第3章 走进奇妙的科学世界(2)
这天,浩浩在小区的喷泉池边玩耍的时候,爸爸想训练浩浩的思维,就对浩浩说:“浩浩,你注意到了吗?从高处落下的小水珠,有的时候并不会立即溶于水池的水中,而是保持球形或椭圆球形状漂浮在水面上,到处游动,要过上几秒钟才消失,你知道这是为什么吗?”
浩浩玩得正高兴,听爸爸说完之后,仔细地观察了一下,发现果然是这样。从高处落下的小水珠,重新落到水面上之后,并没有立即溶于水池的水中,而是保持一个椭圆球形状浮动在水面之上,晃动了一圈之后才重新溶于水中。
浩浩想了想,回答说:“是不是和水面的压力有关系?”
浩浩的回答正确吗?
其实,关于这个问题,大约在一百多年前,人们就已经注意到这种奇怪的现象。在当时,科学家经过认真的研究,提出一种较为合理的解释:这跟空气有很大的关系,水滴刚刚到达水面时,会在水滴的下方遗留一个厚度大约为10~1000毫微米的空气层,这个空气层中的压力足以使水滴底部产生波纹,就好像是水滴从高处滴落到水面之时,会引起水面的波纹。
至于水滴存在的时间长短,当时的科学家认为,这取决于空气从环绕波纹的区域里较狭窄间隙中泄出的快慢。当空气层薄到50毫微米以下时,就会被水滴压裂,水珠不是并入水面内,就是重新形成较小的水珠。
随着近代物理学和化学的发展和进步,关于空气从环绕波纹的区域里狭窄空隙中泄出的速度快慢的问题,科学家们认为,可能和以下几个因素有关:
1.水面与水珠表面的黏度,黏度大,泄出的速度就会慢。反过来,黏度小,泄出的速度就会加快。
2.水面可能存在的不平衡的表面张力。
3.截留在水珠下的空气黏度。当空气泄出时,它试图把水面的表层一块儿拖走。如果水面的黏度高,水与空气的流动就要受到阻碍,水滴就要持续较长时间。
为了验证这种推测,研究人员在水中加入去除水垢的清洁剂,这直接导致水和空气的阻力增加,水珠浮动时间增长,达到几分钟,甚至达到20分钟。
当然,去除水垢的清洁剂虽然增加了水的表面张力,但它也增加了水的表面黏度,最终延长了水珠浮动时间。如果用黏度较大的气体,如二氧化碳,或黏性液体代替空气,则它泄出的速率降低,水滴寿命延长。
听完了爸爸的讲解之后,浩浩说:“想不到这个喷泉还藏有这么多的科学小知识呢。”
奇趣小知识:
经过研究发现,每天围绕着喷泉慢走,当然,不要靠太近,以免水汽大而着凉,每天都步行20分钟左右,伴着深呼吸,对身体健康有很大帮助,尤其适合高血压、百日咳、上呼吸道疾病、支气管哮喘等患者。这是因为喷泉在运行过程中,利用水泵的作用力,通过水的相互撞击产生负离子,对人体的健康有很好的作用。
无敌黑纱掌——黑色物体的神奇功能
爸爸妈妈去服装城给浩浩买衣服,浩浩看上了其中的一件白色羽绒服,但是妈妈却坚持给他买黑色的,浩浩心里非常不情愿。
爸爸说:“浩浩,妈妈让你买黑色的衣服是对你好!”
浩浩说:“可是我不喜欢这件黑色的。”
爸爸说:“我们先答应妈妈,回去之后,如果你还不满意,我们再回来换。”
回去之后,爸爸让浩浩把手抬起来,放了一黑一白两块布在浩浩的手上。
爸爸说:“两分钟之后你告诉我有什么不一样。”
两分钟之后,浩浩说:“爸爸,我的这只拿着黑布的手感觉到很热。”
爸爸说:“我们再做一个实验。”
爸爸找了一片有雪面的地,太阳光也能够照射在雪面上。他将那两块一黑一白的布,盖在了雪上面。过了一两个小时之后,浩浩发现黑布已经陷进雪里去了,但是白的那块仍旧留在雪面上。
浩浩觉得非常奇怪,都是同样的雪地,同样的布,只是颜色不一样,怎么会有这么大的变化呢?
