逍遥学能 2017-05-16 10:34
生活中的趣味物理
冰棍“冒汽”
炎热的夏天，热气逼人，吃上一根冰棍才舒服呢!你注意过吗，冰棍从冷藏箱里拿出来往往还冒“汽”哩!真有趣，通常只有热的东西才冒汽，冰棍为什么会冒汽呢?
夏天的气温比冰棍的温度高得多，冰棍一遇到空气就要融化，融化时要从周围的空气中吸收大量的热，使空气的温度下降。平时空气里含有一定量的水蒸气，由于温度突然降低，就达到饱和或过饱和状态。也就是说，冰棍周围的空气由于温度降低，便容纳不下原来所含的那么多水蒸气了。在这种情况下，多余的水蒸气就结成微小的水珠，形成一团团飘浮着的雾状水滴，经光线照射，就成了白色的水汽。
云、雾、雨、雪形成的原因也是这样。江河湖海里的水，受到阳光照射后，不断地变成水蒸气，飘散在空气中，含有水蒸气的空气受热上升，升到一定高度，遇到冷空气，就凝成一团团悬浮的小水滴，这便是云。靠近地面的水蒸气，遇冷也能结成一团团悬浮的小水滴，这就是雾。所以云和雾在本质上是相同的。在合适的条件下，云里的小水滴不断地合并成大水滴，直到上升的气流托不住它的时候，便降落下来，形成雨。如果是冬季，这些水滴就结晶成雪花漫天飘舞。不过，空气中饱和水汽的凝结，必须有它凝结的“核心”才行，这个核心就是飘浮在空气中的尘埃，它是促进云、雾、雨、雪形成的必要条件之一。
云雾的秘密，使英国物理学家威尔逊受到很大启发。经过研究，他于1894年发 明了一个叫“云雾室”的装置，它里面充满了干净空气和酒精(或乙醚)的饱和汽。如果闯进去一个肉眼看不见的带电微粒，它就成了“云雾”凝结的核心，形成雾点，这些雾点便显示出微粒运动的“足迹”。因此，科学家可以通过“云雾室”，来观察肉眼看不见的基本粒子(电子质子等)的运动和变化情况。同时，还发现了不少新的基本粒子。威尔逊云雾室，为研究微观世界作出了卓越贡献，1927年，他因此荣获了诺贝尔物理学奖金。
奇妙的服装图案
你想过没有，服装颜色和图案的设计中，还大有学问哩!巧妙的设计，能产生奇特的效果。
许多青年人爱穿水兵的“海魂服”，这种针织衫上有蓝白相间的粗横条，清新爽朗，小伙子穿起来，确实神气。有趣的是，瘦人穿上它，显得丰满，而胖人穿了它，看起来更臃肿了。这是一种光学现象——视错觉造成的。
大小和形状都相同的物体，由于采取不同的分割方法，便会引起人们的错觉。如上图中的两个正方形，是一样大小，由于左面的采取横向分割，右面的采取竖向分割，结果左面的图形看起来高一些，右面的图形则宽一些。这种现象在物理学上叫做“分割错觉”。
同样的分割用在不同的地方，会产生相反的效果。在装璜设计上，要想使一只盒子显得高一些，就可采取横向分割;然而在衣着装饰上的分割错觉却恰好相反，矮胖的人穿横向条纹的“海魂服”，不但没有增加高的感觉、反而增加宽的感觉，显得更胖了。这是因为盒子一般不太大，它正好处在人眼的正常视野中，眼球不必转动就可以看清它，观看横向分割的时候，就会不自觉地把分割条数考虑进去，便觉得高度有所增加。观看穿横向条纹衣服的人，情况便有所不同，为了能看清这些条纹，视线必然会沿着条纹方向移动，不自觉地把条纹长度跟条纹间隔作比较，就觉得横向的宽度增大了。所以，矮胖的人不宜穿“海魂服”之类的横向条纹衣服，而适合穿竖直条纹的服装。
