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著名谎言:瓦特看见水壶烧开产生灵感发明蒸汽机

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发表于 2011-11-8 16:38:53 | 显示全部楼层 |阅读模式

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《力学与实践》2008年02期有人发表文章《瓦特的水壶与牛顿的苹果——无稽之谈的误导》专门依据科学技术发展史证论,这些纯属无稽之谈.并呼吁人们摒弃这类误人子弟的说教.

据说瓦特小时候有一次看到火炉上烧的水开了,蒸汽把水壶盖顶开,瓦特把壶盖放回去但很快又被顶开了。瓦特就这样不断地把壶盖放来放去想找出为什么,后来瓦特意识到是蒸汽的力量,由此引发了他对蒸汽的兴趣并导致了蒸汽机的发明。事实上瓦特之前就已经有了纽科门蒸汽机,较准确的说法应该是瓦特对蒸汽机进行了重大的改进,使其效率大大提高得以广泛地应用。

瓦特看见水壶烧开产生灵感的故事

瓦特看见水壶烧开产生灵感的故事
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 楼主| 发表于 2015-1-7 11:07:06 | 显示全部楼层
瓦特的水壶与牛顿的苹果
                        ——无稽之谈的误导
                              邙岭童07. 09. 01.

    “瓦特看到开水把壶盖顶开,受到启示,发明了蒸汽机”。“牛顿躺在树下,一个苹果掉下来打在他的脸上,得到灵感,发现了万有引力”。从上小学起,我就听老师这么讲。那时觉得,挺简单,关键是看运气。上大学了解一些科学技术史以后,就觉得都不是那么回事了。可这种说法,至今仍在流传,影响着青少年。这可是非同小可,需要专门分辨一番了。
先来看历史事实。
    15世纪,达·芬奇(1452——1519)等人都先后设计、研制过蒸汽动力装置。1688年,法国物理学家德尼斯·帕潘,曾用一个圆筒和活塞制造出第一台简单的蒸汽机。1690年,法国的普平,在德国制成第一个有活塞和汽缸的实验性蒸汽机。1698年,英国人塞维里,制造出一台蒸汽压力抽水泵,获得了专利权。1712年。英国人纽可门,根据塞维里和普平的设计,发明了蒸汽机,并有效地应用于矿井排水和农田灌溉,并获得专利权。后来,英国人米顿,对上述蒸汽机进行了改进。詹姆斯·瓦特,1759年开始进行一系列有关蒸汽力量的试验。1763年,根据布莱克的比热和“潜热”理论,瓦特在汽缸外单独加一个冷凝器。这在蒸汽机的发展中,起了关键性的作用。
    瓦特还使蒸汽缸与外界绝缘,用油润滑活塞等各种新措施,大大降低了蒸汽消耗。1782年,他发明了双动发动机,使蒸汽机的效率大为提高。1781年,他发明了一套行星式齿轮,从而使蒸汽机的往复运动变换成为旋转运动,使它的用途增多。他又发明了离心式调速器(1788年)、压力计(1790年)、计数器、示功器、节流阀以及许多其他仪器。所有这些改进与配套发明,加在一起才使蒸汽机成为工业上能够广泛应用的新型动力装置,导致产业革命在英国发生。
    由上述史料可见,工业蒸汽机的发明,是上百年间,几代人接力式创造的成果。瓦特的主要功绩在于对蒸汽机的改进及配套发明,而不在最初创意。前者比后者更重要。瓦特做为蒸汽机的发明人,是当之无愧的。但这和水壶,已经毫无关系了。
    关于天体运行,由欧多克斯提出,托勒密系统化了的地心说,成为中世纪欧洲教会统治人们思想的正统理论。古希腊天文学家阿里斯塔克最早提出日心说。波兰天文学家哥白尼自1512年起,经过长达几十年的天文观测与研究,形成完整的日心说体系,于1543年发表《天体运行论》。他解释了“地心说”解释不了的一系列天文现象,并为农业、航海、历法、天文学的研究,提供了正确的理论依据,成为自然科学的“独立宣言”。第谷用24年时间做了大量的天文观测,1601年弥留之际,他把穷其一生获得的数据,交给自己的学生开普勒。在分析这些资料的基础上,开普勒1609年提出行星运行第一定律“运行的轨道为椭圆,太阳位于椭圆的一焦点上”,及第二定律“行星与太阳连线在相同的时间内,扫过的面积相同”,1619年提出的第三定律“行星运动周期T的平方正比於轨道平均距离的立方”。这三个定律,都是运动规律。要问为什么这样,就得探讨天体之间力的作用。
    伽里略1636年写成《两种新科学的对话》,除速度与加速度问题外,提出了惯性定律,,论论述了作用力和反作用力的问题。成为牛顿发力学三定律的基础。
    1645年,法国天文学家布里阿德提出一个假设:“开普勒力的减少,和离太阳的距离的平方成反比”。这是第一次提出平方反比关系的思想。
    1671年,罗伯特·胡克发表的论文《试论地球周年运动》中提出:所有天体有吸引力、惯性运动、引力大小与距离有关(后从圆轨道导出为平方反比关系)等三条假设。1679年他还在给牛顿的信中,指出行星运动是由匀速直线的惯性运动和朝向中心天体的吸引这两部分运动合成的,行星吸向太阳的向心力大小,与两星之间的距离平方成反比。牛顿自己也承认胡克的思想对他有启发。
    胡克已经走到万有引力的门口,但是他缺乏深厚的数学功底,不能用他的假设论证开普勒三定律。牛顿则不同。他和莱布尼茨各自独立发明了微积分。随后又继续伽利略的开拓,发现力学三定律。在这些的基础上,他才发现了万有引力定律。并在1687年出版的《自然哲学的数学原理》中,和力学三定律一起,正式发表。其表述为:任何天体之间都存在引力,其大小为F=Gm1m2/(r2)。其中m1,m2为相关天体的质量;r 是它们之间的距离。;G 是引力常数。用这个公式和牛顿第二定律,列出微分方程求解,就可以推导出开普勒三定律。这在现代,已经成为本科生的一道习题了。笔者50多年前在北大读书时,就曾经作过。可当年的发现,却是何等的艰难曲折呀。
    由上述史料可见,万有引力定律的发现,是近200年间许多代人,以接力的方式完成的一个认识过程。日心说、观测资料、行星运动三定律、微积分、牛顿力学三定律,缺少了任何一个环节都不行。回头再看苹果的神话,不是很滑稽吗?
    这两段历史,还给我们许多启示。科学技术的发展,犹如奔腾不息的江河。每个人、每一代人,都只能在其中,以接力的方式,继承、创新,发挥一定的作用。科学技术的发现、发明,需要长期劳动成果的积累。创意、灵感相当重要。但是灵感的闪现,除独立思考精神以外,必须有长期劳动和冥思苦想为基础才可能出现。它的实现,又依赖于长期的劳动、创造。这些,都是我们在培养青少年成才的过程中,需要传承的精神与素质。而作为无稽之谈的水壶与苹果的神话,给受众的印象只是简单、运气和一点思考。笔者以此短文呼吁各类媒体、所有的成年人,不要再用这类愚昧的神话,误导青少年。
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