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能量的转化和守恒定律
在非洲东部,当地土人有一种巧妙的捕猎方法:他们在一棵树上放一箱蜂蜜,在树的中央用绳索吊一大截木头,在树下的地上埋一些削尖的木橛。蜂蜜的香味会招来贪吃的黑熊,但当熊爬到树中间时被木头挡仆人路。熊用爪于将木桩推开,木桩落下时打在熊的头上。熊又用更大的力将木桩推开,木桩也更重地打在熊的头上。这时熊被激怒了。它奋力将木桩打开,木桩又会重重地打在熊的头上,就这样熊与木桩展开一场激烈的搏斗。最后,熊终于筋疲力尽而从树上掉下来,落在木橛上被人们捕获。这个装置可以连续使用,且效果颇佳。
那么,到底是谁将熊从树上打下来的呢?原来正是熊自 己。当熊将木桩以一定的速度推开时,木桩在摆动过程中位置升高,重力势能增加,速度减小,这时动能转化成木桩的势能;当到最高点时,动能全部转化成势能,接着木桩摆回,这时势能又转化成动能,使木桩速度越来越快,摆到最低点时,势能全部转化成动能。熊正好是在最低点,所以木桩将以熊推开它的速度的大小打在熊的身上。
在这个捕兽装置中,实际上,是利用了能量的转化和守恒定律。这个定律在物理学中是极其重要的,被人们称为是贯穿物理学的一条“红线”,恩格斯称它为“伟大的运动定律”。然而你可能不相信,这个伟大的运动定律却不是由物理学家首先提出的,第一个发现它的是一位医生,名叫迈尔。
迈尔是一位德国的医生,但他对生物学、化学和物理学都非常感兴趣。并且一边行医,一边从事研究。1840年,迈尔作为一名随船医生从苏腊巴亚到爪哇。在爪哇,他发现当地人的静脉血不像其他高度地区的人那样是暗红色,而是和动脉血一样呈鲜红色。这一发现使他十分惊讶和好奇。并引起了他长时间的思考,终于在1841年航行结束时,得出了比较成熟的看法。他用燃烧理论解释以上现象,认为由于当地气候炎热,人们不需要从食物中摄取过多的热量,所以肌体中食物的燃烧过程减弱了,静脉血中留下了较多的氧,因此呈鲜红色。他又进而想到化学家一般认为的物质不灭,也可以应用到“力”(当时人们将能量也叫力)上。认为力(即能量)同物质一样也是不可破灭的,它们加入不同的组合,在旧的形式中消灭了,又形成新的形式。
1842年,迈尔将载有他上述观点的文章《关于机械力的评论》发表在德国生物、化学家李比希主编的《化学和药学》杂志上,从而成为提出能量的转化和守恒定律的第一人。
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