生活經驗
雪球為什麼越滾越大?
大雪剛晴,操場上白茫茫一片,積了很厚的雪,小朋友們興高采烈地堆雪人、打雪仗、滾雪球。要是你滾過雪球,就會知道雪地滾雪球,會越滾越大。
雪球為什麼會越滾越大呢?也許人們會這樣想,它和爛泥球在沙上滾動,元宵在糯米粉中滾動一樣,靠著粘附力的作用就愈滾愈大吧!其實並不單是這樣,嚴寒冬天的雪片和雪球本身都不潮濕,它們之間沒有多大的粘附作用。那麼雪球愈滾愈大,到底是什麼原因呢?
原來冰雪的融點隻有在大氣壓強下才是零度,如果加大壓強,融點就會降低。實驗證明:當壓強增加到大氣壓的一百三十五倍時,在攝氏零下一度,冰就可以融化。
當我們把疏鬆的雪壓緊時,加大了雪片之間的壓力,融點就因此下降而融化為水,可是當所加的壓力取消後,水又重新結冰把雪片連成雪球。雪球在雪地上滾動時,由於雪片被壓著的部分融化和重複結冰的關係,就和雪球結在一起。這樣不斷滾著、壓著、融化、結冰,雪球就愈滾愈大了。
地球是怎樣變扁的?
你以為地球是一個渾圓的圓球嗎?不是的。如果你有機會站在人造衛星上看,就能發現地球原來是一個東西長南北短的扁球。
不過,地球的扁度是很小的,以前人們一直認為地球的南北直徑比東西直徑短1/297,就是短四十二公裏。現在,根據人造衛星偵察的資料,精確的算出南北直徑應該比東西直徑短1/298。
那麼地球為什麼是一個扁球呢?要揭開這個謎,必須知道地球是怎樣運動的。
地球一方麵繞著太陽旋轉,每轉一周,就是一年,這是地球的公轉;另一方麵,地球還繞著貫穿它南北極方向的“軸”而旋轉,每轉一周,就是一天,這是地球的自轉。
由於地球在自轉,地球上每一部分都在作圓周運動。這和汽車在轉彎時,乘客也都在沿圓周運動一樣。經驗告訴我們,汽車轉彎時,乘客人有向遠離圓心方向傾倒的趨勢,這種趨勢是由於乘客受到慣性離心力所吸引的。地球上每一部分都受到慣性離心力的作用,因而也都具有一種離開地軸向外跑的趨勢。
經驗和理論都證明,地球上各部分所受慣性離心力的大小,與它離開地軸的距離成正比,也就是說,距離地軸愈遠的地方,所受的慣性離心力愈大。赤道部分比兩極部分距離地軸遠得多,所以赤道部分所受到的慣性離心力也遠大於兩極部分。這樣,千百萬年過去以後,在地球逐漸凝固的過程中,由於慣性離心力的差別,終於地球的兩頭變小而肚子變大了。
有沒有辦法把地球舉起來?
這是一個非常有趣的問題。
古代科學家阿基米德曾經說過:“給我一個支點,我就能舉起地球。”有一次他寫信給國王,信裏說:“一定大小的力可以移動任何重量,如果有另一個地球的話,他就能到上麵去,把我們的地球移動一個位置。
阿基米德以為,利用杠杆,就能用一個最小的力,把不論多重的東西舉起來。他的意思是說,如果用力壓一根非常長的杠杆,他的手就可以舉起地球。
這種設想,從理論上來說是對的,但是實際上是做不到的。因為阿基米德沒有考慮到兩個重要問題:一是地球的重量有多大;二是要舉起這個地球,需要多長的杠杆。
現在讓我們來計算一下吧!看看舉地球的方法。如果一個人隻能舉起六十公斤重的東西,那麼要舉起地球那樣重的東西,就得把手放在一根難以用數字來表達的杠杆上,這根杠杆的長臂要比短臂長1000000000000000000000倍。
我們現在假設有了這麼長的一根杠杆,把它的支點設在靠近地球的地方。如果隻把地球舉起一公分,那麼阿基米德的手要在杠杆的長臂這一端掀一下,你知道這麼往下一掀須劃出一千零一十八公裏這樣大的一個弧形,你想一想這有多長吧!
這還不算,阿基米德要把杠杆這樣從上往下一掀,要花多少時間呢?如果我們假定在一秒鍾內把六十公斤重的東西舉起一公尺高,那麼阿基米德要把地球舉起一公分,就得用三十萬萬萬年的時間!
如果,阿基米德用他一生的時間,都來杠杆,也不能把地球舉起像極細的頭發那樣的粗的一點距離。如果我們再設想阿基米德的手,能夠運動和光速一樣快的話,那麼要把地球舉起一公分,也要花十多年的時間哩!