视错觉的现象还有好多种。假如你用一只眼睛正面去看左图中的四个字母，你会明显地感到它们的颜色深浅不同。记住那个颜色最深的字母，然后从侧面斜看这四个字母，就会发生一个意外的变化：原来那个最黑的字母，变成灰色的了，这时最黑的字母已经是另外一个了。这种现象叫做“象散错觉”。根据这个原理，现在已经设计出一些“会变色的布”——从不同的角度观察同一块布，却感到色泽、深浅都不一样。有一种斜纹布，左看似红，右看却又象绿。这除了在它的经纬纱中分别配有红、绿线外，纹理引起的“象散”现象也起了重要作用。
歌唱家们在舞台上喜欢穿着拖地的深色连衣裙，或者是黑色的长装。这样的服装会给观众一种“苗条”秀丽的感觉。这也是光学原理在起作用。你看下图中两个大小相等的黑白色正方形，好象白的比黑的要大一些。这是因为，浅色物体在视网膜上的像，周围总有一圈光线围着，好象是从象中渗出来似的，人们把这种现象叫“光渗”。黑色背景下的白色物体，由于光渗作用，它在视网膜上的象要比实物大一些;白色背景下的黑色物体，情况恰恰相反。所以便产生了白大黑小的错觉(光渗错觉)。假若把画在黑色背景上的白圆点，跟画在白色背景上的同样大小的黑圆点，同时放在一起看，会觉得黑圆点要比白圆点约小五分之一。同是一个人，穿深色衣服的时候，要比穿浅色衣服显得瘦些，就是这个道理。
你还能举出另外一些视错觉的现象吗?不妨试试。
时装的颜色
“冬不穿白，夏不穿黑。”这是人们从生活实践中总结出来的经验，你知道它包含的科学道理吗?
我们生活的自然环境，五光十色，美丽动人，有红色的花，绿色的草，蓝色的天空，白色的云朵……各种物体都具有各自的色彩。可是，这些艳丽的颜色，在漆黑的夜里就统统消失了。这说明只有在阳光(白色光)的照射下，物体才呈现出颜色。那么，为什么在同样光源的照耀下，各种物体会有不同的颜色呢?
我们知道，太阳光是由红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫多种色光混合而成的。不同的物体，对不同颜色的光线，吸收能力和反射能力又各不相同。被物体吸收的光线，人们就看不见，只有被反射的光线，人们才能看到。因此，某种物体能反射什么颜色的光，在我们看来，它就具有什么样的颜色。如红色的花，是因为它只能反射红色的光线，把其他颜色的光线都吸收了;白色的东西能够反射所有颜色的光线，因此看起来就是白色的;而黑色的东西却能吸收所有颜色的光线，没有光线反射回来，所以看起来就是黑色的了。
太阳不仅给人们送来光明，而且还送来了大量的辐射热。对于辐射热来说，黑色也是只吸收，不反射，而白色正好相反。
一般说来，深色的东西，对太阳光和辐射热，吸收多，反射少;而浅色的东西，则反射多，吸收少。因此，夏天人们都喜欢穿浅色衣服，象白色、灰色、浅蓝、淡黄等，这些颜色能把大量的光线和辐射热反射掉，使人感到凉爽;冬季穿黑色和深蓝色的衣服最好，它们能够大量地吸收光和辐射热，人自然就感到暖和了。
人们认识了自然规律，就能在生产技术上加以利用。象大型露天煤气罐、石油罐的表面都漆成银白色，目的就是为了提高它们反射阳光和辐射热的能力，使罐的温度不致升得过高，以免引起爆炸事故。
人们还利用反向和吸收的原理来征服自然界，让它为人类服务。我国西北部有座祁连山，山上盖满了厚厚的冰雪。可是，因为山很高，上面很冷，就是炎热的夏天，强烈的阳光和辐射热照上去，也都被那白色耀眼的冰雪给反射回去了，所以积雪没法融化。结果山下大片的田地，都因缺水而荒芜了。解放后，党领导人民向大自然进军，为了叫祁连山交出水来，政府派了工作队，用飞机把碳黑撒到祁连山的积雪上，乌黑的碳黑拼命地吸收着光和热，使粘有碳黑的积雪融化了，祁连山终于献出了滔滔的雪水。
