平易的天師-伯努利

  當你搭火車或是搭捷運時,會看到月台上畫一條「警誡線」〔黃色或是紅切〕。如果火車進站前,你會注意到,火車站長會吹警笛,叫人不要超過警誡線。為什麼要有警誡線呢?警誡線離火車不是還有一小段距離嗎?所以劃警誡線的目的,不是怕人直接被火車撞上,而是怕火車快速經過時,會把離火車太近的人「吸」過去。被火車吸過去,非死即傷,所以人要站在那道警誡線之外,才能避免被通過火車吸過去的危險。但是停住了的火車不會吸人啊!怎麼在跑的火車會吸人呢?其原理非常的簡單,稱為「能量守衡」(the conservation of energy)原理,又稱之為「伯努力法則」(Bernoulli Principal)。

  伯努利(Daniel Bernoulli, 1700-1782)是瑞士的科學家,他是近代科學史上天才中的天才,他唸的是醫學,但是他後來在大學裡教的是「植物理」、「天文學」、「物理學」與「數學」。很少人能同時在大學裡教這四門課。伯努利在三十歲就發現了流體力學最著名的理論:當水流的速度加快的,水流的壓力就會降低,因為水流的能量是不變的。這個理論可以解釋非常多的事情,例如火車快速通過,火車周邊的空氣(空氣與水都是流體)壓力降低,所以靠胎太近的人就會被火車吸過去。例如在棒球場上,投手投出的球如果是順時針方向轉動,球往下的速度會快於球往上的速度,因此球下面的壓力會小於上面的壓力,球就會飛一陣子後,迅速的下墜,這就稱為「下墜變化球」,反之如果投手投出逆時針方向的球,球在空氣中就因上下壓力不均而上飄,這就為「上飄變化球」。

  飛機的起飛也與伯努利法則有關,飛機的機翼是上方是流線型的,下方是直線型,因此飛機往前飛時,通過機翼上方的空氣速度比下方的空氣速度快,所以根據伯努利法則,機翼上方的空氣壓力會小於機翼下方的空氣壓力。這樣飛機就能夠往上浮,所以飛機自往前衝是引擎的關係,飛機的往上浮是機翼形狀的關係。鳥類的飛翔也是類似的原理。

  伯努利的頭腦非常的好,但是他的個性平易近人,在他的一生中看過太多的苦難,都是源自人的私心的驕傲,伯努利的祖先本來是住在法國的,後來基督徒遭受大屠殺,伯努利的祖父才舉家避往瑞士,伯努利在1725年在蘇俄的聖彼得堡(St. Petersburg)大學教書,他又在那裡又遇到蘇俄的內亂,看見許多人被殘殺,1732年他才逃出蘇俄,回到瑞士教書。以後的一生幾乎都在瑞士的群山瑞雪中渡過,1738年他出版「流體動力學」(Hydrodynamic)一書,這是世界上第一本流體動力學的書,為此他被稱為「流體動力學之父」。

  伯努利在這本書中有一段非常有意思的記載:「我們經常在談論的 ,應該基於一、二個基本的原則。我的原則是生命的活力也是守恆的,有時人生外表看來好像是溪流的速度流緩了,但是溪流潛在的能量卻增加了。也許一個非念哲學的人談哲學家不太舒服,但是對於那些祗看一個人外在的表現,就來評斷別人的人,也許他們應該想一想生命的活力,外在加上內在是永恆不變的。」