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生活中的物理学
第一部分力学
【力学总体介绍】
数学、物理学、化学、力学、天文学、地理学及生物学统称为七大自然科学。
力学是七大自然学科之一。
力学是一门独立的、系统的学科。
它是一切研究对象的受力和受力效应的规律及其应用的学科的总称。
按研究对象的物态进行区分,力学可以分为固体力学和流体力学。
根据研究对象具体的形态、研究方法、研究目的的不同,固体力学可以分为理论力学、材料力学、结构力学、弹性力学、板壳力学、塑性力学、断裂力学、机械振动、声学、计算力学、有限元分析等等,流体力学包含流体力学、流体动力学等等。
根据针对对象所建立的模型不同,力学也可以分为质点力学、刚体力学和连续介质力学。
连续介质通常分为固体和流体,固体包括弹性体和塑性体,而流体则包括液体和气体。
力学具备完整的学科结构和体系。
力学是机械工程、土木工程、道路桥梁、航空航天工程、材料工程等的基础,在人类的实践活动中无处不在,并且深刻地影响着人类的实践活动。
1.1四种基本力
力是物体间的相互作用,目前所知道的基本相互作用有四种,即引力相互作用,电磁相互作用,弱相互作用和强相互作用.
引力相互作用是存在于任何两个物体之间的吸引力;电磁相互作用从本质上来说是运动电荷间产生的;弱相互作用是产生于放射性衰变过程和其他一些“基本”粒子衰变等过程之中的;强相互作用则能使像质子、中子这样一些粒子集合在一起。
弱相互作用和强相互作用是微观粒子间的相互作用.现在我们常遇到的力,如重力、摩擦力、弹性力、库仑力、安培力、分子力、原子力、核力等等,都可归结为这四种基本相互作用.然而这四种相互作用的范围即力程是不一样的.万有引力作用和电磁作用的作用范围,原则上讲是不限制的,即可达无限远;强相互作用范围为10-15;而弱相互作用的有效作用范围仅为10-18.这四种力的强度相差也很大,如以距源10-15处强相互作用的力强度为1,则其他力的相对强度分别为:
电磁力是10-2,弱相互作用力是10-13,万有引力仅是10-38,由此可见,万有引力的强度是这四种相互作用中强度最弱的一种,而且相差悬殊.因此,通常在论及电磁力时,如不特别指明,万有引力所产生的影响可以略去不计.
长期以来,人们对物理理论的归纳综合进行了深入探索,能否找到上面所讲的四种基本相互作用之间的联系呢?
这是一次更深刻更基本的综合,许多物理学家为此进行了不懈的努力.1967-1968年温伯格(S.Weinberg,1933-)萨拉姆(A.Salam,1926-)和格拉肖(S.L.Glashow,1932-)提出一个理论,把弱相互作用与电磁相互作用统一为电弱相互作用。
后来这个电弱相互作用和理论为实验所证实.这个发现把原先的四种基本相互作用统一为三个.为此,他们三人于1979年共获诺贝尔物理学奖.鲁比亚(C.Rubbia,1934-)和范德米尔(VanderMeer,1925-)两人因从实验证实弱电相互作用,于1984年获诺贝尔物理学奖.由于受到发现电弱相互作用的鼓舞,许多物理学家正在进行电弱相互作用和强相互作用之间统一的研究,并企盼把万有引力作用也包括进去,以实现相互作用理论的“大统一”.