雨衣上的学问
下雨天，外出的人们不是打伞，就是穿雨衣。
雨衣为什么不透水呢?奥妙就在制作材料上。就拿布制雨衣来说吧，它是用防雨布(经过防水剂处理的普通棉布)制成的。防水剂是一种含有铝盐的石蜡乳化浆。石蜡乳化以后，变成细小的粒子，均匀地分布在棉布的纤维上。石蜡和水是合不来的、水碰见石蜡，就形成椭圆形水珠，在石蜡上面滚来滚去。可见，是石蜡起了防雨的作用。物理学上把这种不透水的现象，叫做“不浸润现象”。而水一旦遇到普通棉布，就通过纤维间的毛细管渗透进去，这就叫做“浸润现象”。
物体是由分子组成的。同一种物质的分子之间的相互作用力，叫做内聚力;而不同物质的分子之间的相互作用力，叫做附着力。在内聚力小于附着力的情况下，就会产生“浸润现象”;反之，则会出现“不浸润现象”。雨衣不透水，正是由于水的内聚力大于水对雨衣的附着力的缘故。
物理学还告诉我们：水的内聚力作用在水表面形成表面张力。水的表面张力使水面形成一层弹性薄膜，当水和其他物体接触时，只要水对它不浸润，那么这层弹性膜就是完好的、可以把水紧紧地包裹着。有人试验过：巧妙地把水倒进浸过蜡的金属筛里，水并没有从筛眼里漏下去。
常见的玻璃，看起来光滑晶亮。可是，水遇上它，却紧紧地缠住不放，带来了种种麻烦：下雨的时候，车前窗玻璃上的雨水挡住了司机的视线，很不安全，于是只好开动划水器，把雨水排去;戴眼镜的人，在喝热水的时候，镜片立即蒙上一层雾汽，挡住了视线，什么东西也看不见了。
人们知道了水的表面张力的特性，了解了水的内聚力与附着力的关系以后，不仅巧妙地制成了雨衣，而且还造出了新颖的“憎”水玻璃——在普通玻璃上涂一层硅有机化合物药膜，它大大削弱了雾汽对玻璃的附着力。用这种憎水玻璃做镜片，为戴眼镜的人解除了蒙雾的苦恼;把这种玻璃安在车的前窗上，划水器也就用不着了。现在你该能说出篷布、布伞不漏雨的道理了吧!
怎样使服装挺括
要使服装穿起来挺括，洗刷以后，往往需要用熨斗烫一烫。但是，熨烫衣服也有诀窍;要先在衣服上喷一些水，甚至还要衬上一层湿布，然后才能熨烫。如果把一件干衣服拿来就烫，不仅不能把褶皱烫平整，而且还容易把衣服烤焦。
当衣服喷上一些水以后，它的纤维很快被水润湿。这时把温度合适的熨斗放在上面一烫，渗入纤维中的水分便受热气化。我们知道，物质从液态变成气态，要从周围吸收大量的热，而且体积在一瞬间增大许多倍。由于熨斗压在上面，体积膨胀的水蒸气跑不出来，只能使劲地往纤维的空隙里钻，这样一来，正好把纤维挤得笔直、平整。
熨烫衣服要掌握好熨斗的温度。如果熨斗的温度太低，水分不能气化，自然起不到“烫”的作用;要是温度过高，又会把衣服烫焦。有经验的人，都知道给熨斗底面上滴一点水，根据水滴的变化和发出的声音来判断熨斗的温度。要是水滴发出“扑叽”的响声，并且水珠滚转，很快流去，可以断定这时熨斗的温度约为150℃左右，正合适;如果水滴发出“扑哧”的响声，而且水滴很快散开并蒸发成汽，此时熨斗的温度约为180℃左右，太高了。这时，只要喷上适当的水，就可以把温度降到150℃左右。
液体突然受热气化使体积剧烈膨胀的现象，在日常生活和生产中是常有的，有利的要利用，有害的则要注意防止。例如，在炼钢厂里，炽热的钢渣是严禁倒在潮湿的地方的，否则就等于埋下了一颗定时炸弹。因为炽热的钢渣，一倒在潮湿的场所，地上的水分就会立即气化，它的体积在短时间内，可以增大1000倍以上，可是，大量钢渣死死地压在上面，蒸汽不能顺利地跑出来，时间长了，越积越多，最后便冲破钢渣而发生爆炸。这当然是很危险的，所以，必须把钢渣倒在干燥而又没有易燃物的地方，才能保证安全。
