一支電動牙刷,揭開了太空最反直覺的真相

你有過這種時刻嗎? 刷牙刷到一半,腦中忽然冒出一個毫無用處、卻讓人念念不忘的問題?5 歲半的 Corto 就有~他問了一個問題:「如果我把電動牙刷送到太空,再打開開關,它會自己往前飛嗎?」 天體物理學家 Eric Lagadec 認真回答之後,一個關於牙刷的小問題,竟成了一堂關於重力與運動的專業課程,以下是最讓人意外的幾個重點。 1. 馬達轟隆作響,牙刷卻哪裡也不會去 直覺上,電動牙刷開關一開,馬達嗡嗡運轉,應該會像小火箭一樣衝出去吧?其實不會。關鍵在於:馬達的力是牙刷「內部」的力。 要讓一個物體在太空中前進,必須有外力推它。火箭能飛,是因為它把燃燒的氣體往後噴,靠著噴出去的東西來推自己。電動牙刷沒有噴出任何東西,馬達在內部又推又拉,力量都在牙刷自己身上抵消掉了,整支牙刷的位置因此不會改變。 這就像你坐在一艘太空中的小船上,用力推自己的座椅,船不會因此前進。這也點出一個常被忽略的事實:我們在地球上習慣了「推地面、被地面推回來」,所以很少意識到,沒有東西可以推的時候,自己是推不動自己的。 2. 不會前進,但會轉 牙刷整體不會前進,卻也不是一動也不動。開關一開,刷毛那一端高速旋轉,握把則朝相反方向、以較慢的速度轉動,這是作用力與反作用力的結果。 馬達帶動刷毛轉,另一端就被反向推動。地球上你的手握住了牙刷,吸收了這股反作用,所以什麼也感覺不到,到了太空,沒有人抓著它,這股「藏起來的力」就現形了。 「牙刷本身不會移動,它只會繞著自己轉。」
3. 太空人其實沒有在「漂浮」 我們常聽到「太空中沒有重力」,但在國際太空站繞行地球的軌道上,高度大約只有 400 公里,只比台灣南北總長長一點,重力仍有約地表重力的 90%。那裡的太空人為什麼感覺不到重力? 「繞著地球的太空人,沒有在漂浮,他一直在墜落。」 太空站和太空人以極高的速度向前飛,同時被地球往下拉。每次往下掉,都剛好「錯過」地球,於是就繞著地球轉個不停。重力一直都在,只是「一直在掉」的感覺 &「完全不受力」難以分辨。 這也提醒我們,感覺到的和真實發生的,有時差得很遠。
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4. 月亮,也在掉 這個觀點最令人驚訝:月亮也在墜落。牛頓看到蘋果落下,接著抬頭看月亮,然後問了一個關鍵問題,「為什麼蘋果會掉下來,月亮卻不會?」 答案是月亮其實也在掉,只是它橫向跑得太快,每次都錯過地球,一圈又一圈地繞下去。蘋果、太空站、月亮,遵守的是同一條規則,只是速度不同,結果就從「落地」變成了「繞行」。一個看似不相干的現象,用同一個觀念就統一了。 我想這才是科學最迷人的地方。
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5. 太空裡怎麼刷牙? 太空站沒有水龍頭,水也不會往下流,太空人從水袋擠出一團水球,用牙刷去沾濕,再擠上牙膏。據說要唱完一整首〈生日快樂歌〉,剛好是理想的刷牙時間。至於沒有洗手台,刷完牙的泡沫怎麼辦?答案是:吞下去。
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[結論] 好問題,比答案更有力量 回頭再看一次這個問題,Corto 原本只是想知道牙刷會不會跑掉,但這個問題逼出了一連串更深的追問:什麼是力、什麼是重力、什麼叫「漂浮」。 小孩的問題常讓我們發現,自己以為懂的事,其實只是習慣了。所以,下次你也盯著手邊某個日常物品發呆時,不妨問問自己: 「如果把它放到一個完全不同的世界,會發生什麼事? 」 答案也許會顛覆你對世界的想像。 資料來源
愛心
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