劉雪松 閆娜 耿德路

數百年前,在伽利略的組織下,一大一小兩個鐵球相約在比薩斜塔進行自由落體競速賽。在眾人的見證之下,它們“兩兄弟”打成了平手,證明了自由落體運動與物體的質量和體積無關。
不過, 我們卻時常發現,羽毛、紙張……總是慢悠悠地飄落。
于是,鐵球打算邀請羽毛來一場自由落體競速賽。
在它看來,穩操勝券,羽毛輸定了!
羽毛可憐巴巴地找到你幫忙,它不想輸得太難看。
賽道指定技術——落管
估計你也知道,輕飄飄的羽毛不像沉甸甸的鐵球,它很容易受到空氣的影響,兜兜轉轉只能慢悠悠地飄落。這才給了鐵球莫大的自信。
你想:要是能消除空氣的影響,是不是就能幫到羽毛了?
是的!科學家也是這樣想的。為此,他們設計了幾套先進的自由落體競速“賽道”——落塔、落管、落井。
這些賽道,實際是依賴于落管技術修建的一根根豎直的、長長的管道。它們的主要區別就是裝置高度的不同。為了實現“真·自由落體”,科學家會使用真空泵將管道內的空氣抽出,盡可能地將空氣對參賽選手的影響減至零!
競速狂飆,拒絕空氣干擾
根據自由落體的運動方程(h =1/2gt 2)進行簡單的估算,如果整場比賽持續三秒,那么,至少需要45 米高的賽道來承辦這項比賽。
好在落管技術在設計上非常靈活,能夠提供的賽道高度從幾米至幾百米不等,完全可以滿足本次比賽的需要。不止如此,賽道空間也很寬裕,要是其他諸如氣球、木板等大小、重量不一的選手也想來參賽,一樣是沒有問題的。
鐵球Vs. 羽毛,比賽開始!
頃刻之間,鐵球和小羽毛同時從賽道最高點開始下落!
在重力的作用下,它們開始做自由落體運動。
鐵球側身一看,驚道:咦?羽毛怎么沒被甩下?
羽毛微微一笑,繼續跟鐵球齊頭并進!原來,因為落井技術打造的賽道內無比接近真空,空氣阻力對羽毛的影響幾乎可以忽略不計。兩位參賽選手將處于完全失重的狀態!
20 米,30 米……選手之間沒有拉開一點差距!
最終,鐵球和羽毛一路落體狂飆,同時到達終點——鐵球沒有贏,羽毛沒有輸!
復原失重,重現太空神奇
得益于落管技術,你成功地幫助了羽毛。那么,你是否想到, 這條由落管技術打造的賽道,已經將神奇的太空現象挪到了眼前——數秒之內的失重狀態,已經如同在太空之中遨游一般。
在生活中,將水和食用油混合在一起,靜置一段時間后,因為兩者密度的差異,會出現明顯的分層現象。而在太空中,由于失重,這樣的上下分層現象將不復存在,取而代之的會是像蛋清和蛋白那樣層層包裹的殼核結構。
此外,太空的失重狀態也會引發液體、熔體很多有趣的變化。這些不斷吸引著科學家的目光。落管技術能在地球就模擬出這樣的條件,幫助科學家完成很多失重狀態下的研究任務!
而善于觀察的同學們,從鐵球和羽毛的競速賽中也許還能學到更多物理知識。將來某一天,說不定你能直接帶著“羽毛”,借助高聳入云的落管,攀升至神奇的太空!