禁闭在船舱里的实验

一位法国飞行员在回忆第一次世界大战中的一场空战时，曾记录了这样一段经过。在一次2000米高空的战斗中，这位飞行员觉得脑后有一只小虫，干扰了他的飞行。于是他顺手一抓。等他一看，却吓出了一身冷汗。原来他抓住的是一颗正在发热的德国子弹。这究竟是怎么一同事？是不是超人的传奇呢？不，这位法国飞行员确确实实抓住了一颗子弹。

其实从力学相对运动的角度来分析，这是完全可能的。我们知道，第一次世界大战时期，战斗机的飞行速度大约是每秒钟40米。子弹离开枪膛时的初速度，当时一般是800～900米/秒。当子弹运行一段距离，又穿透机舱，在阻力作用下，末速度降为每秒钟40米左右时，就接近于飞机的速度。如果子弹是从机舱后打进来的，和飞行的方向又正好一致，那么子弹和飞机就几乎是以同一个速度，沿同一个方向运动。这样的子弹对飞行员当然不会具有杀伤力了。因此，法国飞行员顺手抓住一颗子弹，就好像抽烟的人顺手取下夹在耳朵边的一支香烟一样。用力学的话说就是，子弹相对于飞行员的相对速度接近于零。或者说，子弹相对于飞行员来说，处于相对静止。因此，所谓接子弹的“功夫”，只是在特定条件下的偶然现象。

（图2-10）伽利略

其实早在1632年，伽利略（图2-10）就认识到了相对性的道理。他曾经做了一个实验，把一些朋友关在一条大船甲板的主舱里，再让他们带上几只苍蝇、蝴蝶和其他小飞虫。舱内放一只大水碗，其中放几条鱼。然后挂上一个水瓶，让水一滴一简地滴到下面的一个宽口罐里。船停着不动时，小虫向舱内各方向飞行，鱼向各个方向随便游动，水滴进下面的罐子中。一个人把任何东西扔给另一个人时，只要距离相等，向这一方向不必比另一方向用更多的力。双脚齐跳，无论向哪个方向跳过的距离都相等。然后，再使船以任何速度前进，只要运动是匀速的，也不忽左忽右的摆动，舱内的人会发现上述现象丝毫没有改变，人们也无法从其中任何一个现象来确定，船是在运动或是停着不动。

这个实验道出一条极为重要的真理。即：从船上发生的任何一种现象，你是无法判断舱究竟是在运动还是在停着不动。现在称这个论断为伽利略相对性原理。

相对性原理这个力学概念，并不是所有的人都能精确地描述的。但地球上所有的生物，包括人类，所以能够生存，就是因为有一个相对静止的生存环境。

大家知道，地球一昼夜自转一圈。若取地球半径的近似值为6400千米，那么用最简单的圆周运动速度公式，就可以计算出，在地球的带动下，处在赤道上的人、房屋、桥梁和所有的一切，每时每刻都在以每秒钟465米的速度作圆周运动（不考虑地球的公转）。请读者千万不要小看这个速度!这个速度已经远远超过了目前一般超音速飞机的速度!幸亏我们的地球始终以一个恒定的速度运动着，才使地球上的一切，包括我们人类能一直随同地球一起运动，而处于一个相对静止的环境之中。

科学小链接

急刹车时乘客为什么会摔倒

大家坐公共汽车也许有过这样的经历，当平稳行驶的公共汽车，突然遇到险情而紧急刹车时，车内的乘客会纷纷摔倒。为什么？这就是破坏了“相对静止”。本来汽车和乘客以同样的速度前进着，人、车处于相对静止。突然车遇险情紧急停车，人却还在以惯性向前运动。如果汽车以每小时50千米的速度行驶（正常速度），突然停车时，人相对于汽车就会产生一个约每秒钟14米的向前运动速度。由于鞋底和汽车间的摩擦，使脚不能随人一起向前运动，人就必然纷纷摔倒了。