在高山工作的地質勘探人員和登山運動員,可以看到這種現象:飯鍋子裏的水蒸氣直冒,已經沸騰了好久,但是,鍋子裏還是“生米飯”。這到底是怎麼一回事呢?原來,水和其他液體一樣,它的沸點是跟壓力有關係的。壓力大,沸點高;壓力小,沸點就低。在壓力為1013百帕的大氣壓力下,水的沸點為100℃。但是,到了高山,隨著山的高度的上升,大氣壓強逐漸減小,就會使大量充滿飽和蒸汽的小水泡,在水溫低於100℃的時候就在水中形成了。也就是說,在高山上水在不到100℃的時候就開始沸騰了;即使你爐火再旺,溫度也不再升高,除非你設法增大壓力才行。根據計算,地勢每上升1公裏,水的沸點大約要下降3℃。現在,我們明白了,如果在海拔5000米的高山上,盡管你把火力燒得很旺,飯鍋裏的水即使冒氣沸騰了,它的水溫也不超過85℃。在世界之巔--珠穆朗瑪峰(8848米)的峰頂上,水在735℃左右就達到了沸點。這樣的溫度,當然不能把生米燒成熟飯。那麼,難道在高山上就隻能吃生米飯了嗎?自然不是。人們設計了一種適合在高山環境下燒水煮飯的壓力鍋。這種壓力鍋的蓋子上有一個螺旋器,鍋蓋裏麵襯有密封膠圈,螺旋器旋緊時,鍋蓋緊緊地蓋住了鍋身,一點也不透氣。用壓力鍋燒水煮飯,水蒸氣無法從鍋子裏跑出來,這些膨脹的水汽積得很多時,就增大了鍋內的壓強,當它達到壓力為1013百帕的大氣壓強時,鍋裏水的沸點自然也跟平地上一樣,生米也就能煮成熟飯了。現在市場上出售的壓力鍋,控製壓力大約在22大氣壓左右,鍋內最高溫度可達123℃。用這種壓力鍋煮飯做菜,既省燃料,又節約時間,給生活帶來了不少方便。
為什麼乒乓球拍海綿上的膠皮有的正貼,有的是反貼打乒乓球,除了取決於運動員揮拍的技術以外,球拍起的作用也很重要。對一個乒乓球運動員來說,球拍好比是戰士手裏的武器。隨著世界乒乓球運動技術的不斷發展,各種打法的技術也在不斷創新,而乒乓球拍的種類也越來越多了。很久以前,我們打乒乓球都是用木板球拍。由於木質製成的球拍缺乏反彈力和摩擦力,那時候打球速度很慢,隻是推來推去,當偶爾出現高球的時候,才能猛攻一下。後來膠皮拍出現了,膠皮麵上布滿了一粒粒軟體的小顆粒,跟球拍接觸的時候,不像木板拍那樣隻接觸球上的一點,而是一個曲麵。由於膠皮拍麵上的變形,擴大了接觸的麵積,增加了摩擦,因而產生球的旋轉,在擊球的時候容易製造弧線,提高了打球的技術。1952年出現了海綿球拍,使打球技術又有了進一步發展。因為海綿很柔軟,裏麵布滿細微氣孔而富有彈性,擊球時,球接觸到海綿,海綿體受到球的壓力就向裏凹陷。海綿具有彈性,乒乓球在彈力的作用下,回球的速度也加快,力量增大。但是純海綿的球拍,由於摩擦力不夠,不容易控製球的準確性和產生球的旋轉,於是運動員想出一個好辦法--在海綿層上再貼上一塊不超過2毫米厚的帶膠粒的膠皮。這樣既有海綿的彈性,又有膠皮的控製球的粘性。為什麼球拍海綿上的膠皮有的是正貼(顆粒在外),有的是反貼(顆粒在裏)呢?這裏涉及到兩種球拍不同的物理特性,以及運動員對球拍的不同要求,什麼樣的打法,就選用什麼樣的球拍。譬如:快攻型運動員,一般都選用正貼膠皮結合海綿。因為正貼膠皮比反貼膠皮的反彈力強,它顆粒在外,膠皮與球接觸麵小,停留的時間短,出球速度快,這樣有利於快攻運動員加快進攻速度和力量重的特點。另一種,是反貼膠皮結合海綿,一般是拉弧圈球和削球運動員使用。弧圈球和削球打法,都是以旋轉為主,弧圈球是上旋轉,削球是下旋轉,兩種打法都著重於發揮旋轉。反貼膠皮具有發揮旋轉的特點,因為反貼膠皮顆粒在裏,它的表麵富有粘性,拍球的時候,球拍與球的接觸麵積大,容易使摩擦力作用於球體,因此這種球拍所產生的旋轉比正貼拍子強得多。同時,因為它的膠皮麵和海綿層之間多一層膠粒,膠粒層之間有許多空隙,當球拍跟球接觸時,球拍麵向裏凹得更厲害,球拍和球的接觸麵更大,摩擦力隨之加大,運動員正是依靠這摩擦力,使球旋轉得更厲害。
