对一些潜水运动爱好者来说,随时随地知道自己在水下的深度是很有必要的一件事,因为这关乎到他们的生命安全。因此某些手表商家动起了心思,在手表上增加了测量水深的功能,方便潜水爱好者们一物多用。但,不知看文章的你有没有想过,如果在太空中,比如人造地球卫星轨道上,这种手表还能测量水深吗?
先来梳理下问题:
假设在地球卫星轨道上有一个太空实验室,里面模拟了地球表面的一般环境——当然除了重力以外。然后我们在这个实验室里放置了一颗半径为1m的水球(因为失重的关系,水会变成球状),再在这个水球的中心放置一块能够测量水深的手表,请问:此时这块手表的水深读数是多少?
然后是备选答案:
A:0米 B:1米 C:2米 D:在0至2米之间不断变化
相信很多人会选A,对吗?但重点是,为什么呢?
其实很简单,这是因为水球也好,手表也好,甚至整个太空实验室,都是在“往下掉”的状态。
先从手表说起。水深测量的原理,简单说就是手表内部有个感应元件,可以感受到外部水对它的压强,然后利用不同压强与水深之间的关系表,通过换算的方式,得知水的深度。所以要想手表能够测量水深,那么前提是水必须对手表有压力。
再说水球。我们知道,地面上如果有人水平向前扔一块石头,那么在重力等的作用下,这块石头会掉回到地面上,而且如果这个人用的力气大一些,石头向前飞的距离也会远一些,但终究会掉下来。那么,假如这个人的力气足够大,可以让石头一直往前飞呢?没错,这块石头就会绕地球一周后,砸到这个人的后脑勺(牛顿的思想实验)。
“扔石头”示意图(图丑勿怪)很眼熟对不对?因为这就是太空实验室以及人造地球卫星们的运动方式了。包括它里面的水球等物品在内,整个太空实验室其实一直都处于“往下掉”的状态的,只不过同时它往前飞的速度太快了,在它完全掉下来之前要绕着地球飞好多好多圈呢。
既如此,两个同样在“往下掉”的物体之间其实并没有产生互相作用的力(不考虑水的浸润作用等),也就无从谈起水对手表的压力了。故而,太空中的水深测量表,应该是没有读数的。
某在太空中“流泪”的宇航员最后,这个问题其实还可以拓展一下:这块浸没在水球正中心的手表受到了水对它的浮力吗?如果没有,请说明理由;如果有,浮力的方向又向哪边呢?
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