书城自然科学必谈的数学趣闻
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第31章 为什么乌鸦不一定喝到水

还在上小学的时候,大概我们就知道了聪明的乌鸦投石喝水的故事。那时候,无不为乌鸦的办法叫好,没有人去考虑乌鸦是否真正能喝到水的问题?现在,我们从几何学体积计算的角度,倒真要研究研究这个问题了,乌鸦一定能喝到水吗?

不难想象,当乌鸦把各种各样形状的小石子扔到瓶里时,石子之间是不可能没有空隙的。如果石子间的空隙较大,而且原来瓶子里的水又比较少,那么即使把瓶里扔进了很多石子(当然是有限的),水面也不一定升到瓶口。只有当瓶里原有水的体积比所丢入的石子间全部空隙更大的时候,水才能充满石子间的空隙,升到石面上来,这样乌鸦才能喝到水。

那么瓶子到底应当有多少水,乌鸦才可能喝到水呢?

当然,这一个问题与石子的形状及其排列方法是有关的。为了简单起见,不妨我们假设乌鸦投进的石子都是大小一样的球体,那么很容易算出空隙部分的体积与瓶子体积的比大致是:

d3-πd36d3=48%

这就表示,按着上面的条件,当瓶子里放满球形石子时,瓶里所有空隙的总和,等于瓶的容积的一半稍小一些。假如乌鸦聪明得很,能使各个石子彼此间挨得更紧密,那么至少空隙也得大于瓶子体积的13(计算麻烦一些)。由此看来,我们可以得出这样的一个结果,瓶子里原来的水至少也要占瓶高的三分之一,乌鸦才能喝到水。

我们这样的计算当然也是实在为难乌鸦了,但是,从中不能不使我们在考虑这样一个问题,在日常实际中,应当充分利用空间,减少浪费,将使我们获得更高的效益。