為什麼熱氣球能飛上天空呢?
氣球由氣囊、吊掛係統和升降設備組成。氣球的氣囊多用質輕、透明、堅韌而又耐寒的聚乙烯或聚酯合成纖維薄膜製成，加強條帶多用滌綸或尼龍絲筋製成。根據氣態方程，在壓力不變、溫度升高時，氣體的體積會增大。因為空氣加熱後體積會增大，所以熱空氣的密度比常溫下的空氣密度低。由阿基米德定律可知，物體所受的浮力等於它所排開的液體或氣體的重量。充滿熱空氣的氣囊所排開的空氣的重量遠遠大於氣囊內熱空氣的重量，因此，氣球借空氣的浮力升空。采用充氣、放氣或拋出壓艙物可以調整氣球的升降。最初，熱氣球的水平運動隻能靠隨風飄移，後來，人們在氣球下的吊艙內安裝了推進裝置，這樣就可以自由地進退了。到20世紀60年代，載人氣球飛行高度已達345千米，氣囊最大容積達140萬立方米，載重量超過5000千克。按升空後有無約束，一般把氣球分為係留氣球和自由氣球。
現在，人們已不僅僅使用熱空氣充填氣球的氣囊了，隨著科技的發展，先後出現了充填氫氣和氦氣的氣球。它們同樣也是依據氣體中的浮力原理製成的。近年來，人們在老式係控氣球的基礎上又研製成一種用合成纖維製作的新型氣球，不僅可用於反射雷達波，而且可以裝上紅外光源和電子幹擾裝置用以誘騙和幹擾敵方導彈，每三個氣球構成一組，成了現代電子戰中的“空中陷阱”。在未來戰爭中，氣球仍將在防空、偵察、通信和作為空中平台等領域內發揮作用。
人們在氣球的基礎上增加了推進裝置和控製裝置，從而發明了飛艇。飛艇是一種裝有推進裝置、可以操縱、漂浮於空氣中的航空器。它由艇體、推進裝置、尾翼、操縱係統和吊艙等幾個部分組成。其艇體的容積一般為：軟式的1000～7000立方米；硬式的20萬立方米；半硬式的8000～35000立方米。它不僅能依靠充滿艇體的比重小於空氣的氫和氦氣產生浮力上升，利用排放氣體控製下降，而且可以用推進裝置產生前進動力，用尾翼來控製飛行方向。它的最高時速能夠達到150千米左右。世界上第一艘載人飛艇是由法國人吉法爾於1852年9月試飛成功的。第一次世界大戰前後，是飛艇發展的興盛時期。大戰中，德、英、法等國都建立了飛艇隊，用於執行偵察、巡邏、反潛和轟炸等任務。
第一次世界大戰結束以後，由於飛機的迅速發展，飛艇的研製趨於衰落。但20世紀70年代以來，高分子纖維材料的出現和自動控製技術的完善，使飛艇的發展又獲得了新的活力。現代飛艇除用於運輸外，還用於空中預警、海岸巡邏和緝毒等。
以冰製敵寒冷季節，北風呼嘯，當溫度下降到0℃以下時，河水兩旁，便會先結上一層薄薄的冰層，隨著溫度的繼續下降，結冰麵積逐漸擴大，冰層逐漸加厚。據載，在地球的南極——南極洲，竟有厚達4000多米的冰層呢!曆史上，有些軍事家十分重視冰的作用，善於用冰，使其成為取勝的法寶。
三國時期，曹操在北方進行統一中原的戰爭中，與西涼馬超大戰於戰略要地潼關。當時，曹操的軍隊每次渡過渭河，還沒有站住陣腳，就被馬超的騎兵騷擾，紮不住營，隻得返回。渭河邊上，多是河石，築不成堡壘。曹操正在束手無策時，有個名叫婁子伯的謀士對曹操說：“今天晚上天氣寒冷，可以用沙子築城，把水灌到沙子裏，水凍成冰，能在一夜之間築起一座冰城。”曹操一聽，覺得有理，於是吩咐士兵，準備好運水工具。等到夜間，曹操派出先頭部隊渡過渭河，在河灘上用沙子加水，築起一座城堡。天亮的時候，冰城堅固如山。於是曹操的軍隊渡過渭河，在冰城裏站穩了腳跟，後來打敗了馬超。據說，曹操自此以後，不僅喜歡用冰，而且還用冰獎賞有功之臣。曹操曾在河北漳縣鑿井藏冰，到了三伏盛夏再取出分賞功臣。