1.2多米诺骨牌效应
在20世纪的最后几分钟里,一项新的多米诺骨牌吉尼斯世界纪录,在北京颐和园体育健康城综合馆和网球馆诞生了。
中国、日本和韩国的62名青年学生成功推倒340多万张骨牌,一举打破了此前由荷兰人保持的297万张的世界纪录。
从电视画面可看出,骨牌瞬间依次倒下的场面蔚为壮观,其间显示的图案丰富多彩,令人惊叹,其中蕴含着一定的科学道理。
这就是“多米诺骨牌效应”。
该效应产生的能量是十分巨大的。
这种效应的物理道理是:
骨牌竖着时,重心较高,倒下时重心下降,倒下过程中,将其重力势能转化为动能,它倒在第二张牌上,这个动能就转移到第二张牌上,第二张牌将第一张牌转移来的动能和自己倒下过程中由本身具有的重力势能转化来的动能之和,再传到第三张牌上......所以每张牌倒下的时候,具有的动能都比前一块牌大,因此它们的速度一个比一个快,也就是说,它们依次推倒的能量一个比一个大。
大不列颠哥伦比亚大学物理学家A.怀特海德曾经制用了一组骨牌,共13张,第一张最小。
长9.53mm,宽4.76mm,厚1.19mm,还不如小手指甲大.以后每张扩大1.5倍,这个数据是按照一张骨牌倒下时能推倒一张1.5倍体积的骨牌而选定的.最大的第13张长61mm,宽30.5mm,厚7.6mm,牌面大小接近于扑克牌,厚度相当于扑克牌的20倍.把这套骨牌按适当间距排好,轻轻推倒第一张,必然会波及到第13张.因为多米诺骨牌效应的能量是按指数形式增长的.若推倒第一张骨牌要用0.024微焦,倒下的第13张骨牌释放的能量达到51焦。
可见多米诺骨牌效应产生的能量的确令人瞠目. 不过A.怀德特毕竟没有制作第32张骨牌,因为它将高达415m,两倍于纽约帝国大厦.如果真有人制作了这样的一套骨牌,那摩天大厦就会在一指之力下被轰然推倒!
1.3多孔的冻豆腐
寒冷的冬天,吃一碗热乎乎的“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像泡沫塑料呢?
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,使豆腐变得像泡沫塑料一样。
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。
1.4“香蕉球”的奥秘
如果你经常观看足球比赛的话,一定见过罚前场直接任意球。
这时候,通常是防守方五六个球员在球门前组成一道“人墙”,挡住进球路线。
进攻方的主罚队员,起脚一记劲射,球绕过了“人墙”,眼看要偏离球门飞出,却又沿弧线拐过弯来直入球门,让守门员措手不及,眼睁睁地看着球进了大门。
这就是颇为神奇的“香蕉球”。
为什么足球会在空中沿弧线飞行呢?
原来,罚“香蕉球”的时候,运动员并不是拔脚踢中足球的中心,而是稍稍偏向一侧,同时用脚背摩擦足球,使球在空气中前进的同时还不断地旋转。
这时,一方面空气迎着球向后流动,另一方面,由于空气与球之间的摩擦,球周围的空气又会被带着一起旋转。
这样,球一侧空气的流动速度加快,而另一侧空气的流动速度减慢。
物理知识告诉我们:
气体的流速越大,压强越小(伯努利方程)。
由于足球两侧空气的流动速度不一样,它们对足球所产生的压强也不一样,于是,足球在空气压力的作用下,被迫向空气流速大的一侧转弯了。
乒乓球中,运动员在削球或拉弧圈球时,球的线路会改变,道理与“香蕉球”一样。
1.5水黾在水上行走的奥秘
生活在池塘或溪水表面的水黾是一种小型水生昆虫,身长大约1厘米,有6条细长的腿,足上有纤毛。
水黾的奇特之处在于它能够毫不费力地站在水面上,并能快速地移动和跳跃,那它为何能做到这一点呢?
一般来说,含有蛋白质等高分子骨架的生物体的密度都比水大,照理它是不会浮在水面上的。
但生物体若能使其排开的水的重量超过自身的重量,那水的浮力就能把它托在水面上。
水黾的长腿能在水面上压出凹陷,原本由凹陷占据的那部分水的重量正是水对它的浮力。
另外,水的凹陷曲面上存在的水的表面张力的合力也是大体向上的,这也平衡了部分重力或水黾跳跃时向下的冲力。
这种凹陷的形成有两方面的原因:
首先是水的表面有一种绷紧的张力,它使得凹陷的曲面不能是任意的形状,而只能是连续的、尽量接近球形的曲面,这就保证了凹陷可以拥有足够的体积以排出足够的水。
经测定,水黾腿所压出的凹陷的总体积能达到其身体体积的300倍!
之所以能压出凹陷的另一个重要原因是水黾的长腿具有超强的疏水性的——它对水是极力排斥的,否则,它也就不可能排出300倍的水量而仍然不刺破水面。
以往认为这种疏水性是由于水黾的腿能分泌油脂,但新近的研究(中科院化学所的成果)发现疏水性其实是利用其腿部特殊的微纳米结构来实现的。
水黾腿部上有数千根按同一方向排列的多层微米尺寸(直径不足3微米)的刚毛,在刚毛的表面上分布着螺旋状纳米级的构槽。
这些特殊的微纳米结构,能将空气有效地吸附在这些同一取向的微米刚毛和螺旋状纳米沟槽的缝隙内,在其表面形成一层稳定的气膜,阻碍了水的浸润——有效地对水产生了排斥。
水黾腿的这种被特别称呼的超疏水特性使得水黾在水面上行动自如,即使在狂风暴雨和急速流动的水流中也不会沉没。
顺便提一下,对水黾腿的力学测量表明:
仅仅一条腿在水面的最大支持力就达到了其身体总重量的15倍!
