踏遍物理世界(2)(1 / 3)

20、小醜不倒的秘密

每當看馬戲表演時,都被台上的小醜逗得哈哈大笑。一頂尖帽子、一雙大皮鞋,在台上前仰後合,醉態百出,總像要摔倒的樣子,可卻總也摔不倒。這裏有什麼奧妙?

小醜之所以摔不倒,主要是他的那雙大皮鞋保護了他。小醜的鞋很大,無論他如何跌撞,重心的豎直線都在鞋的支麵內,或者說是在兩隻腳之間的連線內。這就保證了小醜的全身(包括衣服、鞋等物)的重心,在豎直方向的作用線始終落在一個可靠的支麵範圍內。

小醜在舞台上的各種千姿百態的表演,貌似摔倒,實則不倒。恰像物理力學中的穩定平衡一樣。如果小醜在台上的表演宛似一肉球在台上“滾來滾去”,小醜則是隨遇平衡了。

21、沉的偉大,抑的光榮

當一輛汽車加速前進時,車頭總是會上仰,這是為什麼?刹車時,車頭下沉,又是為什麼?

當汽車在加速前進時,輪胎給路麵一個向後的推力,路麵反作用於輪胎一個向前的推力。此力不但使汽車加速,而且還產生一個相對於重心的力矩;無論這個力是加在前輪還是後輪,或同時施加在前後輪子上,該力的作用線都是沿路麵方向,產生使汽車頭上仰而汽車尾部下沉的轉動。

在各種情形下,使汽車加速的摩擦力總是使它有逆時針轉動的傾向。力的方向是與車前進方向相反的,產生的力矩將使汽車頭下沉。

這種翹頭效應,在機動船的運動中表現得更加明顯。當船加速時合力向前,力矩要使船逆時針轉動;而當船減速時,水的阻力占主導地位,合力是向後的,力矩使船順時針轉動。

汽車上仰僅僅是在它加速的時候,一旦它獲得一恒定的速度時,汽車又恢複到水平的位置。但摩托艇始終是上翹的。為什麼會這樣呢?當船速恒定下來時,摩擦力作用在船底,它和作用在螺旋槳上的力大小相等方向相反。而螺旋槳是在水中較深處,要比船底距船的重心遠些,所以船底的摩擦力和螺旋槳受到的力共同作用產生了一個力矩。

22、陰魂不散,與人為善

當我們脫毛衣或襯衣時,有時會發出劈啪的響聲,在黑暗中還能見到閃光。把塑料墊板在衣服上摩擦幾下,然後把它放到頭頂上,頭發會被吸得立起來。有時手觸到門把手或汽車的門把手,會有麻酥(sū)酥的感覺。這是為什麼?

這些都是因為摩擦起電的緣故,我們把這種電叫做靜電。

物質都是由很小很小的微粒組成的,我們把這種微粒叫做原子。每個原子都是由帶正電的粒子和帶負電的粒子構成的。平時,這兩種帶電的粒子相等,正負電荷互相抵消,所以不顯出電性。當兩個物體互相摩擦時,其中一個物體裏帶負電的粒子會跑到另一個物體裏。這樣,得到這種粒子的物體負電增多,帶負電;而失去這種粒子的物體正電相對顯得較多,所以就帶正電。這種帶電的物體,就能夠吸引別的物體了。至於看到的閃光和發出的劈啪聲,是物體之間放電所造成的,這與閃電和雷電的形成是一個道理。

23、穿著“鋅”衣的“我”

收錄機、手電筒、剃須刀、呼機……都離不開幹電池,幹電池是我們每個人的好幫手,幹電池為什麼能產生電呢?

幹電池的外殼是用金屬鋅做成的,裏麵裝著好幾種化學物質。鋅筒的中央立著一根黑色的碳棒,碳棒的頂端露出來,上麵有一個黃顏色的銅帽。

幹電池裏裝的化學物質發生變化時,使碳棒上聚集了許多正電荷。使鋅筒表麵聚集許多負電荷。我們把帶正電荷的碳棒叫做正極,把帶負電荷的鋅筒叫做負極,分別用“+”和“-”來表示。

當用導線把小燈泡接在電池的兩極上時,負極的電荷就會沿著導線經過燈泡流向正極,因此,燈泡才亮了。

小朋友使用幹電池時要注意,千萬不能把電池的正、負極接反了,否則可能把電器燒壞。

24、小心才能安全

安全用電至關重要,電即是我們日常的好朋友,然而有時也會發怒,如手濕時摸電器特別危險,這是為什麼?