曆史上的“安史之亂”，大家是熟悉的，可安祿山指揮叛軍南下，利用黃河結冰順利渡河之事，知者卻不多。據《資治通鑒》記述，丁亥，安祿山渡黃河，以草木等橫絕河流。一夕，冰合如浮橋。說的是割據河北的安祿山向南直逼洛陽，被黃河所擋。這時已是隆冬，黃河裏淌著冰花。安祿山下令用樹木、廢船和繩索等物攔截冰花。過了一夜，攔截住的冰花在障礙物之間凍結成一座冰橋，於是15萬叛軍順利渡過黃河，很快攻陷了洛陽。
1942年，晉東南一個寒冷的冬天，北風呼嘯，黃沙滿天。20多個民兵，挑著七八副水桶，趁黑來到公路上。他們把挑來的水倒在一段險要的路麵上，這是日寇運輸車隊必經之路。這個路段狹窄而又傾斜，路的外側是一條深溝。第二天上午，鬼子的汽車照例開來了，車上載著白麵和日用品，上邊還坐著20多個押車的敵人。輕車熟路，鬼子們毫無提防。哪知汽車一到打滑的冰路上，立刻像受驚的野馬一般衝出路麵，墮入深溝，車毀人亡，車上的物資都成了民兵們的戰利品。
不僅在中國有這麼多的以冰製敵的故事，在外國也是如此。
1240年，德意誌十字軍氣勢洶洶地突然殺向俄國的諾夫哥羅德公國。
俄國國王亞曆山大·涅夫斯基率部抵抗，由於毫無準備，初戰便被打得大敗。他不得不帶領剩下的幾百士兵逃向山區。一次，他得知敵人的一個騎士團正經楚德湖取捷徑向前開進，便決定利用冰麵開闊、春季冰層較薄這一條件陷敵於死地，進而殲滅這股敵人。
涅夫斯基率部先敵到達楚德湖東岸，將主力部署在有利地形上。次日拂曉，十字軍浩浩蕩蕩地來到冰湖西岸，迅速拉開了隊形。當十字軍主力剛到湖岸時立刻遭到俄軍從兩翼的猛烈進攻。他們用鉤子將騎士拉下馬來，用斧頭砍死，或用短棒擊昏，再用靴刀殺死。最後，十字軍被壓到一塊大冰麵上，春水消融，冰麵承受不住重裝騎士的壓力而破裂，隻聽見“轟隆”一聲巨響，冰麵中央裂開了一道大口子，破碎的冰塊四處飛濺，十字軍騎士連人帶馬掉入冰湖中，許多騎士被溺死，隻有少數人突出重圍逃遁。俄軍騎兵沿著冰湖追擊，將敵全殲。
1668年，法國集結了十幾萬大軍，企圖攻占前線隻有15000名士兵的荷蘭。當時法軍寄希望於冬天，他們滿懷信心地認為，冬天會使護城河結冰，那時法軍便可輕易攻入阿姆斯特丹市。一日天氣非常寒冷，護城河果然結起厚冰，法軍9000步兵和2000騎兵開始陸續踏上護城河的冰麵。
然而，天氣突變，東風變成了西風，氣溫回升，護城河冰麵開始大麵積融化。這時，法軍一片混亂，進退兩難，紛紛落水，數以千計的士兵在冰水中喪身，結果荷軍未放一槍一炮，取得了抗法戰爭的勝利。
1916年12月中旬，意大利和奧地利兩軍為控製杜魯末達山而殊死拚殺，忽然，天氣大變，狂風怒吼，大雪漫天。三天的大雪覆蓋山路，形成高聳入雲的冰雪山峰，於是交戰雙方同時用大炮轟擊頂峰，誘發雪崩，雪卷冰塊向對方山下的部隊劈頭蓋腦地猛壓下來。據戰後統計，48小時的冰雪大戰，雙方死傷不計其數，兩軍中僥幸逃生的隻有9人。
在俄國與芬蘭的多次戰爭中，成塊的冰被當做沙袋和防護板，用來保護敵人火力襲擊下的步兵和機槍手。在零下25℃時，冰就變得非常堅硬，可以用來阻擋子彈與炮彈爆炸的破片。
第二次世界大戰期間，蘇軍和德軍都發現重型炸彈和炮彈對冰僅有微不足道的影響，它落在冰上，隻能炸開很小的彈坑。德軍對列寧格勒進行包圍的時候，他們切斷了所有的鐵路、公路交通，使整個城市的供應隻能靠水上運輸。很快到了冬季，整個水域都結了冰。蘇軍利用冰作公路，為城中運去一車車糧食和彈藥。德軍用炸彈和炮彈襲擊，隻能炸開一個個淺淺的坑，而且稍後又結成冰，無法破壞整個冰麵，所以無法阻止蘇軍的運輸。於是這冰上公路被稱作炸不斷的“天然運輸線”。
上麵的故事中，冰雪在作戰中起到了重要的作用，那麼，從物理學的角度來看，冰雪到底是什麼?又是怎麼形成的呢?