1.6海啸的起因及分类
海啸是一种具有强大破坏力的海浪。
这种海浪运动引发的惊涛骇浪,汹涌澎湃,它卷起的海涛,波高可达数十米。
这种“水墙”内含极大的能量,冲上陆地后所向披靡,往往造成对生命和财产的严重摧残。
海啸通常由震源在海底下50千米以内、里氏震级6.5以上的海底地震引起。
水下或沿岸山崩或火山爆发也可能引起海啸。
在一次震动之后,震荡波在海面上以不断扩大的圆圈,传播到很远的距离,正像卵石掉进浅池里产生的波一样。
海啸波长比海洋的最大深度还要大,轨道运动在海底附近也没受多大阻滞,不管海洋深度如何,波都可以传播过去。
海啸可分为4种类型。
即由气象变化引起的风暴潮、火山爆发引起的火山海啸、海底滑坡引起的滑坡海啸和海底地震引起的地震海啸。
中国地震局提供的材料说,地震海啸是海底发生地震时,海底地形急剧升降变动引起海水强烈扰动。
其机制有两种形式——“下降型”海啸和“隆起型”海啸。
“下降型”海啸——某些构造地震引起海底地壳大范围的急剧下降,海水首先向突然错动下陷的空间涌去,并在其上方出现海水大规模积聚,当涌进的海水在海底遇到阻力后,即翻回海面产生压缩波,形成长波大浪,并向四围传播与扩散,这种下降型的海底地壳运动形成的海啸在海岸首先表现为异常的退潮现象。
1960年智利地震海啸就属于此种类型。
“隆起型”海啸——某些构造地震引起海底地壳大范围的急剧上升,海水也随着隆起区一起抬升,并在隆起区域上方出现大规模的海水积聚,在重力作用下,海水必须保持一个等势面以达到相对平衡,于是海水从波源区向四周扩散,形成汹涌巨浪。
这种隆起型的海底地壳运动形成的海啸波在海岸首先表现为异常的涨潮现象。
1983年5月26日,中日本海7.7级地震引起的海啸属于此种类型。
1.7小沙粒中的大学问
沙粒、尘土,可算是地球上最普通、最不起眼的东西了。
海边的沙滩,公路上的灰沙,大风中满天飞舞的沙尘……谁没见过?
可是,如果深入探究,就会发现,小沙粒中蕴藏着大学问;我们自以为十分了解的东西,未必真正理解。
大雨清新空气,还是使得灰尘更多
我们一向认为,大雨能够清洁空气。
它不仅直接荡涤空气中的灰尘,而且有利于植物生长,从而有助于水土保持,减少沙尘被风吹起的机会;而干旱会影响植物生长,无遮无盖的干旱土地难以抵御风的侵蚀,大量灰沙被风刮起,会使得空气的含尘量大增。
然而,美国国家航空航天局资助的一项研究最近却发现,在某些最干旱的地区,暴雨最终会导致空气中的沙尘增加。
研究人员考察了世界上14个沙尘最多的地区后发现,在有些地区,暴雨和河水泛滥留下了大量淤泥,在雨后的干旱日子里,淤泥中的大量细小粉尘被风刮起,空气中的含尘量明显增加,经过一年甚至更长时间才慢慢降落。
这种情况在底格里斯-幼法拉底盆地和北非小盐湖盆地尤为普遍。
研究人员还确认,一个地区的大气含尘量每个季度、每一年都可能有相当大的变化,这在很大程度上取决于刮什么样的风。
在某些地区,如阿曼和沙特阿拉伯,大雨伴随着季风,雨水直接冲刷和侵蚀地表土层,仅仅几星期之后飞扬的尘土就越来越多。
当然,我们的常识还是有道理的,世界上的其他地方,包括美国西部,犹他州的大盐湖地区,非洲的东萨赫勒地区以及澳大利亚的艾尔湖盆地,表现出典型的反应——降水和植被减少了散发到大气中的尘土数量。
在这些地区,雨水和地下水有助于地表土层的形成,从而使得风蚀减轻,被风刮起的尘土减少。
研究者使用了1979—1993年间的多种数据,包括气溶胶和尘土的卫星数据,降雨量的卫星数据,还利用高分辨率辐射仪来分析地表植被覆盖情况。
在全部14个地区的研究中,沙尘飞扬异常与降水密切相关的有12个,与植被相关的有8个,与风速相关的有2个。
这暗示降雨量是扬尘天气的最好预报信号。
但是,其他一些因素,包括地貌、海拔高度、不稳固沉淀物的数量以及当地的地下水分布情况对尘土的飞扬也有很大影响。
