书城教材教辅科学知识大课堂——趣味科学
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第21章 趣味物理(2)

在人类还没有进行航天飞行之前,爱因斯坦提出过这样一个问题:“在失重的条件下(如在宇宙飞船中),能点燃蜡烛吗?”他自己回答说不能。他的理由是,处于失重状态下的空气不再受到重力,蜡烛燃烧时,热空气不再上升,冷空气也不再下降,于是蜡烛被燃烧过的热空气所包围,烛芯就得不到氧气的补充,因而很快就会熄灭。人们为了检验爱因斯坦的推测,做了不少实验。例如,在一只氧气供应充足的密封容器中放入点燃的蜡烛,并让这个容器从70米高的地方自由下落,以此造成一个失重的环境。结果呢?蜡烛并没有熄灭,只是烛焰比平时暗淡一些,并且烛焰的形状是个球形的。这次爱因斯坦为什么错了呢?原来,他忽略了空气热运动的存在。即使没有对流,含有氧气的新鲜空气仍然可以通过扩散到达烛芯,维持蜡烛的燃烧。只是烛焰因为没有冷、热空气的对流而暗淡一些。同时,由于失重,空间的各个方向是各向同性的,因而烛焰是球形的。宇宙飞船上天之后,苏联的科学家在“联盟8号”飞船上顺利地进行了焊接工作,证明了在失重条件下,的确能够维持燃烧。爱因斯坦居然也有错的时候,这就应了我们中国的一句老话:“智者千虑,必有一失。”

玻璃瓶托金

宋徽宗有10个北方特色的玻璃瓶,玻璃瓶口小腹大,样子非常惹人喜爱,工艺又精细,在宫中也算得上是珍品。有一天,徽宗观赏着玻璃瓶,突然想起要在瓶内托一个金的里子,便命令小太监去找皇宫中的工匠办。但工匠们都不敢接受这项任务,他们说:“金里子放进瓶中,必须用烙铁烘烫,才能服帖。而这瓶口太窄,烙铁放不进,瓶子又脆又薄,也经不起手触弄。如果硬做,瓶会破碎。”因此,宁可让皇上怪罪,也不敢给玻璃瓶托金里子。太监知道这件事不能勉强他们,随意将玻璃瓶存放在箱中,暂将此事搁在一旁。

过了几天,太监在街上店铺间,看见一个锡匠正在陶器瓶口上装饰金银,手艺十分精湛,太监心里一动,转身回到宫中,拿了一个玻璃瓶,试着交给锡匠问:“能在这瓶子里托一个金的里子吗?”

锡匠二话没说,要太监明天来取。第二天,太监前来取瓶,果然,玻璃瓶内已托好了一个金里子,而且质量叫人满意,挑剔不出一点毛病。

太监十分高兴,说:“我看你的手艺超过皇宫中的工匠们,却在这种地方敲敲打打,才能不能发挥,莫不是因为贫穷而得不到机会?”

接着又把玻璃瓶托里子的前后经过告诉他。不料锡匠淡淡地说:“这是一件非常容易的事。”

太监当即带着锡匠进宫,向徽宗禀报清楚。徽宗想亲眼看看锡匠如何给玻璃瓶托金里子,便来到了后花园。又命宫中所有的工匠集中到院子里,一个挨一个再过问,工匠们还是说没有办法给玻璃瓶托金里子。

锡匠独自走到前面,将金子放在炉火上加热后锤打,打成像薄薄的一层纸,拿起来裹在玻璃瓶的外面。工匠们讥笑说:“像这个样子,谁不会呢?原就知道你是个平庸的锡匠,怎么会做玻璃瓶内托金里子的事!”锡匠笑笑,也不回答。他把裹在玻璃瓶外的金子剥下来,用银筷子夹好,小心地插到瓶中,然后慢慢地将水银灌入瓶中,盖上瓶口,左右来回摇动。这样过了一会儿,又把玻璃瓶中的水银慢慢倒出来,只见金里子服服帖帖地托在瓶内,一点缝隙也没有。锡匠又慢慢地用自己的指甲把瓶口的金子擦匀压平。院子里的工匠们惊讶得瞠目结舌。