在通常情況下，自然界中的物質都是以固體、液體、氣體三種狀態存在的。如岩石、泥土、木材等都是固體狀態；水、酒精、汽油等都是液體狀態：氫氣、氧氣等都是氣體狀態。這些狀態又分別簡稱為固態、液態和氣態。
為什麼物質會有不同的狀態呢?在前麵，我們曾經討論過分子動理論，組成物質的大量分子之間有空隙，有相互作用的引力和斥力。從物質分子結構看，分子之間的距離和相互作用力，決定了物質存在的狀態。
固體物質分子之間的距離很小，相互作用力較大，絕大多數分子都在各自的平衡位置附近做微小的振動。由於這個原因，固體物質總是保持一定的體積和形狀，而且難於壓縮和分割。
固體物質分為兩類。其中一類的分子按一定的規則排列，外表具有規則的幾何形狀，這一類叫晶體。如食鹽、冰、石英以及大多數金屬都是晶體。另一類的分子卻沒有規則地排列，因而也沒有規則的天然外形，叫非晶體，如鬆香、玻璃、蜂蠟、瀝青等。
氣體物質分子之間的距離很大，相互作用力很小。在通常情況下，除分子之間的相互碰撞和分子與器壁碰撞外，可以認為分子間沒有相互的作用力。從整體上看，大量分子在做無規則的自由運動，所以它能充滿所能達到的空間，因而氣體沒有一定的形狀和體積，很容易被壓縮。氣體壓強就是由於氣體分子對器壁的碰撞而產生的。
液體中，分子的狀況介於固體和氣體之間，但更接近於固體。液體分子之間的作用力比固體小，排列沒有一定規則。液體分子也像固體分子那樣，在平衡位置附近做微小的振動，但又和固體分子不同，它的平衡位置可以移動，因此，液體具有流動性，具有一定的體積，但沒有固定的形狀。
以上就是我們常說的“物質三態”。
我們看到的冰和水隻是同一種物質在不同條件下呈現出的不同的狀態。固體和液體是可以互相轉變的。物質從固態變成液態的過程叫熔化；從液態變成固態的過程叫凝固。水凝固成冰，是在一定的溫度下發生的。
在這個過程中，水雖然不斷向外放出熱量，溫度也保持不變，這個溫度叫做水的凝固點。對冰加熱時都可以看到，在冰還沒有熔化的時候，它的溫度不斷升高，但是，從冰開始熔化到全部熔化這段時間裏，雖然繼續給它加熱，溫度卻保持不變。這個溫度，叫做冰的熔點。在相同條件下，同一種物質的熔點和凝固點是相同的。例如，在101千帕下，冰的熔點和水的凝固點都是零攝氏度。
倒正的人影墨子是墨家學派的創始人，姓墨名翟。約公元前468年，墨子出生在魯國一個手工業者家庭。當時的工匠處於官府的嚴格控製之下，隸屬和服務於官府，社會地位十分低下。墨子從小承襲了木工製作技術，由於他的聰明巧思，他成為一位高明的木工匠師和傑出的機械製造家。他精通手工技藝，可與當時的巧匠魯班相比。墨子主張“兼愛”、“非攻”，墨子學說對當時思想界影響很大，逐漸形成了墨家學派。
墨家學派所著的《墨經》，記載了我國古代在物理學上的卓越成就，尤其在光學方麵，是世界上最早的幾何光學著作。
有一次，墨子和他的幾個學生做了一個實驗。