連接電器的電線有兩條,一條是火線,另一條是地線,隻有兩條線都接通時,電流才能從電器中通過,電器才開始工作。人的身體是導體,可以通過電流。當電流從身體一部分通過時,比如通過手,手指尖的肌肉會收縮,感到麻木。如果一隻手摸著火線,另一隻手摸著自來水管,或者是光著腳站在地上,那就十分危險了,因為等於同時又接通了地線,兩條線都接通後,電流會從人的身體通過。電流流過心髒,心髒要出毛病,人會因此而死亡。所以電業工人都要穿上不導電、絕緣很好的膠鞋。

銅和鋁都是很好的導電體,電流十分容易通過。人體雖然也導電,但導電的性能並不是十分好的,一般的水很容易導電,如果手上沾了水再摸電線,電流就特別容易通過,這是很危險的。

█小檔案

電是從哪裏來的?

電是用發電機發出來的,發電的方法有很多種,利用水力、風力、火力、核能都可以發電。

水力發電是在河流的上遊建一個大水壩(bà),把水攔住,利用水的力量來推動發電機發電。火力發電是以石油或煤作為燃料,利用它們產生的熱推動氣輪機帶動發電機發電。風力發電是用風的力量推動風車帶動發電機發電。核能發電是將原子核發出的能量轉變成電能。

25、鳥能勝天,人莫能及

人遭電擊會立刻死亡,停在裸露高壓線上的鳥卻不會遭到電擊,這是為什麼?

你可能會認為,雖然鳥本身有足夠高的電阻,但若在鳥的兩端加上足夠高的電壓,如20000伏,那麼在鳥的體內就會產生具有傷害性的電流。但實際上相對於地麵的20000伏電壓是加在導線整個長度上的。導線上的鳥處在20000伏的高壓線上,但它兩腳之間的電勢差很小(等於它所握這一小段導線兩端的電勢差),因而它體內幾乎沒有電流。如果鳥伸開翅膀,碰到了具有不同電壓的鄰近導線,鳥很快就會死的!而空中的高壓線相距都很遠,超出了鳥展開翅膀後的限度,因此鳥不會受到電擊。

█小檔案

電流、電壓兩者都會導致電擊。

當電流流經人體時發生電擊,如果沒有電流就沒有電擊。但是,什麼原因產生導致電擊的電流呢?是電壓。因此,所加的電壓和由此而產生的電流都是引起電擊的原因。

26、奇特的“同性戀”

當電流在兩平行導線中沿同一方向流動時,兩根導線會因相互吸引而靠攏,這是為什麼?

兩導線會互相靠攏。如果電流沿相反方向流動,情況會怎樣?導線會互相排斥。磁學的基本定律通常認為南北極相互吸引,而南極與南極或北極與北極是相互排斥的。產生磁性的根源是電流,用產生磁性的電流來說明磁力的規律不是更簡單嗎?正是這樣。我們知道,當電流沿著鐵柱體流動時,如圖所示,鐵柱的一端為北極,另一端為南極。

現在,若兩個圓柱是這樣地安排在一起,使其電流在鐵柱內流動方向相同,此時一個柱體的北極對著另一個柱體的南極,它們彼此就靠近。我們可以說,南北磁極是相互吸引的,也可以說同向流動的電流彼此要靠近。

當兩個圓柱是這樣放置,使其電流反向流動時,一個柱體的北極對著另一個柱體的北極,它們相互排斥。我們可以用同極相斥來解釋排斥,也可以說反向流動的電流彼此分開。

27、俏佳人為何淚滿麵

幹電池使用一段時間後會變濕這是為什麼?

日常生活中,我們的隨身聽、半導體收音機、手電筒,還有一些電動玩具等等都需要有幹電池,才能工作,當幹電池用完時,你會發現它們的外殼都濕了,有時還會流出黏稠的液體,即使用紙擦過之後,仍舊是黏的,這是怎麼回事呢?