锡匠这时才说:“玻璃制成的器物,怎么还能让坚硬的东西磕碰呢?惟独水银,又柔软又沉重,慢慢灌入瓶中,不会使瓶损伤。水银虽然对金子有腐蚀,但在里面,眼睛看不到,所以不受什么影响。”

徽宗十分高兴,重重赏赐了这个锡匠,并让他将剩下的8个玻璃瓶也托上金里子。

水银是自然界中一种比较特别的物质。它的比重很大,是水的10多倍,又以液体的形态存在,同时具有这两种特点的物质在自然界中并不多见。液体具有形状可变性,充塞性非常好,水银灌入玻璃瓶,便很快充塞满瓶内的空间,同时也将金里子贴向玻璃瓶。当盖上瓶口摇晃玻璃瓶时,因为水银的比重很大,感到很沉重,但水银对金里子的挤压力相应也很大,摇动多次,便能将金里子服服帖帖地托在玻璃瓶内。

谁是偷鱼贼

一天,丁老师给同学们讲了一个故事:

从前,有一个商人,在荷兰的阿姆斯特丹港口,向当地渔民购买了5000吨青鱼。为了防止丢失,他亲自监督过磅,然后又看着装上了船,这才放心地起锚开航了。旅途中,他派专人看守盛鱼的船舱,以为这样做,总该万无一失不会少了吧!这样,船经过了几十天的航程,来到了非洲赤道附近的马加的沙港停泊,准备在那儿将鱼脱手卖出去。谁知,一过秤,却发现青鱼少了将近19吨。奇怪!短缺的鱼到哪里去了呢?被偷是不可能的,因为轮船沿途并没有靠过岸哪!当时,大家都无法揭开这个秘密。

“丁老师,我看准有个高明的偷鱼贼,躲在船舱里,乘他们不注意把鱼丢到海里去了!”小淘气好像猜着了这个秘密似的说。

小钻研也感到惊奇,问道:“一个物体有多重就是多重,怎么会这儿称称10斤(1斤=500克)重,到那儿称称又只有9斤多了呢?”

丁老师接着说:“一个物体的质量是不会变的,因为质量就是物体所含物质的多少。可重量呢?它是物体所受到的重力的大小,是由于地球对物体的吸引而产生的。地球对同一物体的吸引力,在地球表面的不同地方,实际上是不完全相同的。你们知道,地球是什么形状吗?”

“像皮球一样——圆的!”小淘气随口回答说。

“不,我看过一本介绍地球的书,它说地球并不是一个真正的圆球,在赤道处肚子是挺出来的呢。”小钻研改正说。

“对,严格说来,地球是一个扁椭球体。它的赤道处的半径是6378千米,如果我们从赤道往两极去,就将和地心的距离越来越近。从南北极到地心的距离却只有6357千米,同赤道相比,竟相差21千米哪!地球对一个物体吸引力的大小,是随着它离地心距离的大小而变化的。

距离近了,吸引力就大些;距离远了,吸引力就小些。据有关科学家计算,在两极地区物体的重力,要比赤道附近大053%。如果在南北极称是1000克重的东西,运到赤道附近时,就只有9947克了。”丁老师有理有据地说。

稍停了一会儿,丁老师又说:“此外,物体的重量还同地球的自转速度有很大的关系呢。平时,你们有这样的体会吧:下雨天,你将张开的雨伞猛地一旋转,雨水就会向四面八方飞溅出去。我们站在旋转着的地球上,为什么没有像旋转伞上的雨水一样被抛出去呢?这是由于地心吸引力把我们紧紧拉住的缘故。在南北极,基本上不受地球旋转的影响,所以,那儿的重力最大。在赤道附近,那儿的旋转速度最大,重力反而要减轻1/191哩。现在,你们能回答谁是偷鱼贼了吗?”

只见小淘气忽然站起来,说:“这偷鱼贼,原来就是‘地球引力’呀!”

丁老师点点头,说:“是啊!是‘地球引力’在跟人们开玩笑。5000吨青鱼从北极附近运到赤道,重量就要减少19吨哪!”

“如果我们在高空中称体重,会不会比在平地上轻些呢?”小钻研提出了问题。

“会的。假如一个人能够在离地面6400千米的高空称体重,本来是60斤(1斤=500克),这时却只有15斤了。这是因为,你离地心的距离比在平地上增加了一倍!”丁老师肯定地说。

小钻研又问:“丁老师,如果我们登上月球,人会不会更轻些了呢?”

