第2章 累積力量

（20）每當完成工作需要的力，超過在其所需的時間內可以生成的力時，必須采取一些機械方法，保留和精簡這一過程開始時施加的一部分動力。用飛輪完成是最常見的做法。飛輪實際上只不過是一個輪子，有很重的輪輞，以使其中的大部分重量接近圓周。它需要很大的動力，在一段時間內讓它快速運轉起來；但如果它的力量集中在一個小的目標上，伴隨著相當快的轉動速度，就會產生非常強大的效果。在一些鐵作坊里，蒸汽機的功率相對于它要驅動的輥輪來說過小，通常的做法是：在熾鐵準備好被從爐子中取出移到輥輪上之前，啟動蒸汽機，在短時間內快速工作，直到飛輪達到相當驚人的轉速。在軟化的鐵塊通過第一個凹槽時，蒸汽機受到非常明顯的抑制；在隨后和接下來的每個通道中，它的速度都會降低，直到鐵塊減小到普通的蒸汽機足以滾動它的體積。

（21）大型飛輪的力被集中于一點時，其強大的效果在我們一位最大的制造商那里奇妙地得到了展示。企業主正在向朋友表演給蒸汽機鍋爐的鐵板沖孔的方法。他手里拿著一塊厚度為3/8英寸的鐵板，放在沖床下面。在打了幾個洞之后，他觀察到沖床穿孔的速度越來越慢，便向蒸汽機師喊話詢問是什么原因讓發動機如此緩慢地運轉。人們發現當企業主開始他的實驗時，飛輪和沖孔裝置剛好從蒸汽機脫離了。

（22）另一種積累力量的方式來自于提升重物，然后讓它下落。一個人，即使是用沉重的錘子，也可能只是反復擊打樁頭而不會產生任何效果。但如果他將一個重得多的錘子提升到一個高得多的高度，盡管重復的次數要少得多，錘子也可以產生預期的效果。

當對木樁之類的大體積物質進行輕微擊打時，材料的不完全彈性會導致每次運動中從粒子到后續粒子傳遞動量的損失；因此，運動所傳遞的全部的力可能會在到達相反一端之前罄盡。

（23）眾所周知，火藥在一個小空間內積聚力量；而且，其中的一些影響，雖然從嚴格意義上講不是本章討論的主題，但是在特殊的情況下是如此特別，以致試圖解釋它們也許是可以得到諒解的。如果槍裝滿了球，它的后坐力不會像裝滿小粒子射擊時的后坐力那么大；而在不同類型的小粒子中，最小的粒子對肩膀形成的后坐力最大。用一定量的沙子裝滿槍膛射擊形成的后坐力，要比裝滿等重量的狙擊子彈射擊形成的后坐力更大。如果給槍上膛的時候，在填充物和彈膛之間留有空間，那么槍支要么劇烈反彈，要么爆炸。如果槍口不小心被插到了地上，以致黏土或者雪堵住了槍口，又或者是因為槍口插入水中射擊，幾乎可以肯定的結果是槍會爆炸。

產生這些明顯不同效果的最終原因在于，每一種力量都需要時間來產生它的效果；而如果彈性蒸汽從槍筒側面擠出所需的時間，小于填塞物附近的空氣冷凝所需要的時間，那么就無法傳遞足夠的力來驅除槍口的障礙，因此槍管必然爆炸。如果恰好發生兩種力量幾乎平衡的情況，那么槍管只會膨脹；在槍管真的爆炸之前，障礙物讓路了。

把一支槍的彈膛裝滿粉末并用圓柱形填塞物抵住，將槍口充滿黏土或其他具有適度阻力的物質，然后通過逐步跟蹤扣動扳機后發生的情況，可以看出這種解釋是否正確。在這種情況下，爆炸的第一個效果是對所有限制它的東西產生巨大的壓力，并推動填塞物穿過一個非常小的空間。在這里，讓我們暫時把它視為靜止的，并檢查它的狀況。與填塞物直接接觸的那部分空氣被壓縮了；如果填塞物保持靜止，那么整個管內的空氣很快就會獲得均勻的密度。但這需要一點點時間間隔；因為聚合，下一步填塞物會以聲速運動到另一端，然后會從那里產生一系列聲波反射回來，加之管內的摩擦，最終破壞運動。