原來,電池的外殼是一個用鋅板壓成的圓筒,它裏麵裝有含著大量氯原子的糊狀液體,氯原子和鋅板上的鋅在液體中化合,產生了電。因為幹電池上麵用蠟封住了,所以,裏麵的液體一般不會流出來。

由於我們對電池的使用,電池內部的化學反應不斷進行,每產生兩個電子,便會消耗掉鋅皮中的一個鋅原子,鋅不斷地缺損,所以當幹電池快用完時,鋅皮也就到了不能阻止裏麵液體滲出的程度,幹電池就變濕了。

你可不要小看這幹電池上的“黏水”,它對電器有著腐蝕損壞的作用,凡是它能接觸到的地方,電器輕則上鏽,重則無法工作,所以,當幹電池暫時不用時,千萬別忘了把它從電器中取出來呀!

█小檔案

誰發明了直流電源?

世界上第一個使人類獲得穩定持續電流的是偉大的意大利物理學家、發明家伏特(1745—1827)。

1792年,伏特開始研究“動物電”及相關效應。他用不同的金屬聯成環,接觸到青蛙的腿及其背部,從而成功地使活的青蛙痙攣。這就證實了“動物電”產生於兩種不同金屬的接觸,從而有力地駁斥了當時社會普遍流行的“動物電”來自於動物體本身的說法。經過長期實驗、研究,終於在1799年研製出第一個長時間的持續的電流源——伏特電堆。不久,他又發明了伏特電池。

28、“牛”氣衝天,世人敬慕

牛頓為科學發展做出了突出貢獻,被稱為“近代力學之父”。因何而獲殊榮?

“近代力學之父”是在世界曆史上對人類文明作出了劃時代貢獻的英國科學家牛頓。

牛頓(1642—1727),出生在英國林肯郡的一個農村,他從小酷愛讀書,經常自己動手製作小機械,也常常向老師問一些奇怪的有關自然的問題。18歲,進入劍橋大學,23歲獲學士學位。

在數學方麵,他和萊布尼茲同時發明了微積分,並把它與力學相結合,用微分方程式表示運動物體受力和產生的加速度之間的原因——結果關係,計算結果和實際情況分毫不差;牛頓發現了光的本性,證明白色光線是由赤、橙、黃、綠、青、靛、紫七種顏色的光線混合而成,且它們的折射率不同,所以形成了雨後的彩虹;在天文學方麵,牛頓推翻了前人的論點,證明不論天上、地上的物體,都要遵循慣性定律、質點運動定律和作用與反作用定律,即“牛頓三定律”運動。同時他指出推動行星繞日運動的是天體之間存在的萬有引力,運用三定律和萬有引力定律,不僅計算出了行星圍繞太陽的運動、衛星圍繞行星的運動規律,還證明了地麵上物體的降落和拋射運動,海洋潮汐發生的成因,確定出彗星的軌道和運轉周期。這些空間的成就使牛頓成功地建立了近代力學和天文學。

29、“沉浮”

過年過節的時候,大家都喜歡吃紅燒鯉魚。當清洗鯉魚時,用剪刀打開魚的腹腔,發現魚腹中有一個魚鰾。這個魚膘起什麼作用,它應用了物理中的什麼原理呢?

魚兒離不開水,可以說在水中最活躍的莫過魚了。魚在水中遊來遊去,上上下下,誰主“沉浮”,這完全歸功於魚鰾。

當鯉魚下沉時,魚鰾變小;魚鰾若要變大,魚則上升。魚的總密度與水相近。因此,魚是靠魚鰾的大小變化,在水中自由自在地上下遊動的。

魚鰾主“沉浮”,實際上是根據力學中的“浮沉”原理,潛水艇的浮沉,也是根據這樣一條物理定律。

30、非並駕但能齊驅

一顆高速飛行的子彈從步槍中水平射出,同時另一顆子彈從同樣的高度垂直落下。哪顆子彈先著地?

這是因為兩顆子彈以相同的加速度下落相同的垂直距離,因此它們同時著地。

把射出子彈的運動分解成兩部分,就能更好地理解這個問題。在水平方向上沒有作用力(除了空氣阻力),所以水平分量不變;另一部分是垂直分量,有加速度g,它與水平分量無關。

我們還可以用另一方法分析這一問題。若步槍向水平線斜上方發射,則自由掉下的子彈將先著地。若步槍向斜下方發射,則槍中射出的子彈毫無疑問先著地。在斜上方和斜下方之間有一個不分先後的方向,這就是水平發射。

另外還可以從一個十分不同的角度看待這個問題:假設地麵是在向上加速,而不是子彈在下落,你看會有同樣的結果嗎?

█小檔案

一顆從高速步槍中水平射出的子彈,能否一