他們在一間黑暗的小屋朝陽的牆上開一個小孔，然後讓一個人對著小孔站在屋外。這時，一個奇怪的現象發生了：牆上出現了一個倒立的人影。這個就是世界上最早的小孔成像實驗。
“人的影子為什麼會倒立呢?”墨子百思不得其解。後來，經過長期的研究，墨子對此提出了精辟的解釋：
這是因為光線像射箭一樣，是直線行進的。人體下部擋住了直射過來的光線，穿過小孔，成影在上邊；人體上部擋住直射過來的光線，穿過小孔，成影在下邊，就成了倒立的影。他還指出，人的位置離牆壁由遠及近，暗室裏的影也由小變大，倒立在牆上。這是人類曆史上第一次對光直線傳播的科學解釋。
深秋的一天，天空晴朗，園子裏的小鳥在枝頭嘰嘰喳喳，飛逐嬉戲，影子在樹間婆娑晃動。墨子出來散步，卻一直在思考關於光的傳播實驗。這時，他突然看見地上小鳥的影子在飛舞。
“難道影子會動嗎?”這個問題使墨子陷入了沉思。他不動聲色地站在樹蔭下，經過仔細觀察，墨子發現，那飛翔著的小鳥，它的影子看上去在飛動著，其實那隻是假象。小鳥的影子根本沒有飛動。墨子由此得出結論：光被遮擋就會產生投影，而物體的投影，並不跟隨物體一起移動。他還指出，飛鳥遮住了直線前進的光線，形成了影子。在一瞬間，因為飛鳥移動了位置，原來光線照射不到的地方，所以舊影就消失了，而在新的地方，則會出現新的影子。也就是說，小鳥在飛翔中，它的影子並不跟著移動，而是新舊投影的不斷更新。
這就是墨子在兩千多年前給出的物體和投影間的關係。如此舊影消失，新影生成的過程連續進行的發現預示了照相和電影拷貝的技術發明。
後來，墨子和他的學生把這些實驗和理論詳細地寫進了《墨經》，使這部巨著成為當時世界上最高水平的自然科學論著。墨子在書中還提出了平麵鏡、凹麵鏡和凸麵鏡等成像的理論。
在兩千多年前，能深入細致地研究光的性質，做出正確解釋，的確是難能可貴。尤其是他的小孔成像理論，既是世界上最早的光的直線傳播的科學描述，也是世界上最早的小孔成像的正確闡釋，為照相機、錄像機、放像機等現代高科技儀器等的發明創造，奠定了理論基礎。
托勒密錯過的機會公元2世紀，古希臘科學家托勒密做了一個關於光的折射實驗。他在一個圓盤上裝兩把能繞盤心旋轉的尺子，將圓盤的一半浸入水中。讓光線由空氣射入水中，就得到它在水中的折射光線，轉動兩把尺子，使它們分別與入射光線和折射光線重合。
然後取出圓盤，按尺子的位置刻下入射角和折射角。
盡管托勒密的實驗方法是正確的，實驗結果相當精確，與現代值幾乎沒有多大的差別。但是，由於他測量得不夠精確，得出了一個錯誤的結論，他認為折射角與入射角成正比。托勒密因此錯過了一次發現折射定律的機會。
17世紀初，伽利略製成了望遠鏡，並利用他進行了很多科學觀測。這些新的發現激勵了德國人開普勒對光折射現象進行深入的研究。在彙集前人光學知識的基礎上，開普勒斷定托勒密關於折射規律的結論是不正確的。他從理論上加以探索，結果得出了折射定律。雖然開普勒關於折射定律的研究和修正比托勒密前進了一步，但還沒能得出正確的折射定律。1611年，開普勒把他的發現寫進了《折射光學》一書。