- 趣味物理學:續篇
- (俄)別萊利曼著 余杰編譯
- 1188字
- 2021-10-29 18:02:14
12.重量的缺失
曾經有一次,一個喜歡開玩笑的人跟大家說,他有一種方法,可以不做任何手腳只靠貨物的分量把大家的錢全都賺走。他的方法就是,從位于赤道的國家采購貨物,然后賣給南北極附近的人們。
眾所周知,如果我們將同一個物體分別放在赤道附近和兩極附近進行稱重,你會發現,它在赤道附近時比在兩極附近時輕一些,同樣都是1kg的砝碼,在兩地的重量差異達到了5g。不過當我們進行這樣的交易時,切忌使用桿秤,我們只能使用彈簧秤,而且這個彈簧秤的刻度是在赤道附近刻出來的,要不然那個人的方法就不奏效了,因為秤砣會隨著貨物重量的增加而增加。舉個例子,如果我們從秘魯的境內采購黃金,然后拿到意大利去賣,我們就能用這樣的彈簧枰實施我們的小把戲,但是,兩地之間的運費不能算在內。
我覺得通過這種小把戲經商是不可能賺錢的,但是,這個喜歡開玩笑的人說得并沒有錯,赤道附近的重力確實比較小,離赤道漸遠,重力會隨之增強。我們都知道地球是旋轉的,擁有最大圓周的旋轉物體存在于赤道附近,而且在赤道上,地球具有最大的凸出角度。
造成重力微弱的原因主要在于地球的自轉,在自轉的情況下,同樣重量的物體在赤道附近時比在兩極附近時輕。
如果我們把一個輕如羽毛的物體從一個緯度放到另一個緯度上進行稱重,那么它幾乎不會出現重量變化。倘若我們將這個物體換成一艘位于莫斯科的重量為60t的輪船,那么這兩地之間的重量差異就很明顯了,從莫斯科開到阿爾漢格爾斯克,輪船會增加60kg的重量,如果開到敖德薩,那么輪船會減輕60kg的重量。在斯匹次卑爾根群島,每年有300000t煤被運往南方諸港,如果我們將這些港口換成赤道附近的港口,那么我們用彈簧秤稱重那些從斯匹次卑爾根運送來的煤,你會得到一個驚人的發現,300000t煤減輕了1200t的重量。一艘重量為20000t的名為阿爾漢格爾斯克的軍艦,通過赤道附近的海域時,會減輕80t。但是我們一般是無法察覺到這種重量的差異的,畢竟減輕重量的不只有它而已,其他一切物體也紛紛減輕了重量,就連海洋中的水的重量也減輕了。
設想一下,如果地球的自轉速度突然加快(比如,一天的時長從24小時縮短到4小時),那么物體在赤道上和兩極上會出現更懸殊的重量差異。如果一天的時長是4小時的話,那么在兩極附近稱重為1kg的砝碼,在赤道重新稱重,重量會減輕到875g。類似這樣的情況是真實存在的,我們可以從土星上找到物體出現重量差異的現象:將同一重量的物體分別在土星的兩極附近和赤道附近進行稱重,你會發現它的重量要比赤道上的重。
眾所周知,速度和向心加速度之間的平方是成正比的,所以經過計算我們能夠得出,要想讓赤道上的向心加速度比之前增加290倍,也就是說增加到和地球的重力加速度保持一致,地球需要達到比現在快17倍的自轉速度才行(17×17≈290)。一般的物體在這樣的情況下會喪失對支撐物的壓力,換句話說就是,赤道上的物體的重量會徹底消失。如果我們將地球換成土星,那么想要產生相同的情況,只要將自轉速度提高1.5倍就可以了。