美专家设想用人造鹅绒铺铁路

2004-11-19 03:42:44 来源:科学时报 浏览次数:
和粉状的雪片能够撑起滑雪板一样,用一种像鹅绒一样蓬松的材料铺成的轨道,也能撑起一辆快速奔驰的列车。美国一些生物医学工程师在研究血细胞如何在毛细血管中通行时,偶然发现了这一潜在的物理原理,然后通过实验对其进行了科学验证。
血管中充满一种被压缩的凝胶体,血细胞就被裹在其中缓缓流过。当血细胞停止移动时,就沉入这些凝胶体,需要接着流动时才重新释放出来。为了解释这一现象,纽约城市大学的生物医学工程师Sheldon Weinbaum于2000年提出,移动的血细胞实际上“骑乘”的是这些凝胶体中的液体。这些液体无法快速渗出凝胶体自由逃逸,只有当血细胞要“歇息”一会时,这些液体才得空从细胞底下渗出,随之为这些细胞踩下“刹车”。他提出,正是出于同样的道理,滑雪人得以“骑”在新鲜积雪“捕捉”到的空气——而不是积雪本身——之上,享受到极速飞驰的快感。
现在,Weinbaum和同事吴倩红(音译)、Yiannis Andreopoulous一起,为他们的理论提供了实验支持,将这一结果发表在11月5日出版的《物理评论快报》(Physical Review Letters)上。研究者首先设计了一个固定端布满网孔、活动端连接传感器的活塞,通过和传感器相连的测力计,测量活塞里的积雪中的空气承重能力。实验结果和预料的一样,积雪承受的压力首先快速上升,然后随着空气不断从网孔中逸出又慢慢减小。测试所得的压力值,足以很轻松地支持一位滑雪者以每小时35千米的速度在上面滑行。
然后,他们把测试对象换成另一种捕捉空气能力较差的材料——鹅绒,发现它仍然可以在五分之一秒的时间内提供很大的支持力。研究者根据这一数据进行推算,发现如果把和鹅绒差不多的材料填充到一个底边密封的管道,就能“捕获”足够多的空气,支持一辆25米长、50吨重的列车,以70千米每小时的速度在上面滑行。
英国剑桥大学的液体力学家Timothy Pedley说:“只用空气和多孔介质,就能撑起这么重的物体,这一点真是让人惊叹!”美国加利福尼亚州劳伦斯·利弗摩尔国家实验室的物理学家,同时也是一位磁悬浮列车专家的Richard Post说,他怀疑多孔材料真能用来撑起一整辆火车,但用它铺在磁力轨道上,防止磁悬浮车左右摇晃,倒是一个不错的主意。

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