦!

人体会萎缩退化

人体肌肉受到重力带来的负荷时,细胞会合成肌纤维蛋白,增加肌肉力量。而在失重情况下,肌肉负荷严重不足,肌肉就会开始分解萎缩。同样,没有重力的负载,钙质就会流失,导致骨骼强度下降。这也是为什么,长期生活于空间站的宇航员会出现骨质流失、肌肉乏力的现象。

如果有幸能见到失去重力的地球,估计大家都会变成“失重瘫”。

地球会爆炸

当然,上述情景只是一种假设,永远不可能真正发生。要是重力真的离家出走,造成的影响可不止这么一点点。

一旦地球失去了重力,随着高速自转,无论飞禽走兽还是江河湖海,所有没被固定在地面上的物体都会离开地球表面,呈直线飞入太空。原本被地球重力束缚的大气层也会逃逸。暴露在宇宙的恶劣条件下,地球生命可能会全部消失。

英国天文学家卡伦预言,地球自身可能因此分崩離析,成为一块块碎片飘入太空。不仅如此,太阳也难逃厄运。一旦失去与地球间的相互引力,内核的高压将会导致其发生剧烈爆炸。到那个时候,太阳系甚至宇宙究竟会落得什么下场,我们也不得而知。

重力作为万有引力在地球上的代表,可以说是四大基本相互作用里最红的成员了。它的存在并不是为了束缚,而是为了提供保护。地球需要它,地球上的生命更离不开它。如果重力不复存在,与地球有关的一切都将失去意义。

重力可以被制造

如果未来有一天,人类成功研发出移民外星的技术,来到一颗陌生星球居住。为了能长期生活下去,必须想办法人工制造重力。

那么,有哪些(看似)靠谱的重力制造方法呢?

方法一:通过线性加速制造重力

爱因斯坦曾提出,当一个力把地面推向人,并保持约9.8m/s^2的加速度(等同于重力加速度),这个力给人的感觉就和引力一样了。换句话说,如果飞船以垂直于底部向上9.8m/s^2的加速度前进,就会产生线性加速度,进而构成人工重力。但是想要维持这一加速度,飞船的引擎必须具备足够的推力,同时还要消耗大量的能量。即使未来科技能够实现,也绝对是个不环保的做法。

方法二:通过旋转制造重力

这一方法,是通过旋转产生的向心加速度来模仿重力加速度,从而实现人工重力。前些年的科幻片《星际穿越》《火星救援》中,都有通过旋转飞船结构来制造重力的设定。向心加速度是圆周半径乘以角速度的平方,要想达到1G的向心加速度,只能靠增加半径或者转速。考虑到人类所能承受的最快转速有限,只能大幅增加飞船半径。不用说,肯定是个劳民伤财的大工程。

方法三:通过电磁力模拟重力

这种方法相对比较笨,就是通过电磁场额外施力来模拟重力。使用这种方法,需要大批量生产感应设备,人们穿戴上感应设备,将电磁力大小设定为等同于重力大小,就能模拟出有重力的环境了。不过,要让每个人都能穿上电磁感应设备,好像也不是件简单的事儿。

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