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违反惯性的氢气球

 大科技杂志社 2019-11-09

怪异的小氢气球

我们知道,任何物体都有惯性,都想保持现状,除非受力。例如坐在汽车里,汽车向前开动了,我们的身体随着座椅启动了,但是上身还会向后仰一下。汽车向右拐弯了,我们的身体会自动地向左偏。这些情况我们已经司空见惯,谁都不会感到惊奇。

但是,当一个平淡无奇的小氢气球被丝线拴在汽车地板上时,它的运动就显得怪异了!它的怪异甚至被很多人认为它是个外星气球。

那么,它到底有什么怪异行为?

汽车一起步,车上任何不固定的物体都会自然向后仰一下,但小氢气球却是向前冲,差点撞到汽车前面的玻璃!汽车遇到红灯刹车了,车上任何能运动的物体由于惯性还会向前冲,而小氢气球却向后退!汽车行驶途中向左拐弯,车上的人都有向右偏的趋势,但是小氢气球不但不向右偏,反而朝汽车的左侧玻璃撞去!

氢气球不但没有了普通物体都有的惯性,而且还具有与惯性相反的运动状态,这怎么可能?

空气惯性抵消了气球惯性

研究者认真思考了小氢气球的怪异情况:小气球在外面的表现很正常,为什么偏偏到了汽车里,惯性就消失了呢?按理说惯性是不可能消失的,应该是汽车内的某种力量促使它做出了怪异的行为。那么是什么力量呢?

科学家分析,氢气球除了受到重力外,还受到空气的浮力,在汽车加速或改变方向时还会受到加速度方向的力。在通常情况下,重力对汽车内任何物体的影响都是一样的,而加速度方向的力也是如此,唯独浮力在小气球身上是独特的。

看来问题还是出在了浮力上。原来,空气是有密度的,在汽车有加速度的时候,空气和人一样向后运动,致使汽车后部空气密度增加,气球就会向密度小一些的车前部运动。同理,汽车刹车时,空气和人一样向前运动,致使汽车前部空气密度增加,气球就会向密度小一些的车后部运动。汽车左右转弯时也是同样的道理。

由此看来,正是这种密度不同的空气产生的浮力克服了氢气球的惯性,让小气球表现出各种怪异的行为。

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