擲鐵餅時,為什麼運動員要旋轉身體在田徑運動會上,賽跑運動員正在和時間“爭分奪秒”,投擲運動員也在“得寸進尺”的競爭著……投擲手榴彈和標槍的運動員,大都是采用助跑的方法,在快速奔跑中把投擲物投擲出去,這是為了使投擲物在出手以前就有較高的運動速度,再加上運動員有力的投擲動作,投擲物就能更有力地飛向遠處。投擲鐵餅時,運動員是被規定在投擲圈內進行投擲。在直徑隻有幾米的投擲圈裏,不能進行助跑動作,如果隨意采用站立的姿勢,把完全處於靜止狀態的鐵餅投擲出去,那是擲不遠的。要使鐵餅在出手前能有一定的運動速度,運動員就采用了在原地轉體的投擲動作,來加快鐵餅的出手速度,提高投擲成績。同時,還可以給予鐵餅一定的轉速,使它在空中運行時保持它的軸向,減少空氣阻力。推鉛球也是規定在投擲圈裏進行。鉛球比較重,男子用的鉛球重達7257公斤,女子用的鉛球為4公斤。怎樣使鉛球在出手以前就有一定的運動速度呢?鉛球運動員大都是先把上身扭轉過來,背向投擲方向,然後擺腿滑步前衝,再用力推出去。這樣有利於把全身的力量運用到鉛球上,同時,在這一係列的轉體和前衝動作中,能使鉛球在推出前就已具有一定的運動速度。所以在推鉛球的動作中,運動員也要使身體“旋轉”。
雜技演員為什麼能用頭頂住從高處落下的壇子從上麵落下來的東西,碰到我們的頭上會怎樣?這就要看是什麼東西了。如果是一片樹葉子,隻會使我們感到有東西掉下來;如果是一個硬殼果,會打得很疼;如果是一塊小石頭,就可能打破頭皮。那麼一個雜技演員,為什麼能用頭去頂住從高處落下的壇子,並不受到傷害呢?原來,當我們使一個從上麵落下來的東西停止不動時,不但要受到東西的重力作用,還要承受一個衝力的作用,這個衝力的大小不是固定不變的,它跟東西的輕重和衝過來的速度有關,還與我們使它停止的快慢有關。東西重、速度大和停得快,都會使衝力加大。如果我們有辦法把它停止下來的時間拖得長一些,就能減小這種衝力。我們可以試一試,把一串鑰匙向上拋到3~5米高,等它落下來時,我們用不同的方法去接住它,情況也就不同。如果把手心伸平不動,聽憑鑰匙衝擊,手心會感到很痛。如果我們密切注視著下落的鑰匙,當手將碰未碰到鑰匙時,順著它向下運動一段距離,在相對速度減小時再抓緊它,這樣鑰匙停止得比較慢,手心就不感到怎麼痛了。因此,衝力越大越痛,衝力小,痛感就比較輕微。我們再來看一看雜技演員的頂壇是怎樣表演的。他所用的壇通常不過10多公斤重,要是把它頂到頭上不動,不但他吃得消,一般的人也能吃得消。如果把壇拋上去,等它落下來再用頭去接,就不是一般人所能吃得消的,必須經過一番鍛煉。如果你仔細觀察,會發現雜技演員在用頭接壇的時候,他並不是呆立著不動的,而總是先叉開兩腿立好馬襠姿勢,當壇落下剛剛碰到頭頂時,他就立刻隨著壇的運動向下蹲,這就和你用向下移動的手法去接鑰匙一樣,頭上受到的衝力就不會很大,總的力量也就不會大大超出壇的重量了。如果壇從1米高落下,並延長停止運動的時間到1秒左右,頭上受到的總力不過20多公斤,經過長期鍛煉的人,表演起來當然可以不出毛病。可是,沒有經過鍛煉的人,僅懂得了道理,決不能冒失地去試一試,那是很危險的!就是有經驗的演員,如果突然增加壇的重量或拋得過高,也還不一定能適應哩。
用什麼方法走上斜坡最省力走路、騎自行車或駕駛汽車從低處往高處走,比在平地上來得吃力,而且爬陡的斜坡,又要比爬坡度小的斜坡來得費勁。有什麼方法能夠在爬斜坡時,不感到太吃力呢?有辦法。關鍵就在於如何把坡度大的斜坡,改變得坡度小些。因為斜麵的長度和高度之比,正好是省力的倍數。隻要坡度減小,這樣不管用腳走上去,騎自行車上去,或是汽車開上去,都會感到省力了。對於一定的高度來說,怎麼樣才能使坡度減小呢?那就是把斜麵想辦法接長一些,譬如把斜麵弄成螺旋形就能使坡度變小了。高房子裏的扶梯,都是彎彎曲曲地轉幾個彎,才到達樓上,這樣不但節省了地方,而且扶梯比較平坦,人走上去也不感到吃力。推著裝重物的車子上很高的橋,如果是一直線地上去,會覺得很吃力。有經驗的人,他不是直線地往上推,而是彎彎曲曲地沿著曲線往上盤的,這樣做,的確可以少費一些勁。這是為什麼呢?道理也就是把坡度減小了。還有一個例子,汽車翻越高山,也是不可能一下子直開上去的。在有些圖片或電影中,我們看到修築在山上的公路,不都是繞著山彎彎曲曲地盤上去,又彎彎曲曲地下來嗎?汽車沿著繞在山上的公路螺旋形地開上山,這樣把高坡度改變為低坡度,汽車上山也就容易了。