研究突出了扬尘中土壤特性的重要性,显示出它们的影响比以前认为的更加普遍。
例如,有的地区,如澳大利亚的艾尔湖盆地,土壤中可能缺少产生飞尘的散沙状颗粒;另一些地区的土壤主要由黏土构成,扬尘当然产生得少;有的土壤虽然完全由易于形成扬尘的沉积物构成,但地表形成了一层硬壳,没有微粒可以形成飞尘。
研究人员还为该项目研制了计算机模型,以便更好地预知飞尘近期和长期的产生。
千万不要认为科学家是在小题大做,因为飞扬的沙尘对于气候和天气有很大的影响。
它能够反射和吸收阳光;能够作为水蒸气的凝结核心,使得云量增加,形成降水。
沙尘不仅影响空气质量,还会改变数千千米之外的降水量,甚至影响飓风的强度。
小小的沙尘轻视不得!
不仅如此,科学家还把对沙尘的研究推广到地球之外。
从沙粒推算火星的环境
麻省理工学院有一项研究,是从沙粒推算火星上的风力。
研究者从计算火星上的沙粒数量、测绘其大小和分布入手,编制出一套计算机程序,可以由此估算出地表的风速和风量。
这个方法不仅适用于火星、地球,而且适用于宇宙中任何行星、任何地方的所有的风。
利用这个方法,我们可以回溯沙粒是怎么来的,也可以预测它最终会落到哪里。
在此项研究中,仔细的观察起了关键的作用。
研究者一开始就认识到,统计得到的火星沙粒的平均尺度,可用估计地表的风力。
为了做出这种估计,研究者检查了“机遇”号火星探测车发回的地球显微照片,计算沙粒数量。
一幅典型的照片上会有20多颗较大的、直径约几毫米的球体,加上数十颗稍小些、但还能够清点的颗粒。
通过反复计算沙粒数,能够估计出不同尺度沙粒的出现频度。
沙粒的分布也很重要。
例如,他们注意到,深色的或浅色的沙粒会在沙地上形成一条波浪线或别的图案。
有时,沙粒形成细小的波纹,有的则随机散布在整个地表。
在大尺寸上,它们构成了从“流浪者”发回到全景照片上的大片沙丘场景。
在近景图像中,他们观察到了风的尾迹,并测量了风尾迹的方向。
风尾迹是由于受到岩石表面小球状凸起的保护,在其背侧形成的呈喇叭状散开的岩床物质的分布状态,类似于在海水中行驶的船只尾部形成的尾迹。
从这些有关方向的线索中,他们认定,风主要是从西北和东南方向吹来的。
日常生活中的偶然所见也起了作用。
一个美丽的夏日,几位研究者在海边的沙滩上散步。
他们中的一个人惊讶地叫道,大沙粒好像可以从小沙粒上面滚过去。
他们当即趴在地上开始吹。
结果发现,大的沙粒动了,小沙粒却留在原地不动。
他们又用指尖碾碎沙地的表皮,但由于海水的黏合作用,沙粒仍然留在原地。
风中的沙尘一旦落到适当的地方,由于颗粒之间的静电吸引力,细小的灰尘也与较大的沙粒一样,很难再移动。
火星上好像也有类似的情况。
早在“流浪者”号的探测中,科学家就已经注意到,火星的沙丘表面覆盖着一层粗沙粒形成的硬壳。
粗大的沙粒形成一层稳定的屏障,很难被风吹走。
研究者推算出,在“机遇”号降落的地点,吹动一颗沙粒平均需要80米/秒的风速。
在风的吹动下,沙粒开始滚动,有时,它们互相碰撞,跳到空中。
久而久之,这种碰撞和跳动使得沙粒失去了棱角,渐渐变圆变小。
有了风速数据,科学家能估算出形成火星沙丘需要的时间。
但是,在从事这项研究的科学家看来,真正的收获是找出了规律,建立了计算机模型。
利用这个模型,可以描述宇宙中任何地方的沙质地表会发生什么变化。
你一旦知道了大气密度、重力、风速、沙粒大小和其他变量,就可以推断任何行星表面的环境条件。
第二部分热学
【热学总体介绍】
热学是研究物质处于热状态时的有关性质和规律的物理学分支,它起源于人类对冷热现象的探索。
人类生存在季节交替、气候变幻的自然界中,冷热现象是他们最早观察和认识的自然现象之一。
2.1“神六”升空与白色气团
"神六"发射时,地面升起的庞大白色气团是什么东西?
