第一百零八章伽利略大炮

    伽利略可以说是每个物理人都知道的。上学的时候，他就是因为反对亚里士多德而出名。而亚里士多德就是亚历山大的老师，柏拉图的老师。他被称为希腊三杰之一，和苏格拉底齐名。他曾经到比萨斜塔上做过自由落体实验，证明不同质量的物体从同一高度同时落下，它们会同时落到地面，而且速度是一样的。由此，他得出自由落体定律。但是，我就想问为什么是这样的呢？我尝试从重力势能来解释，却只能得出质量大的速度更快。那就用动量，动量等于质量乘以速度。按理来说，两个球的动量应该是相同。然而，这样的话质量大的球的速度反而很小。我仔细想了其实动量并不是相同的。我们知道物体质量越大，动能越大。而动能等于动量乘以速度，动量也就越大。那么，我们可以得出它们的速度是相等的吗？其实是不能的。虽然我曾经试图用动量守恒定律来解释，很明显是不行的。那么，我们应该如何去解释呢？做功？两个物体同时落地又同时下落，而且还处于同一高度。如此一来，它们两个在竖直方向做的功不就是一样吗？而我们知道物体做的功和能量有关。换句话说，两个物体在下落时的能量变化是一样的。但它们当初获得的能量是不是一样的呢？自然不一样。因为我们很容易就可以想到质量大的物体弹起来的高度不高，而质量小的物体弹起来的高度就高。还是从做功来说，而质量小的物体做功更多。所以，质量小的物体获得的能量更多。这是不是反直觉？质量小的速度更快？其实也容易理解。鸟很小，但是它的速度就比人走的速度快。其实，这也不尽然。因为伽利略用的是球。假如它用其他形状的物体就会发现不一样，因为物体在下落时是会有旋转的。为什么会有旋转呢？原来下落的物体在冲击空气，周围的空气作用于物体。不知道你们注意到没有跳水运动员跳水时为什么要旋转，而不是直接一头栽进水里？那是因为这样的跳法更加符合自由落体规律。

    话说了那么多，也该回到伽利略大炮上。看过视频的都知道，用的是四个从下到上质量依次减小的球体。为什么最上面的小球会被弹得那么高呢？那是因为底下的三个球全部把能量传给它了，而蹦极时蹦床上的一个人明明没有用多少力却可以弹起很高的高度就是这个原因。水川米对自由落体问题很感兴趣，所以能够如此不绝地说

    山不在高，有仙则名。水不在深，有龙则灵。斯是陋室，惟吾德馨。苔痕上阶绿，草色入帘青。谈笑有鸿儒，往来无白丁。可以调素琴，阅金经。无丝竹之乱耳，无案牍之劳形。我们这个讨论的地方正是因为有我们几个爱好者，所以才显得珍贵。虽然我们并没有在高楼大厦里，但是我们的品德却一直在向先贤靠拢。我们崇敬先贤，但是也质疑先贤。就像柏拉图说，吾爱吾师，吾更爱真理。就像韩非子，虽然师从儒家大师，却自创法家一派。就像孔子说的三纲五常，那并不是我们应该遵守的。然而，他说的三人行必有我师却是应该相信的。

    我们知道伽利略大炮是用不同体积的球体，那么如果是相同体积呢？最上面的球体还是会被弹起，只是弹起的高度不会那么明显。说同体积是不恰当的，应该是同一种形状。为什么几个半径相同的球体的效果不如半径不同的球体呢？原来弹性势能和两个物体的质量差有关。质量差越大，弹性势能越大。相反如果质量差为零，弹性势能就几乎为零。但是，不起为零。两个同质量的球体之间还是存在一点微不足道的弹性势能的。

    形状是决定物体一切性质的关键。伽利略在研究自由落体时忽略了形状的作用。而在伽利略大炮中，如果使用正方形，而第二个正方形其实是会滑落。与球体不同，两个正方形有很多个接触点。由于力的传递是无序的，导致弹力可以在任何接触点作用于第二个正方形。而两个球体虽然有个微小到可以忽略不计的接触面，但是还是可以看成是一个接触点。正因为如此，保证了力的传递的完全性。而这就说明形状对物体的影响。六子风来一气呵成，中间没有拖泥带水。

    大家应该听过勒洛三角形，但是勒落三面体呢？网络上有视频说的就是它。如果以勒落三面体为材料呢？不行。因为根本没有物体可以在不依靠外力的情况，而立在它的上面。而物体与勒落三面体只能有一个接触点，而不可能有接触面。

    如果要传递力，那么弹簧不就是最好的选择吗？用弹簧的话，最上面的弹起的高度等于最下面的弹簧的压缩长度吗？很显然，不是。但是，毫无疑问，它们是直接有关的。杜埃尼亚斯如此说着。

    我有两个问题。第一如果用冰块，那么会怎样？第二，假如小球的质量无限趋近于零，那么小球弹起的高度是不是趋近于无限呢？首先，来回答第一个问题。冰块可能在还没有弹起时就被震碎了，这是一种情况。还有一种就是，上面的冰块滑落了。再来看第二个问题。我们知道天虽然高，但是也就几百万千米而已。而无限是什么？要达到无限就必须到太空里。而我们知道太空里没有引力，所以物体会漂浮在太空之中。既然不是无限，那么一个无限趋近于零的物体被弹起的高度是多少呢？其实，当它进入云层时，就会受到一种作用力。而这种作用力会使它无法继续向上飞行，而是开始下落。所以，事情并不是我们表面看起来的那样。

    刚才六子风来说到接触点，我就想这个质量无限趋近于零的球体应该怎么立在另一个球体上的呢，另一个球体应该多大？其实，这样的细节问题还有很多。凡事看起来简单的背后往往有更加复杂的原理，而它我们尚不知道而已。有哲学家说过，不知道自己的无知是双倍无知。我们正因为知道不知道，所以才迫切想要知道。然而，当我们知道自己不知道时，这就是一种知道。在物理的探索中，永不言弃才是我们应该坚持的。对此，大家以为是否具有逻辑上的正确性？

    三人都说，是这样的！

    水川米整理了一下衣服和头发，才徐徐说道：物理学家相信时间有起点，而也有终点。而我们也要增长知识，丰富眼界。为此，不能无休无止地说正确的结论。那么，合理的休息就是必要。本来我还想说什么，但是算了。等到明天，我们再继续华山论剑。

    话毕，人散。