在特定情况下,一条链子似乎可以表现出反重力的状态,像喷泉中喷出的水流一样运动。这一现象背后的原因,近日被物理学家揭示出来。这项研究对于现有的很多应用具有重大的意义,包括绳系卫星以及太空升降舱等。
链条技术是最为普通、古老且广为应用的技术之一,很多人恐怕认为物理学家已经完全明白链条的所有。然而事实并非如此——BBC近日公开了一小段视频,超过250万观众观看了这段视频并为之震惊,其中不乏物理学专业人士。
莫尔德(Steve Mould)首先上传的这段视频引起了广泛关注。
这一视频展示的现象,哪怕在家里都可以被轻而易举地重复——只需要一条足够长的珠链链条,并把它放置在一个类似烧杯的容器里面,拉起珠链的一端并使之垂落。你会观察到珠链并不只是简单地由于重力作用“流”向地面,在整个运动过程中链条会自发的向上运动,就像喷泉喷水那样。众说纷纭
尽管人们都知道链条自身的重量使其向下坠落,但科学家并不清楚珠链在落下前为什么会先跃起。“我们意识到自己正在进行一项有趣的研究。”这个月,来自剑桥大学的物理学家约翰·比金思(John Biggins)和同事马克·华纳(Mark Warner)在《英国皇家学会报告A》上发表了关于这种珠链运动现象的论文。
有观众在观看视频后认为链条本身具有某种磁性,但比金思澄清说,这一现象的产生和磁力无关。“很多人也推测珠链是在一个向上的外力作用下离开容器,但是最终还是会落到地面上。因此,之所以珠链会出现一段向上的位移,是因为这段珠链需要一段时间才反转动量的方向,就像一个抛起的球上升之后坠落。”比金思说道。然而,这些推测都是不正确的。
比金思在解释球的上抛运动与“珠链喷泉”之间的差异。球的上抛是一个减速过程,到达顶点时速度为零。但珠链经过顶点前后,上升和落下的速度却是保持一致的。图片来源:Royal Society Publishing
研究人员的计算表明,驱使链条向上运动的作用力并不是来自于已经脱离容器的珠链,他们推算出这股上推的力最终来自于还停留在容器内的那一部分珠链。“来自容器的推力才是主要的原因,这出乎了很多人的意料。”比金思表示。
科学家们进行这个实验的初衷,是利用这样的视频来进行高中物理教学。“我们觉得通过这个现象很酷,我们应该搞清楚这背后的原理,并向高中生提出这个问题。”比金思说:“然而我们很快发现,对链条运动的定势思维并不能解释为什么珠链会凌空而起。为了解释这个问题,我们必须回顾一下经典力学里那些金科玉律。”