吃鸡蛋有诀窍
五香茶鸡蛋是人们爱吃的，尤其是趁热吃味道更美。
细心的人会发现，鸡蛋刚从滚开的卤汁里取出来的时候，如果你急于剥壳吃蛋，就难免连壳带“肉”一起剥下来。要解决这个问题，有一个诀窍，就是把刚出锅的鸡蛋先放在凉水中浸一会，然后再剥，蛋壳就容易剥下来。
一般的物质(少数几种例外)，都具有热胀冷缩的特性。可是，不同的物质受热或冷却的时候，伸缩的速度和幅度各不相同。一般说来，密度小的物质，要比密度大的物质容易发生伸缩，伸缩的幅度也大，传热快的物质，要比传热慢的物质容易伸缩。鸡蛋是硬的蛋壳和软的蛋白、蛋黄组成的，它们的伸缩情况是不一样的。在温度变化不大，或变化比较缓慢均匀的情况下，还显不出什么;一旦温度剧烈变化，蛋壳和蛋白的伸缩步调就不一致了。把煮得滚烫的鸡蛋立即浸入冷水里，蛋壳温度降低，很快收缩，而蛋白仍然是原来的温度，还没有收缩，这时就有一小部分蛋白被蛋壳压挤到蛋的空头处。随后蛋白又因为温度降低而逐渐收缩，而这时蛋壳的收缩已经很缓慢了，这样就使蛋白与蛋壳脱离开来，因此，剥起来就不会连壳带“肉”一起下来了。
明白了这个道理，对我们很有用处。凡需要经受较大温度变化的东西，如果它们是用两种不同材料合在一起做的，那么在选择材料的时候，就必须考虑它们的热膨胀性质，两者越接近越好。工程师在设计房屋和桥梁时，都广泛采用钢筋混凝土，就是因为钢材和混凝土的膨胀程度几乎完全一样，尽管春夏秋冬的温度不同，也不会产生有害的作用力，所以钢筋混凝土的建筑十分坚固。
另外，有些电器元件却是用两种热膨胀性质差别很大的金属制成的。例如，铜片的热膨胀比铁片大，把铜片和铁片钉在一起的双金属片，在同样情况下受热，就会因膨胀程度不同而发生弯曲。利用这一性质制成了许多自动控制装置和仪表。日光灯的“启动器”里就有小巧的双金属片，它随着温度的变化，能够自动屈伸，起到自动开启日光灯的作用。
多孔的冻豆腐
寒冷的冬天，吃上一碗热乎乎的“冻豆腐”，那真算得上是一种别具风味的美菜呢!
豆腐本来是光滑细嫩的，冰冻以后，它的模样为什么会变得象泡沫塑料呢?
豆腐的内部有无数的小孔，这些小孔大小不一，有的互相连通，有的闭合成一个个小“容器”，这些小孔里面都充满了水分。我们知道，水有一种奇异的特性：在4℃时，它的密度最大，体积最小;到0℃时，结成了冰，它的体积不是缩小而是胀大了，比常温时水的体积要大10%左右。当豆腐的温度降到0℃以下时，里面的水分结成冰，原来的小孔便被冰撑大了，整块豆腐就被挤压成网络形状。等到冰融化成水从豆腐里跑掉以后，就留下了数不清的孔洞，使豆腐变得象泡沫塑料一样。冻豆腐经过烹调，这些孔洞里都灌进了汤汁，吃起来不但富有弹性，而且味道也格外鲜美可口。
很早以前，我国人民就已经懂得了冰冻膨胀的原理，并利用它来开采石头：冬天，他们在岩石缝里灌满水，让水结冰膨大，把巨大的山石撑得四分五裂，很快就能采到大量的石料。
近年来，工业生产上出现了一种巧妙的新工艺——“冰冻成型”，也是冰冻膨胀原理的应用。办法是：根据零件的形状，用强度很大的金属，做一个凹形的阴模和一个凸形的阳模，把要加工的金属板放在两个模的中间，在阳模和密闭的外壳之间，灌满4℃左右的水，然后把这个装置冷却到0℃以下。这时，由于水结冰，体积膨胀，所产生的巨大力量把阳模压向阴模，便把金属板压成一定形状的部件了。
