我们都知道,代数运算一般有4种:加、减、乘、除。但是,你知道吗?代数又被称为“具有7种运算的算术”,这是因为,除了以上4种运算外,还有乘方及其两种逆运算。
下面,我们就来说一下乘方运算,我们把它称为“第五种运算”。
需要说明的是,这一运算也是从实际生活中应运而生的。而且,在我们的日常生活中经常会用到它。回想一下,在计算面积、体积的时候,我们经常要用到二次方或者三次方。此外,在物理学中,万有引力、电磁作用以及声、光的强弱,都跟距离有关:强度大小与距离的二次方成反比;在太阳系中,行星围绕太阳转动的周期的二次方与它和太阳之间间距的三次方成正比,卫星围绕行星转动时也是如此。
上面提到了二次方和三次方,在实际生活中,我们有可能还会遇到更高次的乘方。比如说,工程师在计算材料强度的时候,经常会用到四次方;计算蒸汽管的直径用到的则是六次方。
在研究水流对石头的冲击力量时,也要用到六次方。假设一条河的水流速度是另一条河的4倍,那么,水流速度快的河流对河床上石头的冲击力就是水流速度慢的河流的46=4096倍。在本系列丛《趣味力学》chapter9中,对这一问题有详细的说明。
在研究灯泡钨丝的亮度与温度的关系时,我们会遇到更高次的乘方运算。这里有一个公式,当物体在白热状态时,总亮度增加的倍数是绝对温度(即从-273℃起算的温度)增加倍数的12次方倍;而赤热状态时,这一倍数高达30次方。例如,如果物体的绝对温度从2000K升高到4000K,即温度增加为原来的2倍,那么它的亮度就增加为原来的212=4096倍。在后面的章节中我们会讲到,这一理论在灯泡的制造中具有重要意义。