聪明的小朋友们,你知道这是怎么回事吗?如果有条件的话,你也可以做一做这样的小实验,非常有趣。
这个明显的不同的原因很简单:黑布下面的雪要融化得快些,因为黑布吸收了照射在它上面的太阳光的大部分热能;白的那一块呢,却刚刚相反,它把太阳光的大部分反射出去,因此,它所吸收的热没有黑布那样多。
我们知道,光是由红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫七种颜色构成。一个物体是什么颜色的,实际上这个物体就是反射的什么颜色。比如你看到一个物体是红色的,实际上,是光线中的其他几种颜色都被物体吸收了,只剩下红色的被反射回来,所以看起来是红色的。
同理,白色的物体实际上是将光线全部反射回去,并不吸收。而黑色的物体,则是将光线全部吸收了,一点都不反射回去,所以才会感觉到热。
太阳光还有热量,黑色吸收了全部的热量,自然就要比白色温度高。
然而黑色散热也快,因为黑色要吸收大量的热量,所以,当它吸收过多的热量时,就会散出热量,从而可以使它吸收更多热量。
因此,我们可以得出结论:在冬天的时候穿黑色的衣服,因为黑衣服在太阳底下能够吸收到太阳的热量,会使我们的身体受到比较多的热,会使得我们身体觉得暖和。
在1903年发生的一件事,更好得证明了这个结论。
1903年,“高斯”号轮船到南极去探险,因为天气突然变冷,轮船还未来得及离开这里,就被冻在冰里了。为了帮助轮船离开,人们用了炸药和锯子,但是结果也是徒劳,由于炸药有限,只能够打开几百立方米的冰。轮船仍旧不能够恢复自由。
后来有人提出借助黑色的东西帮忙,这个想法得到很多人的赞同。
人们用黑灰和煤屑在冰面上铺了2000米长10米宽的一大片路径,从轮船边上铺起,一直铺到冰的最近一条宽裂缝上。那时候正好是南极的夏天,连续许多天都是白昼,都是好天气。
于是,这些用黑灰和煤屑铺成的路,竟做了炸药和锯子所做不到的工作。冰逐渐融化开来,沿着黑色的那一带破裂了,这艘轮船就此脱离了冰的羁绊。
明白了其中的道理之后,浩浩说:“我冬天就穿着它来保暖了,原来我误会妈妈了,妈妈是真心为我好。”
奇趣小知识:
由于物体对光有反射作用,在夏天的时候,如果穿黑色的衣服会比较热,应该穿白色的衣服,因为白色的衣服不吸收任何光,可以将太阳光反射出去,阻挡了太阳的热量。因此,夏天穿白色的衣服会感觉到凉爽。
吸星大法——看不见的武林高手
浩浩平时喜欢看一些科普方面的书籍,也渐渐掌握了一些电学、光学方面的知识。这天浩浩在班级里就露了一手,让同学非常羡慕。
学习委员胡冬冬在装订班级画报的时候,因为天气冷,手冻僵了,一不小心将盒子里的图钉全部打翻了,撒了一大片。他担心这些图钉会伤害到同学们,示意大家别围过来。
胡冬冬看着满地的图钉,要全部捡起来是一件非常困难的事情,他不禁皱了皱眉头。
这个时候,只见浩浩走过来,说:“都不用担心,看我的。”
只见他戴上手套,当手拂过散落的图钉的时候,图钉像被施了魔法一样,全部都被吸附在他的手套上面。很快,散落的图钉又全部聚集到一起。接着,他脱掉手套,图钉乖乖地回到了盒子里。
大家都围过来,问浩浩怎么做到的,浩浩说:“我是一位退出江湖的大侠,使用了一套在江湖失传已久的绝学——吸星大法。”
大家听完后都笑了,有同学问:“你的师父是任我行?”