可見,阿基米德要舉起地球,隻不過是誇口的大話而已。
能抓住一顆飛著的炮彈嗎?
這個問題似乎提得不可思議,飛著的炮彈怎麼能抓得住呢?但確實可以這樣做。
第一次世界大戰的時候,一個法國飛行員碰到這麼一件怪事:他在二千公尺的高空飛行著,發現在他的臉旁有一個小玩意兒在動著,他起先以為是一隻小蟲,就敏捷的把它抓到手裏。可是被他抓到的卻不是小蟲,而是一顆德軍的子彈!
這個故事看來很離奇,其實卻不是不可能。因為,一顆子彈並不是始終用每秒八百~九百公尺的速度飛行的,這個速度是跟著空氣的阻力逐漸減低下來的,而在它快要跌落下來前的速度隻有每秒四十公尺。這樣的速度,普通飛機是可以達到的。因此,就會有這樣的可能了:飛機和子彈同樣的速度,並且向同方向行進,於是飛行員就可以隨手抓到了。我們知道,兩個東西,速度、方向相同,一個東西對它旁邊的另一個來說,等於是靜止不動的,或者隻略為有些移動。我們可以回想一下:當兩列火車在並行的時候,如速度相同的話,你坐在一邊火車裏,就可以看到旁邊的這列火車好像停在那裏一樣。或許碰巧,在旁邊一列火車裏麵坐著你的同學,他要你借本書給他看看,你也可以輕而易舉的辦到。
能不能抓到炮彈這一問題。從上麵談的內容來看,就很容易了解了。
為什麼針容易刺進別的物體裏去?
為什麼針容易刺進別的物體裏去,而鈍頭的釘子卻不易刺進別的物體裏去?
這是因為物體所受壓強大小不同的緣故。
當我們用針或鈍頭釘子刺布塊或厚紙板的時候,雖然用的力相同,但是它們所受的壓強卻並不一樣。用針刺的時候,我們所用的力都集中在針的尖端上;而用鈍頭釘子刺的時候,它的力卻分散在麵積比針尖大得多的鈍頭上。這樣針尖所受的壓強,當然要比鈍頭釘子所受的壓強要大得多。因此,針能很容易刺進別的物體裏去。
銳利的刀子比鈍刀容易切割東西,也是由於力是集中在比較小的麵積上。
可是,壓強過大也常找人麻煩。
比如,當你在疏鬆的雪地上行走的時候,雪地常常會因負擔不了體重而使你的兩腳陷下去。
然而,我們是有辦法可以對付的。你隻要隨身帶一副雪橇,就能在雪地上行走如飛,而不會陷下去了。
這是為什麼呢?
因為,雪橇的麵積比你的腳大得多——它幾乎有腳的二十倍大,它把你身體壓在腳上的力分散。這正跟鈍頭釘子不容易刺進物體的情形一樣。所以你能在雪地上滑行,而不會陷下去。
在拖拉機和坦克車上裝履帶,也正是同一原因。履帶使它們的重量,分散到比較大的麵積上。因此,笨重的拖拉機和坦克車,不但在疏鬆的泥地上不會陷下去,甚至在沼澤地帶和水田裏也能行駛。
輪船有“煞車”嗎?
自行車有煞車,汽車和火車也有煞車,可是你看過輪船有“煞車”嗎?
如果你乘坐在渡輪,就會發現一個很有趣的現象:輪船先向上遊斜渡,隨著江水慢慢地斜向對岸碼頭的下遊,然後再平穩地逆流靠岸。江水越急,這現象越明顯。你可以注意一下:在長江大河裏順流而下的船隻,當它們到岸時,卻不立刻靠岸,而要繞一個大圈子,使船逆著水行駛以後,才慢慢地靠岸。
這裏有個簡單的算術題,你不妨做一做:假若水流的速度每小時是三公裏,船要靠岸時,發動機已經關了,它的速度是每小時四公裏,這時候要是順水,這隻船每小時行一公裏。
究竟是七公裏那麼快容易停呢?還是一公裏那麼慢容易?當然是越慢越容易停靠。
這樣看來,使輪船逆水近碼頭,就可以利用流水對船身的阻力,而起一部分“煞車”作用;另外,輪船還裝有“煞車”的設備和動力,例如:當輪船靠碼頭或遠行途中發生緊急情況,急需要停止前進時,就可以拋錨,同時輪船的主機還可以利用開倒車起“煞車”作用。
為什麼磨砂玻璃淋濕後會透明?
你見過磨砂玻璃嗎?它和透明玻璃有什麼兩樣?
