[趣味物理]新魯賓孫

儒勒·凡爾納的一部小說(shuō)《神秘島》里，講到幾個(gè)主角在那荒無(wú)人煙的地方?jīng)]有火柴和打火器是怎樣取火的。我們知道魯濱遜是靠閃電幫忙的，靠閃電燃著了一株樹(shù)木。──《神秘島》里的新魯賓孫，卻不是靠偶然的外界幫助來(lái)取火，而是靠那位博學(xué)的工程師的機(jī)智和他的物理學(xué)的淵博知識(shí)。

　　你如果看過(guò)這部小說(shuō)，大概還記得那位天真的水手潘克洛夫打獵回來(lái)的時(shí)候看見(jiàn)工程師和那位通訊記者坐在熊熊的火堆前面的那種驚奇情形。

　　“可是誰(shuí)生的火呢？”水手問(wèn)道。

　　“太陽(yáng)。”史佩萊回答。

　　通訊記者并沒(méi)有開(kāi)玩笑。的確，使水手這樣驚奇的火堆，競(jìng)是太陽(yáng)生起來(lái)的。那水手驚奇得簡(jiǎn)直不能相信自己的眼睛，他驚訝得愣住了，甚至都沒(méi)有想到問(wèn)一聲工程師。

　　“這么說(shuō)，你大概帶著放大鏡吧？”水手終于向工程師問(wèn)道。

　　“不，但是我做了一面。”

　　說(shuō)著，他把這面放大鏡指給水手看。這只是兩塊玻璃，是工程師從他自己和文佩萊的表上拿下來(lái)的表玻璃。他把兩塊玻璃對(duì)合起來(lái)，中間裝滿(mǎn)水，用泥土把接合縫粘好，──于是就得到一面地道的放大鏡，工程師用它把太陽(yáng)光聚在干燥的地苔上，就取得了火。

　　我想，讀者一定很想知道，為什么一定要在兩塊玻璃中間裝滿(mǎn)水。難道這兩塊表玻璃中間如果是空氣就不能把太陽(yáng)光聚集起來(lái)嗎？

　　不錯(cuò)，的確是不可能聚集的。表玻璃的內(nèi)外兩個(gè)表面是平行的，是兩個(gè)同心球面；但是我們已經(jīng)從物理學(xué)上知道，光線(xiàn)射過(guò)這種平行表面的介質(zhì)，是幾乎不會(huì)改變它的方向的。接著這光線(xiàn)射過(guò)了另一塊同樣的玻璃，這里它也同樣地不會(huì)折射，因此，通過(guò)這兩塊玻璃以后，光線(xiàn)并不會(huì)聚集到焦點(diǎn)上。要想使光線(xiàn)聚集到一點(diǎn)，一定要用一種透明的又能夠使光線(xiàn)曲折得比在空氣里大的物質(zhì)裝在這兩塊玻璃之間。儒勒·凡爾納小說(shuō)里那位工程師就正是這樣做的。

　　盛水的普通玻璃瓶，假如它是球形的，也可以用來(lái)取火。這件事情從前的人早就知道，他們并且注意到這時(shí)候瓶里的水仍舊是冷的。曾經(jīng)發(fā)生過(guò)這樣的事情，一只盛水的圓瓶放在打開(kāi)著的窗口上，竟燃著了窗簾和臺(tái)布，并且燙壞了桌面。從前藥房櫥窗里時(shí)常用裝有顏色水的很大的圓瓶做裝飾，這種瓶有時(shí)候竟會(huì)引起極大的災(zāi)害，使得附近容易燃燒的藥品燃燒起來(lái)。

　　一只小圓瓶裝滿(mǎn)了水，可以把太陽(yáng)光聚集來(lái)燒沸表玻璃上所盛的水：這只要用直徑12厘米的圓瓶就可以了。如果用直徑15厘米的圓瓶，在焦點(diǎn)那里可以得到120攝氏度的溫度。用盛水的圓瓶來(lái)點(diǎn)香煙，就跟用玻璃透鏡一樣容易。關(guān)于用玻璃透鏡來(lái)燃著煙草，羅蒙諾索夫就曾經(jīng)在他的一篇《談玻璃的用處》的詩(shī)里，有過(guò)這樣的描寫(xiě)：

　　我們?cè)谶@里用玻璃從太陽(yáng)處取得了火焰，

　　愉快地學(xué)著普羅米修斯的樣。

　　咒罵著那無(wú)稽讕言的卑劣，

　　用天火吸煙，哪里會(huì)有罪孽！

　　但是我們應(yīng)該指出，這種水做成的透鏡的取火作用是要比玻璃透鏡弱得多的。這是因?yàn)�，第一，光在水里的折射要比在玻璃里小得多，其次，水�?huì)吸收光線(xiàn)里極大部分的紅外線(xiàn)，而紅外線(xiàn)對(duì)于物體的加熱是有重大作用的。因此我們可以用很簡(jiǎn)單的計(jì)算來(lái)證明，儒勒·凡爾納那部小說(shuō)里所提到的那個(gè)聰明的取火方法，其實(shí)是并不可靠的。

　　有趣的是，這種玻璃透鏡的特性，古代的希臘人早就知道了，那還是在眼鏡和望遠(yuǎn)鏡發(fā)明以前的1000多年哩。這件事情，希臘喜劇詩(shī)人亞理斯多芬（公元前440～公元前380）在著名的喜劇《云》里就曾經(jīng)提到過(guò)。在那個(gè)喜劇里，索克拉特向斯特列普吉亞德提出了一個(gè)問(wèn)題：如果有人寫(xiě)了一張債券，說(shuō)你欠他5個(gè)塔蘭特，你要怎樣去把它消滅呢？

　　斯：我想到一個(gè)消滅這張債券的方法了，而且是這么好的一個(gè)方法，你得承認(rèn)它是再奇妙沒(méi)有的了！你一定看見(jiàn)過(guò)藥房里用來(lái)燃著東西的那種精致而透明的東西吧？

　　索：就是那個(gè)“取火玻璃”嗎？

　　斯：正是。

　　索：那又怎么樣呢？

　　斯：等公證人寫(xiě)的時(shí)候，我把這東西放到他身后，把太陽(yáng)光射過(guò)去，把所有文字全給燒掉……

　　為了幫助讀者了解，讓我提醒大家，亞理斯多芬時(shí)代的希臘人是在涂緒的木板上寫(xiě)字的，這種蠟碰到熱就會(huì)熔化。