第2章 累积力量

（20）每当完成工作需要的力，超过在其所需的时间内可以生成的力时，必须采取一些机械方法，保留和精简这一过程开始时施加的一部分动力。用飞轮完成是最常见的做法。飞轮实际上只不过是一个轮子，有很重的轮辋，以使其中的大部分重量接近圆周。它需要很大的动力，在一段时间内让它快速运转起来；但如果它的力量集中在一个小的目标上，伴随着相当快的转动速度，就会产生非常强大的效果。在一些铁作坊里，蒸汽机的功率相对于它要驱动的辊轮来说过小，通常的做法是：在炽铁准备好被从炉子中取出移到辊轮上之前，启动蒸汽机，在短时间内快速工作，直到飞轮达到相当惊人的转速。在软化的铁块通过第一个凹槽时，蒸汽机受到非常明显的抑制；在随后和接下来的每个通道中，它的速度都会降低，直到铁块减小到普通的蒸汽机足以滚动它的体积。

（21）大型飞轮的力被集中于一点时，其强大的效果在我们一位最大的制造商那里奇妙地得到了展示。企业主正在向朋友表演给蒸汽机锅炉的铁板冲孔的方法。他手里拿着一块厚度为3/8英寸的铁板，放在冲床下面。在打了几个洞之后，他观察到冲床穿孔的速度越来越慢，便向蒸汽机师喊话询问是什么原因让发动机如此缓慢地运转。人们发现当企业主开始他的实验时，飞轮和冲孔装置刚好从蒸汽机脱离了。

（22）另一种积累力量的方式来自于提升重物，然后让它下落。一个人，即使是用沉重的锤子，也可能只是反复击打桩头而不会产生任何效果。但如果他将一个重得多的锤子提升到一个高得多的高度，尽管重复的次数要少得多，锤子也可以产生预期的效果。

当对木桩之类的大体积物质进行轻微击打时，材料的不完全弹性会导致每次运动中从粒子到后续粒子传递动量的损失；因此，运动所传递的全部的力可能会在到达相反一端之前罄尽。

（23）众所周知，火药在一个小空间内积聚力量；而且，其中的一些影响，虽然从严格意义上讲不是本章讨论的主题，但是在特殊的情况下是如此特别，以致试图解释它们也许是可以得到谅解的。如果枪装满了球，它的后坐力不会像装满小粒子射击时的后坐力那么大；而在不同类型的小粒子中，最小的粒子对肩膀形成的后坐力最大。用一定量的沙子装满枪膛射击形成的后坐力，要比装满等重量的狙击子弹射击形成的后坐力更大。如果给枪上膛的时候，在填充物和弹膛之间留有空间，那么枪支要么剧烈反弹，要么爆炸。如果枪口不小心被插到了地上，以致黏土或者雪堵住了枪口，又或者是因为枪口插入水中射击，几乎可以肯定的结果是枪会爆炸。

产生这些明显不同效果的最终原因在于，每一种力量都需要时间来产生它的效果；而如果弹性蒸汽从枪筒侧面挤出所需的时间，小于填塞物附近的空气冷凝所需要的时间，那么就无法传递足够的力来驱除枪口的障碍，因此枪管必然爆炸。如果恰好发生两种力量几乎平衡的情况，那么枪管只会膨胀；在枪管真的爆炸之前，障碍物让路了。

把一支枪的弹膛装满粉末并用圆柱形填塞物抵住，将枪口充满黏土或其他具有适度阻力的物质，然后通过逐步跟踪扣动扳机后发生的情况，可以看出这种解释是否正确。在这种情况下，爆炸的第一个效果是对所有限制它的东西产生巨大的压力，并推动填塞物穿过一个非常小的空间。在这里，让我们暂时把它视为静止的，并检查它的状况。与填塞物直接接触的那部分空气被压缩了；如果填塞物保持静止，那么整个管内的空气很快就会获得均匀的密度。但这需要一点点时间间隔；因为聚合，下一步填塞物会以声速运动到另一端，然后会从那里产生一系列声波反射回来，加之管内的摩擦，最终破坏运动。

但在第一组声波到达枪口障碍之前，空气不会对它形成压力。现在如果传导给填塞物的速率远远大于声音的速率，那么填塞物近前方的空气会迅速压缩，之后传导到枪口的阻力也会变得很大；在这种情况下相互排斥的空气粒子剧烈压缩，将给填塞物的前进造成绝对的阻力。

如果这个解释是正确的，那么当枪支装上小粒子或沙子的时候，压缩这些粒子之间所含的空气可能会在某种程度上形成额外的后坐力；但后坐力还是主要来自于爆炸向火药周围的物质粒子传导的速率大于声波可以通过它们的速率。这也提供了一个理由解释为什么在爆破岩石的过程中，是用沙子而不是夯实的黏土来填堵岩石上部放火药的小孔。枪管的破坏不是由于流体的性质造成的；在某种程度上，是由于沙子和小粒子在所有方向上受力相等，因而对内部的大部分表面施加了力所造成的。勒·瓦扬（Le Vaillant）和其他旅行者提到了一种情况，似乎也证明了这一点：为了射中鸟类而不弄伤它的羽毛，他们用水装满枪筒，而不是用子弹。

（24）同样的推理解释了在引爆更具威力的爆炸物质时发生的一种奇怪的现象。如果我们在砧板表面上放置少量雷酸银，用锤子轻轻敲击它，它会爆炸；但是人们发现爆炸并不会毁坏锤子或砧板，而是它们与雷酸银相接触的表面被破坏了。在这种情况下，由于爆炸所释放的弹性物质传导的速率可能大于横穿钢铁的波速；表面的粒子由爆炸的驱动无限接近与它相邻的粒子，当强制力被移除时，物体内部的粒子的排斥力驱回那些靠近表面的粒子，力量如此之大以至于它们超越了吸引力的限制，并以粉末的形状分开。

（25） 1）透过松木板点燃牛油灯烛的实验之所以能够成功，也可以采用同样的解释，即通过松木板的波的速度大于通过牛油的波的速度。

2）即使在蒸汽通过安全阀泄漏的过程中，蒸汽机的锅炉有时也会破裂。如果锅炉中的水溅到任何红热的部分，那么在该部分的紧邻区域内形成的蒸汽的传播速度，要大于波通过不那么红热的部分时传导的速度；因此与开枪的例子中所描述的方式相同，一个粒子被下一个粒子所推动，形成几乎无法克服的障碍。如果安全阀关闭，蒸汽机可能会在很短的时间内保持这样的压力，甚至当气压阀开放时，气体释放的速度也可能不足以去除所有障碍；因此，在锅炉压力内可能暂时存在各种力，这些力不止可以将安全阀提升到足够的水平，如果在极短的时间内施加，甚至可能将锅炉本身炸开。

（26）然而，人们在承认这种推理时应该谨慎，也许可以通过追根溯源的方法来仔细审视一些诱因。因为枪被制造得过长可能导致即便没有任何障碍填满枪口，它也会爆炸，这看起来似乎是正确的看法，但并不是一个必然的后果。也可以得到这样的结论：如果枪支在上膛后，空气被从枪筒中挤出，尽管枪口被封闭，枪也不应该爆裂。从原理出发，我们似乎也可以得出如下解释：一个物体在力的推动下，被投射在空气或其他抗弹性介质中，在被推进一个非常短的距离后，也可能会从投射方向上返回。