隻要用手去摸一下,就知道它有一麵跟細砂皮一樣,毛糙不光,所以它又叫毛玻璃。
因為它有一個毛糙麵,雖然可以透光,但是隔著它就看不清對麵的東西。浴室和廁所的窗裝了毛玻璃,可使室內光線充足,但是室外的人卻看不到室內的東西。
把大光度的電燈泡改用磨砂燈泡,能把室內照得一樣明亮,當我們注視燈泡時,由於看不到過亮的燈絲,就不致眩目耀眼。因此隻有在需要透明,但又不需要看見東西的地方才用毛玻璃。
為什麼毛玻璃會有這樣的性質呢?原來光線穿進玻璃和穿出玻璃都會產生折射,如果玻璃的兩個麵都是平滑的,兩次的折射都很有規則,我們隔著玻璃也可以看到發光的物體。毛玻璃有一麵不光滑,它使經過的光線無規則的散亂開來,所以隔著毛玻璃就看不見物體了。
如果毛玻璃灑到了水,毛糙麵上沾了一層水,水填進了毛麵上的低凹部分,使整個外表變成了光滑的水麵,光線穿過它就折射得比較有規則了。這時候,毛玻璃就改變了半透明的狀態,隔著它也可以看到發光的東西。等到水蒸發完了,毛麵幹燥了,它又恢複了半透明的原狀。
不過光線穿過毛麵和水的接觸處,還存在著一部分不規則的折射,所淋濕的毛玻璃並不能像普通玻璃一樣的透明。如果淋濕的是光滑的一麵,不是毛糙的一麵,那就根本沒有變化,仍舊和原來一樣半透明。不信,你自己可以實驗一下。
為什麼水到沸點就不再升溫了?
在平常的氣壓下,水燒到將近攝氏一百度,就會沸騰起來了。也許你會以為,要是把火燒得更旺些,那麼開水的溫度該超過攝氏一百度了吧!果真是這樣嗎?假如我們有一個特殊的溫度計,來測量開水的溫度,你就會知道,不管怎樣加大火力,溫度計裏的水銀再也不上升了,還是停留在攝氏一百度。
水沸騰起來的時候,雖然它還是不斷從火焰那裏大量的吸收熱量,但是,它同時也變成蒸汽跑到空氣裏去。每一克水分子化成蒸汽,都要帶走五百多卡的熱量。這時候火焰把熱量一傳給水壺,立刻就被水分子帶到空氣中去了。壺裏水的熱量不能積聚下來,溫度自然就升不高了。盡管你加大火力,但是所增加的熱量,隻不過使更多的水蒸發罷了,水的溫度是升不上去的。
不過,要使水在沸騰的溫度升高,也有一個辦法,那就是增加氣壓。因為作用在水麵上的氣體壓力,總是竭力阻擋著水分子溜到空氣裏去。氣壓愈高,水要抵抗氣壓而開始化成蒸汽,就必須有更高的溫度才行。因此讓氣壓增加,水的溫度也就升高了。
在地麵上,任何物體受到的壓強都是一個大氣壓。從地麵往下走,愈往深處走,氣壓愈大,水的沸點也就愈高;深度平均每增加一公裏,水的沸點就提高攝氏三度。在深達三百公尺的礦井裏,水要到攝氏一百零一度才沸騰,在一千公尺深處是攝氏一百零三度。如果使水承受的壓力更大,沸點也就更高。像十四個大氣壓的蒸汽鍋爐,它裏麵的水要到攝氏二百度才會沸騰。
當然在相反的情況下,水的沸點也會降低。我們在高山上不容易把飯煮熟,就是因為高山上氣壓低,水不到攝氏一百度就沸騰的緣故。像在世界的最高峰——珠穆朗峰的峰頂燒水,隻要燒到七十二度左右,水就會沸騰了。
沙漠裏的沙為什麼會堆成波浪形?
有人把沙漠的景象,描寫成是“凝固了的海浪”,滿貼切的。無邊的沙漠,一眼望去,好像布滿無數的波浪。隻不過這些“波浪”是靜止的,不像海洋的波浪那樣起伏不定,洶湧澎湃。
沙,怎麼會自然堆成波浪形的呢?
