尼亞加拉稻草

提出這個(gè)問(wèn)題的人可能會(huì)被國(guó)際尼亞加拉委員會(huì)、國(guó)際尼亞加拉管理委員會(huì)、國(guó)際聯(lián)合委員會(huì)、國(guó)際尼亞加拉董事會(huì)工作委員會(huì)找麻煩，很可能還包括圣勞倫斯河適應(yīng)性管理委員會(huì)。與此同時(shí)，地球可能會(huì)因?yàn)檫@個(gè)問(wèn)題中假設(shè)的情況而被毀滅。

好吧，這并不完全正確。對(duì)于這個(gè)問(wèn)題描述的場(chǎng)景中存在的風(fēng)險(xiǎn)，真正顯而易見的答案是：“尼亞加拉瀑布不適合通過(guò)一根稻草。”

液體通過(guò)某物時(shí)，流體的流速是有極限的。如果你泵送流體通過(guò)一個(gè)狹小通道，流體會(huì)加速。如果此處的流體是氣體，當(dāng)氣體在窄縫中的流速達(dá)到聲速時(shí)， 它會(huì)“噎住”。此時(shí)，氣體在縫隙中將不能流動(dòng)得更快。不過(guò)，你仍然可以通過(guò)增加壓力的方式，使每秒通過(guò)窄縫的流量繼續(xù)增加，這會(huì)進(jìn)一步壓縮氣體。

對(duì)水而言，使其阻塞還有另一種原因。當(dāng)一種流體快速通過(guò)某個(gè)通道時(shí)，由于遵循伯努利原理，流體中的壓強(qiáng)下降。水總是“想”沸騰，卻被氣壓壓在一起。如果壓力不足，水中就會(huì)產(chǎn)生沸騰的蒸汽。這被稱為空化。

當(dāng)水被迫高速通過(guò)一個(gè)通道時(shí)，空化氣泡使其在整體上變得不那么致密。增大壓強(qiáng)，試圖讓它更快地通過(guò)，只會(huì)使它沸騰得更快。即使水和蒸汽混合著以更快的速度流動(dòng)，這也會(huì)使得通過(guò)通道的水的總量持續(xù)上升。

水流速度的另一個(gè)限制來(lái)自聲速。我們無(wú)法用增壓的方式使通過(guò)通道的水流加速至超過(guò)聲速（在水中的聲速）。如果你嘗試使水的速度達(dá)到那種程度，那么通道的轉(zhuǎn)彎處對(duì)它而言將是毫無(wú)用處的，因?yàn)樗畬?shí)在是有些重。

所以，要使尼亞加拉瀑布剛好能通過(guò)一根稻草，需要它流多快呢？它的流速是否可以超過(guò)聲速呢？這很容易就能算出來(lái)。我們需要知道的是瀑布的流速以及要穿過(guò)的面積是多少。

尼亞加拉瀑布的流速至少是2800立方米/秒，這實(shí)際上是規(guī)律好的。尼亞加拉河供應(yīng)的水量大概是8300立方米/秒，但是其中的大部分都被轉(zhuǎn)移到隧道中用于發(fā)電了。不過(guò)，如果世界上最著名的瀑布完全被用于發(fā)電，游客一定會(huì)發(fā)怒的。所以，至少要有2800立方米/ 秒的水流量從懸崖上傾瀉而下供人觀賞（夜間和淡季為這個(gè)數(shù)字的1/2）。在接下來(lái)的幾年里，瀑布可能會(huì)關(guān)閉維修。可能要看看他們能找到什么夠酷的東西。（重要提示：如果你想把尼亞加拉瀑布的水導(dǎo)向一根稻草，你會(huì)違反《1950條約》中“2800立方米/秒”的限制。這一條約由國(guó)際尼亞加拉委員會(huì)監(jiān)督執(zhí)行，這個(gè)委員會(huì)由一個(gè)美國(guó)人和一個(gè)加拿大人組成。他們可能會(huì)對(duì)你感到不安，同樣的，我在最開始所說(shuō)的那些各種各樣的組織都會(huì)感到不安，所以你要自己承擔(dān)這些風(fēng)險(xiǎn)。）

一根標(biāo)準(zhǔn)的稻草直徑大約為7毫米。要計(jì)算水流速度，我們只需要用流量除以面積。如果結(jié)果大于聲速，水流會(huì)被堵塞，這就會(huì)產(chǎn)生一些問(wèn)題。

顯然，此處的水流速是光速的1/4。

從好的方面說(shuō)，我們不需要擔(dān)憂空化，因?yàn)楫?dāng)這些水分子碰撞到稻草的內(nèi)壁時(shí)，很快會(huì)引發(fā)各種各樣激動(dòng)人心的核反應(yīng)。在這些高能量的情況下，一切都是等離子體，所以沸騰和空化的概念甚至根本不適用。

但是情況變得更糟糕了！水柱的相對(duì)反沖力將會(huì)非常強(qiáng)。當(dāng)然它還不足以將北美板塊向南推動(dòng)，但足以摧毀你制成這個(gè)水柱所需的所有設(shè)備。

事實(shí)上沒有一臺(tái)機(jī)器可以將如此多的水加速到相對(duì)速度。粒子加速器可以把物體加速到這個(gè)速度，但是他們通常采用小罐氣體。你不能把尼亞加拉瀑布放進(jìn)加速器。如果你非要這么做，科學(xué)家會(huì)非常生氣的。

好心提醒一句，這一場(chǎng)景中粒子噴射產(chǎn)生的能量將大于地球上所有太陽(yáng)能的總和。這個(gè)“瀑布”的輸出功率相當(dāng)于一個(gè)小恒星，它的光和熱將會(huì)使地球溫度迅速升高，海洋瞬間被煮沸，并在瞬間將地球變成一個(gè)不再適宜定居的地方。

所以，我祈求有人能站出來(lái)阻止這場(chǎng)災(zāi)難。