正文

2. 家里的科学(11)

北极熊会觉得孤独吗? 作者:(英)米克·奥黑尔


吸引力究竟是什么?

慢慢移动一只铁钉靠近一块磁铁,在一定的点位铁钉会向前跃进粘到磁铁上。我充分了解科学并且知道“世上根本没有免费的午餐”。因此我要问,这种能够克服惯性、摩擦力,并且让铁钉移动的能量是从哪来的呢?--Peter Jenks,来自南非Cape Town。

我们的“免费午餐”,就是我们正在一个能够提供有可用能量的宇宙中生存。试想一块岩石从太空落向地球的情景。岩石在地球上方的位置,再加上岩石和地球之间的万有引力,为这个岩石和地球组成的系统提供了势能(蓄积的能量)。随着岩石加速奔向地球,这个势能转变成动能(运动具有的能量)。假如我们把该降落着的岩石托起,远离地球回到其初始轨迹,我们将会消耗或者说岩石将会释放刚好相同大小的能量。

与此类似,铁钉和远处的磁铁之间也具有势能,这种势能随着它们在磁场中“落向”对方转换成动能。在地球上方高高的岩石和远离磁铁的铁钉,都充满了限制它们的能量。落到地球上的岩石或者是被吸到磁铁上的钉子才具有最低水平的能量,而在空中孤立的岩石或钉子则不是。

两件物体自己分离开,或者是在允许其聚到一起之前用力让其保持分开,这两种过程并没有什么本质区别。释放的能量总是等于它们具有的势能,宇宙中的总能量是“守恒的”。

--Jon Richfield,来自南非Somerset West。

对比一下磁铁的磁场和地球的重力场,对问题的回答是有帮助的。人们还可以问,当释放一个球让其自由下落的时候,克服惯性和空气阻力并把球和地球拉倒一处的能量从何而来?

简单的答案是,这种能量一直存在,并以势能的形式储存着。同样,用来让钉子飞向磁铁的势能也总是存在的。当放开钉子时,这种势能在钉子向磁铁移动和碰到磁铁的过程中被转换为动能、热能和声能。当从磁铁上把钉子拉开时,所需要的主要是动能,这种动能被转换成钉子的势能,又让钉子具有了被磁铁吸引的可能性。

--Sam Davies,来自英国Surrey的Limpsfield。


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