但在第一組聲波到達槍口障礙之前，空氣不會對它形成壓力?，F在如果傳導給填塞物的速率遠遠大于聲音的速率，那么填塞物近前方的空氣會迅速壓縮，之后傳導到槍口的阻力也會變得很大；在這種情況下相互排斥的空氣粒子劇烈壓縮，將給填塞物的前進造成絕對的阻力。

如果這個解釋是正確的，那么當槍支裝上小粒子或沙子的時候，壓縮這些粒子之間所含的空氣可能會在某種程度上形成額外的后坐力；但后坐力還是主要來自于爆炸向火藥周圍的物質粒子傳導的速率大于聲波可以通過它們的速率。這也提供了一個理由解釋為什么在爆破巖石的過程中，是用沙子而不是夯實的黏土來填堵巖石上部放火藥的小孔。槍管的破壞不是由于流體的性質造成的；在某種程度上，是由于沙子和小粒子在所有方向上受力相等，因而對內部的大部分表面施加了力所造成的。勒·瓦揚（Le Vaillant）和其他旅行者提到了一種情況，似乎也證明了這一點：為了射中鳥類而不弄傷它的羽毛，他們用水裝滿槍筒，而不是用子彈。

（24）同樣的推理解釋了在引爆更具威力的爆炸物質時發生的一種奇怪的現象。如果我們在砧板表面上放置少量雷酸銀，用錘子輕輕敲擊它，它會爆炸；但是人們發現爆炸并不會毀壞錘子或砧板，而是它們與雷酸銀相接觸的表面被破壞了。在這種情況下，由于爆炸所釋放的彈性物質傳導的速率可能大于橫穿鋼鐵的波速；表面的粒子由爆炸的驅動無限接近與它相鄰的粒子，當強制力被移除時，物體內部的粒子的排斥力驅回那些靠近表面的粒子，力量如此之大以至于它們超越了吸引力的限制，并以粉末的形狀分開。

（25） 1）透過松木板點燃牛油燈燭的實驗之所以能夠成功，也可以采用同樣的解釋，即通過松木板的波的速度大于通過牛油的波的速度。

2）即使在蒸汽通過安全閥泄漏的過程中，蒸汽機的鍋爐有時也會破裂。如果鍋爐中的水濺到任何紅熱的部分，那么在該部分的緊鄰區域內形成的蒸汽的傳播速度，要大于波通過不那么紅熱的部分時傳導的速度；因此與開槍的例子中所描述的方式相同，一個粒子被下一個粒子所推動，形成幾乎無法克服的障礙。如果安全閥關閉，蒸汽機可能會在很短的時間內保持這樣的壓力，甚至當氣壓閥開放時，氣體釋放的速度也可能不足以去除所有障礙；因此，在鍋爐壓力內可能暫時存在各種力，這些力不止可以將安全閥提升到足夠的水平，如果在極短的時間內施加，甚至可能將鍋爐本身炸開。

（26）然而，人們在承認這種推理時應該謹慎，也許可以通過追根溯源的方法來仔細審視一些誘因。因為槍被制造得過長可能導致即便沒有任何障礙填滿槍口，它也會爆炸，這看起來似乎是正確的看法，但并不是一個必然的后果。也可以得到這樣的結論：如果槍支在上膛后，空氣被從槍筒中擠出，盡管槍口被封閉，槍也不應該爆裂。從原理出發，我們似乎也可以得出如下解釋：一個物體在力的推動下，被投射在空氣或其他抗彈性介質中，在被推進一個非常短的距離后，也可能會從投射方向上返回。