浩浩故作深沉地说:“我的师父声名远播,他是性格豪爽、很讲义气的令狐冲。”
大家听完都哈哈大笑。
其实,奥秘就在浩浩的手套里,他在手套里放了一块磁铁,利用磁铁的吸力将散落的图钉全部归拢到一起。
磁铁是一种铁矿石,也叫磁石,由于能够吸住铁、镍、钴等金属,也叫作吸铁石。
在大自然中,物质大都是由分子组成的,分子是由原子组成的,原子又是由原子核和电子组成的。在原子内部,电子不停地自转,并绕原子核旋转。电子的这两种运动都会产生磁性。但是在大多数物质中,电子运动的方向各不相同、杂乱无章,磁效应相互抵消。因此,大多数物质在正常情况下,并不呈现磁性。
铁以及铁氧体等铁磁类物质有所不同,它内部的电子自旋可以在小范围内自发地排列起来,形成一个自发磁化区。在无外磁场作用时,这些原磁体排列紊乱,它们的磁性相互抵消,对外不显示磁性。当把铁靠近磁铁时,这些原磁体在磁铁的作用下,整齐地排列起来,使磁性加强,就构成磁铁了。磁铁的吸铁过程就是对铁块的磁化过程,磁化了的铁块和磁铁不同极性间产生吸引力,铁块就牢牢地与磁铁“黏”在一起了,我们就说磁铁有磁性了。
磁铁一般可分为一般常见的永久磁铁,比如浩浩手中的就是永久磁铁,还有一种是通电时才具备磁性的电磁铁。
每块磁铁两头都有不同的磁极,一头叫S极,另一头叫N极。人类居住的地球,也是一块天然的大磁体,在南北两头也有不同的磁极,靠近地球南极的是S极,靠近地球北极的是N极。由于同性磁极相斥,异性磁极相吸引。因此,无论在地球表面的什么地方,拿一根可以自由转动的磁针,它的N极总是指向北方,S极总是指向南方。中国古代劳动人民就是根据这个原理发明了指南针。
了解了这些知识之后,就可以知道浩浩说自己是武林高手,会吸星大法的神功是在开玩笑了。
奇趣小知识:
制作简易的指南针,找一张薄薄的不吸水的塑料纸,让它漂浮在一个装满水的杯子里。找一根缝衣针。在一块磁铁上反复摩擦,但要保证沿着同一个方向摩擦,重复至少40次以上,这个过程能让针磁化。然后小心地把针放到塑料纸上,你会看到塑料纸慢慢转动,针最终会与南北两极的连线平行,针尖朝北。
小李飞刀——准确飞进碗里的硬币
浩浩放学后,很快就跑回家,翻腾了很久,找出这两样东西:一个碗、一枚一角的硬币。
妈妈做好饭从厨房走出来,问:“浩浩,你在做什么?”
浩浩故作神秘地说:“妈妈,你能不能把这枚硬币吹到碗里去?”
妈妈摩拳擦掌,迫不及待地上去试一试。她站稳脚步,手放在桌子上,鼓足了劲,使劲一吹,那枚一角的硬币好像被钉在桌面上一样,一动也没动。
妈妈将硬币挪动了位置,使劲一吹,还是没有动。
妈妈问:“怎么回事?硬币动也不动。”
来家中做客的舅舅在一旁也看得着急了,说:“我来试试。”
只见他猛一吸气,忽地一下吹出去了,那硬币很不情愿的往前面翻了几个跟头,随即又站稳了脚步,再也不动了。此时,舅舅也学着妈妈的样子,将硬币挪动了位置,又是一口吹出去,硬币同样翻滚了一下,不动了,根本没有吹到碗里去。舅舅急了,大口吸气大口喘气,无可奈何。
舅舅说:“吹不进去,认输了。”
这个时候,正好爸爸也回来了。他看了心里也痒痒,也上去试了试,爸爸用了不同的角度,不同的力量。可硬币好像和他作对一样,尽管偶尔也会飞起来,但就是不往碗里去。
于是老爸又换了几个位置,但硬币还是没有要往碗里去的意思。浩浩在一旁观战,笑得眼泪都要出来了。
舅舅问:“浩浩你这个小鬼头,笑什么,你是不是又在耍什么花招?”
浩浩回答说:“嘿嘿,这你就不知道了吧?”
他走上前,按照老师教给他的方法,将硬币放到距离碗20厘米的地方,低着头深吸了一口气,然而对着硬币,腹部猛地一收,再猛地把气吹出来,只听见“咣当”一声,硬币就飞到碗里去了。妈妈和舅舅看得目瞪口呆,眼睛都没眨一下。
浩浩摆出一副胜利者的样子说:“这个太小意思了。”
爸爸想了想,明白了其中的道理,问:“浩浩,你知道这是什么原理吗?”
浩浩摇摇头。
在物理学中,这是根据伯努利原理,在气流、水流中,流动的物体速度越快,所产生的压力就会越小。这就是丹尼尔·伯努利在1738年发现的“伯努利定理”。
关于伯努利定理的内容,简单来说,运动的物体的速度增大,其静压将减小;反过来说,运动物体的速度减小,其静压将增大。
我们生活中常见的飞机起飞时,就是根据伯努利定理。
飞机起飞之前,总要在跑道上先助跑一段时间,这个过程中,空气在飞机的两翼上流动,因为机翼下页是平的,而机翼上页存在着弧度,所以空气在上面速度会变快。当上面速度变快,空气速度快的时候压强变小,下面压强大,上面压强小,所以就会把飞机托起来,因此飞机就会离开地面,在空中飞行了。
听完了爸爸的讲述,舅舅说:“浩浩,你现在越来越聪明了,都超过舅舅了。”
奇趣小知识:
生活中常见的喷雾器,同样是利用流速大、压强小的原理制成的。在喷雾的过程中,让空气从小孔迅速流出,小孔附近的压强小,容器里液面上的空气压强大,液体就沿小孔下边的细管升上来,从细管的上口流出后,在压力下被喷成雾状。