由于水在4℃时的密度最大，体积最小，水温低于4℃时体积反而增大，所以，在4℃时水就不再上下对流了。因此，到了冬季，寒冷地区的江河湖海，表面上虽然结了厚厚的冰层，但下面水的温度却保持在4℃左右，这就给水生物创造了生存的环境。
冰冻也会给人们带来危害，它能使水缸冻破，把自来水管道冻裂……因此，在冬季来临的时候，要及时做好保暖防冻工作。
饭菜扑鼻香
在厨房里做饭炒菜，我们在屋外也能闻到饭菜的香味。更有意思的是，有时候锅里的油才烧热，厨房外面的人就闻到了油香。
香味是怎么被人闻到的呢?因为在烹调的过程中，饭菜的分子有一部分被蒸发到空气中，并且渐渐地向四面八方运动，当它们钻进我们的鼻孔时，我们就闻到香味了。这个过程叫做扩散现象。正是气体的扩散作用帮助人们闻到了各种气味。
气体分子很小很小，我们的眼睛直接看不见它们。但是，这些分子的运动是能够间接地观察到的。在太阳光底下，我们可以看到许多尘埃在空气中飘来飘去，上下飞舞，就是受运动着的气体分子碰撞的结果。气体分子的运动是无规则的，互相之间不断地碰撞，不断地改变运动的方向。因为气体分子之间距离比较大，互相撞碰的机会少，所以它们很容易离散开来。有些气体的分子运动得很快，拿氢气来说，它的分子跑得比子弹头的速度还要快上几倍呢。正是这个缘故，气体物质的体积，如果不受外界的约束，就会不断膨胀扩大，扩散开来。
扩散现象不单气体里有，液体里也有。做汤的时候，滴进几滴酱油，即使不搅拌，整个汤里也会逐渐均匀地染上酱油的色泽，并富有酱油的美味。这就是酱油在汤里扩散的结果。
固体之间也有扩散现象。有人曾经做过这样的实验：把一块铅片和一块金片，分别磨光，压在一起，在室温下(20℃)放置五年，金片和铅片便连在一块，它们互相混合的深度约一厘米。我们知道，在室温下，金和铅是不会熔解的，但是它们的接触面竟生成了一层均匀的铅金合金，这就是扩散作用在固体中玩的把戏。
扩散现象生动地证明，无论是那一种形态的物质，它们的分子无时无刻不在运动，当它们互相接触的时候，彼此就要扩散到对方当中去。随着温度的升高，分子无规则运动的速度增大，扩散也加快。
香脆的爆米花
“砰!”随着一声巨响，爆米花的香气便飘散开来。爆米花个大粒圆，酥脆芳香，是很受小朋友欢迎的一种膨体食品。大米经过爆米机一加工，体积陡然胀大好多倍，难怪人们风趣地把爆米机称作“粮食扩大器”哩!
那么，米粒是怎样被扩大的呢?
我们知道，密封在容器中的气体，都有一个特别的脾气：温度增高，压强就增大。给爆米机加热的时候，密封在罐里的空气的压强逐渐增大;同时，装在里面的大米逐渐被加热，贮存在米里的水分也逐渐蒸发出来，聚积在铁罐内。罐的温度不断升高，罐内的气压越来越大，这种高压阻止米中水分继续蒸发，使残存在米中的水分也逐渐升温升压，一个个米粒象憋足了气的小气球，只因为受到罐内气压的约束，它们才不能爆开。当罐内气压升高到2—3个大气压的时候(这从气压表上可以看出)，便停止加热。这时，爆米花的师傅拿一条长布袋套在爆米机的口上，然后打开盖子。说时迟，那时快，在一声巨响中，大米喷到布袋里了。高温高压的米粒突然进入气压较低的环境中，憋在米粒中的高温高压水分，失去了约束力，便急骤膨胀，使米粒迅速胀大，变成了爆米花。
透过爆米花，使我们看到了“高温高压”的巨大力量。节日的焰火、鞭炮，工地上的爆破，工厂里的蒸汽锤，大力士蒸汽火车头……，它们那种有声有色的表演，都是“高温高压”导演出来的。随着科学技术的发展，它已成为生产上的强大动力。