第4章能量守但 33 单位的重物放在一个秤盘里，在另一个盘内则放置一个单位的重物.但是，为了使机城实际 上能工作，我们必须在左边诚去一点点重量.另一方 面，我们可以通过降低三个单位的重物来升高一个单 位的重物，只要我们在右边的盘子里提起一点点重量. 当然，我们认识到，对于任何实际的起重机械来说，为 图4-1简单的起重机起 了使它运行必须施加一点额外的作用。这一点我们暂时不去考虑.理想的机械并不需要额 外的作用，然而它们事实上是不存在的 我们实际使用的机械在某种含义上可以说几乎是 可逆的，即假如降低一个单位的重物能使这种机械提升三个单位的重物的话，那么降低三个 单位的重物也能使这种机械把一个单位的重物提升到接近原来的高度。 我们设想存在着两类机械：一类是不可逆的，它包括所有的真实的机械：另一类是可逆 的.当然实际上它是不可能达到的，不管我们怎样仔细地去设计轴承、杠杆等等.但是，我 们假设有这样的东西 一台可逆机，在它使一个单位（一磅或任何其他单位）重的物体降 低一个单位距离的时候提起了三个单位的重物.把这台可逆机称为A机.假定它使三个 单位的重物升高的距离是龙.此外，假设还有另一台机械一B机，它不一定是可逆机，并 且也使一个单位的重物降低一个单位距离，不过使三个单位的重物升高的距离是y.我们 现在可以证明y不会高于，这就是说，不可能建造这样一种机械，能把重物提得比可逆机 所提到的高度还要高.让我们来看看为什么是这样.假设！大于如，我们用B机使一个单 位的重物降低一个单位距离，这使三个单位的重物升高距离.然后，我们可以使这个重物 从y降到心，获得自由的能量，再利用可逆机A反向运转，使三个单位的重物降低x而使 个单位的重物升高一个单位距离。这样一个单位的重物回到了原来的高度，而使这两台机 械又处于初始的备用状态！因此，假如y高于出，那么就会有永恒运动，但我们已经假设这 是不可能的。于是利用这些假定，我们就能够推导出丝不会比：高，因此在所有可能设计的 制机械中，可碰机是最好的 我们还可以看出所有的可道机提升的高度一定完全相同.假定B的确也是可逆的.当 然，前面关于y不会高于x的论据现在同样成立，但是我们也可以把这两台机械的工作顺序 倒过来，即反之论证：不高于.这一点是很值得注意的，因为它使我们能够在不考黎内部 机制的情况下分析不同的机械对物体可以提升的高度.我们立刻知道，如果有一个人制作 了一组极其精巧的杠杆，利用这组杠杆使一个单位的重物降低一个单位距离就可以把三个 单位的重物提升到某一个高度，把这组杠杆和一个具有同样用途的简单的可逆的杠杆作比 较就可以知道它不会比简单的可逆的杠杆提得更高，而是或许还会低一些.假如这个人的机 械是可逆的，我们也能精确地知道它可以提得多高。概括地说就是：每一台可逆机械无论怎 样运转，当它使一个单位的重物下降一个单位距离时，总是会使三个单位的重物提升同样的 距离五。很请楚，这是一条非常有用的普遍定律.接下来的问题自然是：是多少？ 假如我们有一台可逆机，它能在3对1时提升距离无.在图4-2中，我们在一个固定的 多层架子上放登三个球.另外有一个球放在离地面一英尺的台上.这台机械可以使一个球 降低1英尺来拾高三个球.现在，我们来这样安排：设容纳三个球的升降台有一层底板和两 层架子，间隔正好是乌，其次，容纳球的多层架的间隔也是x(图).首先我们使小球从多层 架水平地滚到升降台上的架子中去（图），我们假投这并不需要能量，因为高度并没有改 变.于是开动可逆机进行工作：它使一个球降到底层，而使升降台升高距离x(图).由于