“小钻研想得很深。好,请坐在靠窗的同学拉一下黑帘布。我带来一部《宇航员登月》的纪录影片,让我们来边放映边回答小钻研提出的问题。”丁老师说着,从地上拎起一架小型放映机,放在讲台上。

不一会儿,电影开演了!只见雪白的墙上出现了深蓝色的夜幕,接着一个银辉灿灿的圆球出现在夜幕上。

丁老师解释说:“由于月球的个头儿比地球小,分量轻,81个月球的质量加起来,才抵得上一个地球的质量。所以,月球对物体的吸引力要比地球小多了,它只有地球的1/6。一个来自地球60斤重的人,来到月球一称,嘿,只有10斤重了!”丁老师换了一口气,又说:

“你们看,月球上到处都是坑坑洼洼的,那些纵横交错、奇形怪状的山叫环形山;还有连绵不断、高大的群山以及陡峭的峡谷和纵横交错的沟渠……尽管这样,宇航员在那儿走起路来却身轻如燕,跳跃自如。可以设想一下,要是在这儿开个运动会的话,倒是怪有趣的。像跳高、跳远、举重、赛跑、标枪等项目,准能创造出惊人的新纪录来!”

电影很快结束了,黑帘布拉开了,教室里顿时充满了明媚的阳光,荡漾起同学们热烈的讨论声。

捞铁牛

宋朝时候,我国经常遭受水灾。公元1034~1060年间,黄河就曾三次决堤。

有一年在河中府地方(现在的山西永济)也发生了大洪水。汹涌的大水淹没了庄稼,毁坏了道路,那里的一座浮桥也被冲断,连8只用来固定浮桥的每只几吨重的大铁牛,也被牵动到河的下游,陷进淤泥里去了。

过了几天,洪水退走,人们开始重整家园,并计划修复这座浮桥。但是,铁牛还沉在河底里,要修复浮桥,先得把铁牛捞出来。可是又怎样才能把它从河底里捞出来呢?铁牛好几吨重,谁有那般神力?官府贴出了“招贤榜”,招请能把大铁牛从河底里捞出来的能人。白纸黑字,分外惹眼,榜前围了许多人,议论纷纷,但谁也没有好主意。

忽然有一个人,一伸手把“招贤榜”揭了下来。大家一看,揭榜的竟是一个过路的和尚,他略显清瘦,面孔白净,穿着宽大的法衣。有位老人好心地对和尚说:“大师父,一只铁牛好几吨重,如今又陷在淤泥里,要把它们捞起来,可不是一件容易的事呀!难道你能请神仙来帮忙?”

那和尚却不慌不忙地笑着说:“我哪里有什么神来帮忙,水冲走了铁牛,我就再叫水把铁牛送回来。”

和尚派人找来两艘大木船,把它们并排拴在一起,中间留出一个空隙,叫人在两船之间用大木头搭起一个架子,成为一个“艹”字的样子。再叫人在船上装满泥土。然后他亲自带人,将船划到铁牛沉没的地方,挑选了几个精悍的年轻人潜入水底,用一些绳索牢牢地绑住铁牛。然后把绳子的端头拽回船来,拉直后拴在木架上。一切安排妥当,和尚招呼众人把船上的泥土一锹一锹地扔到河里。船上的泥土一点点地减少,拴在木架上的绳索一点点地拉紧。当船上的泥土快要扔完时,终于“舟浮牛出”,那几吨重的铁牛从河泥里拔了出来,吊在水中,被船拖到了原来的位置。

刹时,人们雀跃欢呼,围住这位聪明过人的和尚,赞扬感谢他。就这样,一次又一次,8只大铁牛全部被拖运好。官府为了奖励这个和尚,特地赶做一套“紫衣”袈裟赐给他。

这个和尚就是我国古代的工程家怀丙。他捞起沉重的大铁牛,也是利用物理学上浮力原理。

大船装满泥土后,“吃水”很深,排开的水量很大,向上的浮力也很大,等于装满泥土的大船的总质量。把泥土扔掉一点,船的总质量就小于浮力了,船应当向上浮,可是又被连结铁牛的绳索拉住了。于是这多余的浮力便通过绳索拉铁牛。扔出的泥土愈多,多余的浮力愈大。当它超过铁牛在水里的向下沉力和淤泥对它的嘬力的时候,铁牛就会和船一起向上浮动,离开河底,船就可以拖着它在河里慢慢前进了。

