7.蹩脚的发明

如果发明家们想要使不懈的探索结出技术发明的果实，避免把探索的过程变成证实空想的过程，他们就必须坚定地在自己的探索过程中严格遵循力学定律，其中绝对不能违背的除了能量守恒定律，还有一旦被忽视就会置发明于绝境的重心移动定律。

重心移动定律认为，物体或物体系统重心的移动并非只受内力的影响。比如炮弹在飞驰的途中爆炸，炮弹的碎片在落到地上之前，这些碎片的共同重心仍会沿完整炮弹的重心移动路线而移动（未计算空气阻力）。这个结论只在一种情况下存在差异，那就是如果物体本来就是静止的。如果物体的重心本来就是静止的，那么没有哪个内力能使它的重心移动。

重心移动定律也能对前面我们提到的结论“人不能靠自己的力量站在地球表面上，让地球有丝毫的移动”做出解释。无论是人施加于地球的力，还是地球施加于人的力都属于内力，所以它们无法做到使地球和人体的共同重心发生移动。当人在跳起后落回原地时，地球也回到了原位。

举一个有教育意义的例子。这是一位蹩脚的发明家设计一种新型飞行器的过程。你会在这个例子中看到，如果忽视重心移动定律，发明的过程将会陷入怎样的迷途。

图13　新型飞行器

“假设有一根闭合的半圆形管子，组成它的两个部分分别是直线部分AB和它上面的弧线部分ACB（见图13）。管子里装着螺旋桨，有一种液体正在螺旋桨的推动下向着一个方向不停地流动。液体在流经弧线ACB部分时会对管子外壁产生压力，也就是离心力。于是一个向上的力P产生了（见图14），由于液体在流经直线AB部分时没有产生离心力，所以力P不受任何反方向的力的作用。”发明家根据这些内容做出了结论，认为当水流达到足够大的速度时，整个装置会被力P向上抬起。

让我们来判断一下这个发明家的结论对不对。

图14力P将装置向上抬起

其实只看字面上的描述，我们就能断定这个装置不可能移动。因为这个装置中的力都是内力，内力不可能使包括管子、管内的液体以及螺旋桨在内的整个系统的重心发生移动，所以这个装置像发明家所描述的那样产生一般的前进运动是不可能的，他的论证过程存在非常重大的疏忽。

错误很明显：其实离心力不仅在液体流经弧线ACB部分时出现，在水流转弯处，也就是在A点和B点也有离心力。在A、B两点的这两个弯转得比较急（曲率半径很小），而转弯越急离心效应就越大，所以在这两点处应该还有两个离心力P和Q（见图15），它们形成的合力向下平衡了力P。遗憾的是发明家在设计这个飞行器时忽视了这两个重要的力，可见他对重心移动定律是不了解的，否则就算没有注意到这两个力，他也会发现自己的设计并不合理。

图15　这是一个飞不起来的装置

400多年前达·芬奇的一句名言令人颇为回味，他说力学定律“对工程师和发明家们形成了很强的约束力，使他们不敢凭空向自己或别人许诺根本不可能实现的东西”。