“消失”的能量

当你把一个钢制的弹簧弯曲的时候，你为此所做的功就转化成了这个钢制弹簧的弹性势能。如果你用这个弯曲着的弹簧去举重物或者转动车轮，你会重新得到为其付出的能。在这个过程中，能量被分成两个部分，一部分成为有用功，另一部分的任务是去克服摩擦阻力。自始至终，你最初付出的能量全都发挥了作用，没有损失掉一个尔格。

但如果你没用这个弯曲了的弹簧去举重物或者转车轮，而是把它放进了硫酸里，它就会被溶解掉。弹簧带着你给它的动能消失了，没有谁能把这个动能还给你，这看上去好像是把能量守恒定律破坏掉了。

事实是否真的这么令人悲观呢？当弹簧从眼前消失的时候，我们以为一切都化为乌有，但其实有很多事情被我们忽略了。弹簧是一点一点被硫酸腐蚀掉的，当它断裂的瞬间，它的能量可以转化成动能，从而推动周围的硫酸液体；它的能量还能转化成热量，使硫酸的温度得到升高，当然，这个升高的数值不会太大。我们假设弹簧被弯曲后，它的两端比平时被拉近了10厘米（即0.1米），弹簧的应力是2千克，换句话说，假设使弹簧弯曲的力平均数值为1千克，那么弹簧的势能就是1×0.1=0.1千克米。这么少的热量也就只能为全部硫酸的温度提高几分之一度，显然是很难被察觉的；但除了这种可能性，它的能量还可能转化为电能或化学能。如果转化为化学能，或许可以加快弹簧的腐蚀速度（前提是这种化学能可以促进钢的溶解），也或许能减慢弹簧的腐蚀速度（前提是这种化学能可以阻滞钢的溶解）。究竟哪一种分析更有可能发生？只有做了实验才会知道。

这种实验早就有人做过了。像图73那样，取两个一模一样的玻璃容器，将两根玻璃棒固定在左侧玻璃容器的底部，保证两棒之间的距离是半厘米，然后把一片钢片弯曲，卡入两根玻璃棒之间（见图73左）。拿一片同样的钢片，直接放在右侧的玻璃容器里（见图73右）。先向左侧的玻璃容器注入硫酸，会发现钢片立刻开始溶解，并很快断裂成两段，渐渐地这两段全都被溶解了。需要注意的是，从钢片接触到硫酸直到完全溶解掉，这个过程所用的时间必须认真记录下来。然后在完全相同的条件下，使右侧容器里没有张力的钢片浸入硫酸。实验结果显示，没有张力的钢片被完全溶解的时间较短。

图73　弯曲弹簧的溶解试验

这说明具有张力的弹簧比没有张力的弹簧更耐腐蚀。这个实验告诉我们，被弯曲的弹簧的能量也被分成了两部分，一部分转化成了化学能，另一部分变成了弹簧断裂开时运动部分的机械能，所以你看，即使钢片被放进硫酸里腐蚀掉，你给予它的能量也没有平白地消失。

我们还可以解答一个类似的问题：把一捆木柴拎上四楼，毫无疑问，它的势能得到了增加。那么当我们在四楼的灶台里将这些木柴点燃的时候，它增加的这部分势能去哪里了呢？

相信读者们只要略加思考就能想通这个问题，木柴充分燃烧后所留下的产物就是由木柴的物质变成的，这些产物在距离地面有一定高度的位置上形成，能比它在地面上形成时具有更大的势能。