逍遥学能 2016-03-26 09:32
趣味物理实验 由历史网资料整理
1 壶窍泻水
谷应泰在《明史记事本末》中介绍了徐有贞1453年受命往山东张秋治水之前所做的一个实验：“初，有贞方鸠功，有言沮者，上使中使问之。有贞示以二壶，一壶之窍一，一壶之窍五，注水二壶，五窍先涸。中使还报上，上惟有贞之所为。”
这个实验是在主张对黄河决口进行筑堤堵塞还是疏决开支河的矛盾冲突下进行的，徐有贞主张分河疏流，认为这样易于排水，但遭到部分人的阻拦。于是，徐有贞当着钦差大臣的面演示了壶窍泻水实验，用事实说明分河疏流的正确性，这一主张得到了皇上的支持。
实验是这样进行的：取两个形状一样、容积相等的水壶，在1个壶中开1个大孔，在另1个壶中开5个小孔，5个小孔开孔总面积等于大孔开孔面积，将两壶灌满水后，同时让水从壶中开孔处流出。实验结果是：开有5个小孔的那壶水先流完。
这个实验的趣味性在于：人们通常认为只要两壶开孔面积相等，其流量必然一致，但事实并非如此。因在两壶横截面积、起始时水的深度和开孔面积相等的情况下，壶中水流尽的时间决定于孔的水流量系数。若两壶开孔形状相同、孔缘锐利程度和水温一致，则水流量系数决定于流速系数。在一定范围内，流速系数是随水的深度减小和孔径减少而增大的，这就是5窍之壶中的水先涸的原因。
有关壶窍泻水的记载，还可在《明经世文编》《物理小识》《明通鉴》中见到，只是在实验起因、壶的开孔数目、窍口截面大小是否确定等叙述上稍有差异，但实验结果完全相同。这个实验也是迄今为止所发现的世界上同类流体力学实验中最早的一个。
2 结环飞木
《抱朴子》载：“用枣心木为飞车，以牛革结环剑以引其机，----交罡而乘之，上升四十里---[2]，
飞车，即“竹蜻蜓”，它是一种飞行玩器。这种玩器通常用竹片或木片作飞翼，飞翼下安一转柄(环剑)，转柄套人用竹筒做成的手柄中。在手柄一侧开孔，将绳索穿过小孔后缠绕在转
柄上，绳的一端露在手柄外，用力抽出绳索，翼片即向空中飞去。飞车的飞行原理是：拉动绳
索，转柄飞速转动，并带着飞翼作圆周运动。由于飞翼做成螺旋桨状，它对空气产生向下的作
用力。把绳索从竹简中全部抽出后，飞翼在空气的反作用力的推动下飞向空中。
“竹蜻蜓”千百年来一直为人们所喜爱，它与风车一样，至今仍在民间流传。值得注意的是，古代也有人称风筝为飞车。 张华在《博物志》中就曾提到：“奇肱国，其民善为机巧，杀百禽，能为飞车，从风远行。”[3]此处所指飞车，当为风筝，其飞行原理与“竹蜻蜓”不同。