這主要是靠風的幫助。沙漠裏風很多,而且力量非常大。大風常常把沙粒帶了去,而且風力越大,它所能攜帶的沙粒也越多。當風速每秒4.5—6.7公尺的時候,能吹動直徑約0.25公分的沙粒;要是風速達到每秒11.4—13公尺時,它就能吹動直徑1.5公分的沙粒。
一陣大風經過時能帶走無數的沙粒,當風力減弱了,沙粒又重新落下,堆積起來。這樣,一陣陣的風,忽而吹起地麵上的沙粒,忽而把沙粒積聚在地麵上;同時,由於沙粒有輕有重,風也時大時小,於是沙粒聚集的地點也時遠時近,積聚的沙粒也時多時少。就是這樣,沙粒經過風力的搬動,使沙漠形成了一個個的“波浪”。
由於風的作怪,沙漠像伸著長舌頭一樣,侵襲著農田,肥沃的土地就有變成沙海的危險。因此,人們為了戰勝沙漠,在沙漠邊緣以及中心地帶營造寬闊的防風林帶,進行灌溉工作,不但可以阻止流沙的侵襲,而且還能變沙漠為良田。
為什麼河堤要下寬上窄?
洶湧澎湃的浪潮日日夜夜不停的衝擊河堤,但是河堤它依然站立著。
不錯,浪潮正在用力推呀推的,它一心要把河堤推倒,讓它自由自在地泛濫。河水橫向的壓強,是和河水的深度成正比的;也就是說,河堤底部受到河水的壓力,要比上部大得多。把河堤築得下寬上窄,正是適應河水壓力的變化,而又節約了材料。由於河堤的重力是垂向的,它與浪潮橫向的推力會產生出斜向的合力。如果全力越出河堤的底部,河堤就要傾倒;把河堤築得下寬上窄,合力就不致越出河堤的底部,因此就可以使河堤站得更穩。
此外把堤築成坡度,也能防止泥土倒塌下來。體積成下寬上窄,還有一個好處,使堤底地基單位麵積承載的重量比較小,減輕了堤底的負擔,使堤壩能站得更牢固。
鳥飛行時,為什麼把腳縮在腹下?
乘船時候,如果你拿一根竹竿或木棒之類的東西伸進水裏,即使你不撥不動,也會感到水有一股力量通過你的手裏。這說明船的前進,已經在一定程度上受到你手裏竿、棒浸在水裏那部分的阻力了。
船行的速度畢竟是比較慢的。鳥在時候,它的速度要快得多了,如果任由兩支腳掛在外麵,必然大大的增加了空氣對鳥體的摩擦麵,就減慢了鳥的飛行速度,所以,鳥類本能的在飛行時把兩腳縮在腹下。有些鳥,像鷺鷥、鶴等類,腳非常長,不能縮胯腹下,就水平的伸在身體後部,這樣也達到了避免產生阻力的作用。
鳥的這種本能,人類已經加以利用了。例如現代人調整飛機,在起飛以後,就把輪子收起來,這樣就能飛得更快。
為什麼風箏放高了,繩子就拉不直?
當風箏飄到比較高的空中,一頭牽在我們手裏,另一頭結在風箏的繩子,並不是直的,而是中間向下垂的。為什麼會這樣的呢?除了繩的兩頭有風箏向上升和人手向下牽引的兩個力量外,還因為繩本身有重量,所以,就使得繩子的中部向下垂成彎曲的弧形。掛在空中的繩越長,本身的重量和地球對它的吸引力也越大,垂落成的弧形就越大。當風箏放得不高的時候,繩比較短,繩中部向下垂的程度很小,所以是不容易看出來。
為什麼壞雞蛋能浮在水上?
要識別蛋的好壞,那很容易。隻要把丟在水裏,沉的是好蛋,浮的就是壞蛋。
道理很簡單:因為新鮮蛋的比重比水大,壞蛋的比重比水小。
新鮮的蛋,裏麵的空氣很少,它的比重比水大,所以能下沉。可是,壞蛋因為放的日子過久,一方麵它的蛋白質腐敗了,產生很多的氣體;另一方麵蛋裏的一部分水分又從蛋殼的小孔裏蒸發掉。氣體蒸發了,蛋的重量就減輕,比重減小,自然就浮在水麵上了。
輪船的底部為什麼要塗上紅色?
到過造船廠的人,會注意到,工人總是把輪船水線下麵的船殼,漆成紅色。如果要問這是為什麼,你就會聽到這樣的回答:“為了保持船速和保證船殼。”
聽了這樣的回答,恐怕還不能使你滿意,因為你還不明白漆了紅顏色為什麼能使船速不減和保證船殼呢!
要知道,輪船在吃水線下麵的這一部分船殼,是一直浸在海水裏,海葵等貝類蟲子,常常容易附到輪船底部的船殼上。如果這些貝類和蟲子在船殼上附著的數量多了,不但使船殼受到損傷,使船的重量增加,同時也使輪船底部的船殼不光滑了,就會增加航行的阻力。重量增加和船殼不光滑了,都會使輪船的航速減低。