现在打捞沉船的方法中,有一种“浮筒打捞法”,也是同样的原理。打捞时,先往体积很大的密封钢筒——浮筒里灌满水,让浮筒沉下去。潜水员潜入海底用钢缆把浮筒拴牢在沉船上。再开动空气压缩机把筒里的水排开去,就像怀丙把船上的泥土扔到河里去一样,这样,浮筒就有了多余的浮力将沉船往上拉,浮力大于沉船的重量时,就能把沉船捞上来。

飞行中的不速之客

1984年1月的一天,在苏联黑海之滨的索契市机场内,一架满载乘客的“伊尔18”客机腾空而起,飞向蓝天。

机场附近天气情况良好,但距离航线约40千米处有雷雨云。

当飞机上升到1200米高空时,突然有一个直径约10厘米、浑身发光、像个大火球的怪物闯进飞机驾驶舱,随后,发出了一声响亮的爆炸声。不久,那个怪物穿过驾驶舱密封的金属舱壁,来到乘客座舱内。它在乘客头上飘飘忽忽缓慢地游动着,有时还发出“咝咝”的声音。

原来平静的机舱被这不速之客搅乱了:有的人用尖厉的声音呼爹喊妈,有的人害怕地直把身子往下缩,有的人合拢双手祈求“神火”保佑,有的人兴奋地大喊“UFO,UFO”。

机舱内有位乘客是气象工作者。他知道这是一种罕见的现象,准备拿出照相机摄下这一镜头,谁知那火球却钻到了后舱,分裂成两个光亮的半月形,随即又合并在一起,发出不大的声音,离开了飞机。

这个怪物在乘客中间引起了极度恐慌与不安,大家感到不可思议。

其实,类似这样的怪事,过去也曾多次发现过。

1963年8月的一天下午,在中国湖南省益阳县某个公社的上空,突然从黑云中落下一个闪光的火球,它一边往下掉,一边发出呼呼的响声。后来,它从窗外闯入一个生产队的仓库,上下跳跃。人们不知这是什么东西,忙拿起脸盆、木桶用冷水往上泼,结果火球腾空而起,将屋顶冲破一个大窟窿,溜之大吉。

1872年7月5日,法国巴黎一家裁缝店的裁缝正在剪裁衣料,突然一个浑身明亮,像个火球的怪物,从壁炉里钻出来。怪物落到裁缝的脚跟前,裁缝吓得面如土色,紧张而又小心地把脚向后挪动,那怪物好像故意同他开玩笑似的,也跟着他飘动,并向上升起,渐渐靠近他的面部。裁缝双腿一软,倒在地上。那怪物却继续上升,朝着纸糊的壁炉烟囱口飞去。它撕破那张纸,不慌不忙地钻入烟囱,顺着烟囱上升,忽听得“轰”的一声,壁炉炸毁,怪物也不见了。

“幸亏我们的飞机没受损伤。”当乘客们正在暗自庆幸时,机舱里响起了机长的声音:“请注意,由于我们的飞机遭到不明火球的袭击,机上的雷达和部分仪表失去效能,现需紧急着陆,请大家系好安全带。”

“还是没有逃脱怪物的魔力!”有些人沮丧地诅咒着。

经过检查,发现在怪物进入和离开处——飞机头部外壳板和尾部各留下了一个窟窿,但飞机内壁没有任何损伤,乘客也没有受到任何伤害。这真是不幸之中的大幸。

那个火球怪物究竟是什么东西呢?

怪物既不是UFO,也不是“神火”,而是球状闪电,这是一种奇特的自然现象。

这种球状闪电,直径大的可达10米,小的像乒乓球,一般的有足球般大,中心部分很明亮,飞行时会发出“咝咝”的声音。

球状闪电最喜欢钻洞,在移动时,它并不烧坏附近的可燃物,只有爆炸时才毁坏建筑物或造成人畜伤亡事故。

当天空出现大雷雨和闪电时,最好关上门窗,谨防不速之客——球状闪电穿户入室,如果入室,千万不要去碰它。

医生之笛