"神六"升空时的景象在电视或图片上看到.当升空的瞬间,常伴着迅速扩展的庞大白色气团.这是不是火箭的废气呢?
如果是喷出的废气,那么火箭升到半空时,应该仍然伴着白色的气团.但事实上升到半空时只见火光和黑烟.
原来,白色的气团是水蒸气.我们知道,当火箭刚发射时,高温的火焰向下喷到发射台的地面,什么东西遇到这高温的火焰都要熔化.为了保护发射台的台底,就建了一个大水池,让火焰喷到水中,利用水的汽化来吸收庞大的热量.
水的汽化比潜热是2260KJ/Kg,只要有足量的水,就可以保护发射台的底部了.
2.2时雨静飞尘
“时雨静飞尘”──古诗中的科学道理
三国时期的著名诗人、文学家曹植,在一首《待太子坐》中有这么四句诗:
白日曜青春,
时雨静飞尘。
寒冰辟炎景,
凉风飘我身。
这四句诗描写雨后天晴的自然环境。
“曜”是照耀之意,这里的“青春”是指可爱如春的青春大地;“时雨”就是及时而降的雨,“静”是使之静止、压住的意思;“辟炎景”是说驱除了炎热。
诗的大意是:
太阳发出白光,照耀着青春大地,及时的落雨压住了飞扬的飘尘,寒气驱走了炎热,凉风徐徐吹到我身上。
飞尘是指飘浮在空气中的灰尘,其颗粒直径约在0.1~10微米之间。
由于气压、温度的不断变化,特别是空气中各种气体分子无规则运动的撞击,使这些灰尘颗粒能长期飘浮在空气中。
一般来说,在农村,每升空气中约有8万粒灰尘,在大城市则可达30万粒,甚至多到70万粒。
所以,城市的空气就显得很污浊。
雨后的天空,飞尘顿消,洁净如洗,空气格外清新。
为什么落雨可以静飞尘呢?
原来,下雨时大气中的放电现象,将空气中各种气体分子进行了加工,有的分子失去电子,成为带正电的离子,有的分子则得到电子,成为带负电的离子。
地球是一个带有大量负电的巨大的带电体,由于静电感应,它能够使每个下落的雨滴的底部带正电而顶部带上等量的负电。
对这样一个急速下落的雨滴来说,空中的正离子很难与它接近。
这是因为,雨滴下部的正电荷要排斥正离子;而在雨滴上部,由于上升气流的影响又把正离子吹开。
只有空中的负离子,才容易受到雨滴下部正电荷的吸引而粘到雨滴上。
因此,下落的雨滴往往带上很多负电荷。
大家知道,带电体具有吸引轻小物体的性质。
这样,在雨滴下落过程中,通道附近的飞尘就被吸引到带电雨滴上,正像带电的橡胶棒吸引纸屑一样,于是飞尘随着雨滴最后落到地面上。
假如你在刚下雨时,把一个干净的脸盆放到院子里,过一会再去看,脸盆底就沉淀了一薄层沙土,它们是粘附在雨滴上,随雨滴一起落到盆中的。
这就是古诗名句“时雨静飞尘”中所包含的科学道理。
2.3生命获益于反常膨胀
我们知道,如果物体所受外界压力不变,大多数物体的体积都随温度的升高而增大,即热胀冷缩.与大多数物质的性质相反,在0到4摄氏度的温度范围内,水的体积却随温度的升高而减小,这就是说,水在0到4摄氏度之间是冷涨热缩.水的这一反常性质,对江河湖泊中的动植物的生命有着重要的影响和意义.当寒冷的冬天来临后,随着气温的降低,江河湖泊中的水温也随之下降.考虑某一湖泊,设其全部湖水处于某一温度如10摄氏度,再设湖面上空气的温度为-10摄氏度,于是湖表面的水就会变冷,比如说温度降到9摄氏度,这部分水因变冷而收缩,其密度比底下较暖的水为大,因而沉入下面密度较小的水中,下面的10摄氏度的水上升.