托尔斯泰曾写过一本书,叫作《读本第一册》,其中有一段内容是这样的:
一列火车疾驰而来,一辆载着重物的马车停在铁路和马路的交叉处。马车旁边站着一个汉子,他想赶着马车通过铁路,但是一个轮子掉了,马根本无法拖动车子。
火车上的乘务员看到了,对着司机大喊:“赶快停车!”
遗憾的是,火车司机充耳不闻。他认为:此时火车根本停不下来,那个汉子又不可能把马车赶走,所以马车肯定会被火车撞到。最后,他没有将火车停下,而是以最快的速度开了过去。
赶马车的汉子吓得赶紧躲开,呆呆地看着火车呼啸而过,马车像木片似地被抛到了一旁。
火车司机对乘务员说:“现在,我们损失的只是一匹马和一辆马车,如果按你说的去做,火车上的人全都要遭殃,甚至会丧命。要知道,火车行驶时速度很快,会把马车撞开,但能保证火车丝毫无损,若行驶的速度很慢,火车就很可能脱轨。”
依据力学原理,此事说得通吗?很明显,火车与马车都不是“完全有弹性”的物体。它们相撞的时候,被撞的马车在碰撞之前一直静止不动。我们来假设,火车的质量和速度分别是m1与v1,马车的质量和速度分别是m2与v2(v2=0),那么根据之前的公式,可以得出:
可以得出
马车的质量非常小,所以马车的质量m2与火车的质量m1之比很小,完全可以不用考虑,所以我们可以得出(www.daowen.com)
u≈v1
带进上面的第一个式子,可以得到
u1=(1+e)u-ev1=v1
即两车相撞以后,火车仍然用之前的速度前进,因此乘客不会感觉到一丝一毫的震动。
那马车又会怎样呢?相撞后,它的速度会变成
u2=(1+e)u-ev2=(1+e)v1
可以看出,马车的速度比火车大得多。在相撞之前火车的速度越大,在相撞之后马车获得的速度就越大,即马车被撞的力量也就越大。这一点意义重大:为了避免火车事故,必须将马车的摩擦力克服掉,除非有足够大的碰撞力量,马车才不会停在铁轨上。
由刚才的分析可知,火车司机做得非常对。他将火车以最快的速度开过去,撞开了马车和马,避免火车自身受到更大的伤害。但有一点要说明一下,在托尔斯泰那个时代,火车的速度其实并不快。
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