冷水的下沉引起一个混合过程,此过程一直持续到湖泊中的所有水冷却到4摄氏度为止.但是表面的水还要被冷空气继续冷却降温,表面水的温度进一步降低,又比如降到3摄氏度,这部分水的体积不但不缩小反而膨胀,即表面水的密度比下面小,因而就浮在水面上不再下沉.对流和混合此时都停止了(当然扩散不会停止),表面下的水基本上靠热传导散失内能.水是热的不良导体,这样散热是比较慢的.表面水的温度,先于下面的水降至0摄氏度、开始结冰.冰的密度比水小,所以一直浮在水面上而不下沉.冰下面的水,从上到下温度为0摄氏度到4摄氏度,从上到下逐渐结冰.由于通过热传导而向上散热,比较慢,并且有地热由底下向上传导,因此冻结的速度是缓慢的.若湖泊的水很深,湖水是不会被冻透的,湖泊中生存的动植物就可以在靠近湖底的4摄氏度的水中安然过冬,免遭冻死的厄运.如果水的性质也像其它大多数物质那样,在全部温度范围内都是热胀冷缩的,那么温度较高的水不断升到水面,向空气散热,湖泊中水的冻结就会从底部开始,从而容易导致湖泊中的水全部冻结.这样一来,就毁掉了湖泊中的一切经不起冻结的生命.
2.4啤酒泡沫移动特点挑战物理常识
啤酒泡沫比啤酒轻,因此杯子中的啤酒沫理应向杯口的方向升起。
但是很多人发现,在向杯子中央倒啤酒时,部分啤酒沫会沿着杯子内表面向杯底方向移动。
难道啤酒沫的移动方式与物理常识不符吗?
针对这一问题,美国斯坦福大学的专家进行了研究。
据美国科学促进会网站报道,研究人员用每秒可拍摄750次的摄像机,拍下了向酒杯中倒啤酒的全过程。
通过画面分析,研究人员终于揭开了啤酒沫“挑战”物理常识的秘密。
原来,当人向酒杯中央倒啤酒时,重量较轻的泡沫会急剧上升,将少量啤酒拖带至酒的表面上。
之后,被拖带的啤酒会向酒杯的四壁扩散,进而沿酒杯内表面向下流,并将酒杯内表面上的部分啤酒沫向下拖带。
参与这项研究的专家理查德·扎雷认为,与这一现象类似的情况会发生在任何液体中,上述发现可以帮助专家更充分了解液体、气体和固体微粒相混合后,其内部物质的运动规律。
2.5开水不一定是熟水
“开水不一定是熟水”,这个说法似乎有些怪。
人们都知道,口渴的时候,要喝开水,不要喝生水,怎么“开水”又不是熟水呢?
你注意过没有,用锅烧开水的时候,加热一会,就会看到锅底附近出现许多小泡,随着温度不断升高,泡泡越来越大。
这是因为壶底受热快,紧挨壶底的水首先变成水蒸气,在水中形成泡泡;同时,原来溶解在水中的空气,也因受热析出、膨胀而形成小气泡,周围的热水又会向小气泡里蒸发水蒸气,使气泡慢慢变大。
当加热到一定的温度时,水中这些气泡变得相当大,由于浮力作用就会上升,升到水面便破裂开来。
这种在液体内部和表面同时进行的急剧的气化现象,就叫做沸腾。
这时,我们就说水烧开了。
水沸腾时的温度叫做水的沸点,我们平常说“水的沸点是100℃”,那是指在一个大气压下(标准大气压)水沸腾时的温度。
那么水的沸点是不是一成不变呢?
不是的。
水的沸点是随大气压强的变化而变化的:
气压增大了,沸点就升高。
因为水面上的大气压力,总是要阻止水分子蒸发出来,所以气压升高的时候,水要化成水蒸气必须有更高的温度。
一般在海拔不高的
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