书城科普读物数理化之谜
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第39章 迷雾重重

1.铅笔不倒

一个小男孩手里拿着一张窄纸条(宽二三厘米、长约20厘米),纸条的另一端用一根直立的铅笔压在桌边。他轻轻地把纸条拉平,用另一只手的食指打击纸条的中部,纸条从铅笔下被抽了出来,铅笔却没有倒。

这是为什么?

食指打击纸条,纸条迅速被抽出,纸条对铅笔施力的作用时间很短,作用效果就不明显,铅笔本身有惯性,要保持静止状态不变,所以纸条被抽出后,铅笔也不会倒。若慢慢拖动纸条,纸条对铅笔施力的作用时间变得很长,纸条就会带着直立的铅笔一起向前滑动,如果速度均匀,使铅笔的各部分步调一致向前运动时,铅笔平稳向前运动也不会倾倒。可是,在实验中,很难使速度均匀,即使纸条对铅笔施力作用时间足够长,铅笔上、下各部分向前运动的步调很难完全一致,结果铅笔还是会倾倒。

2.挑担子的技巧

对挑担子有经验的人,他一定喜欢把两头的绳子放长一些,这样做可使担子挑得比较稳,并且走起来脚步也不须跨得很急。这是为什么呢?

挑着重担走路的人,当把后脚提起向前跨的时候,总感到身体有向前倾跌的趋势。经验证明:这种向前倾跌的趋势越大,脚步就跨得越急,也就是说,从后脚离地到跨前着地的时间就越短。经验还证明:这种向前倾跌的趋势与担子的重量和重心的高低有关,担子越重,重心越高,这种倾跌的趋势就越大。放长绳子就是降低担子的重心(实际上是降低了人和担子的整体重心),也就是减小跨脚时的倾跌趋势,因此脚步就跨得很急,人感到舒适得多。

还有,一个人在走路的时候,总是左脚一步、右脚一步地前进,左脚跨步时右脚单独支持全身的重量,右脚跨步时左脚单独支持全身的重量。在转换左右脚支持全身重量时,为了防止向左右倾跌,人的肩头总在作很小的左右摆动。

挑担子的人,随着肩头的摆动,扁担也在振动,吊在扁担两头的东西也要跟着扁担头向左右摆动。如果肩头的摆动和挑着的东西的摆动合了拍(科学术语叫共振),东西就摆动得很厉害,这样会使挑担的人累得像喝醉了酒一样,歪歪倒倒,无法顺利前进!

物体来回振动一次所经过的时间叫周期。肩头振动的周期决定于跨步的快慢,担子振动的周期决定于绳子的长短,绳子越长周期越大(用1米长的绳子吊着的东西摆动周期差不多是2秒多钟)。实验证明:当担子振动的周期和肩头振动的周期相差不大的时候,就要发生共振现象。故长绳子就可以加大担子振动的周期,使它比肩头振动的周期相差较多,而不致发生共振现象。

但是,在山地上或路不平的道上挑担,绳子就不宜放得过长,否则担子会经常碰撞地面,使人东倒西歪,失去平衡。因此,决定绳子的长短,还要考虑地形等因素。

3.挑水的秘诀

没挑过水的人,挑起一担水,开头走几步还好,多走几步就不行了,桶里的水摇来晃去泼天泼地的,挑到目的地,恐怕一桶水,只剩下大半桶了。如果我们在水面上浮一块木板或一张荷叶,挑起来就平稳得多,桶里的水也不是那么容易泼出来了。这是什么道理呢?

原来挑着担子走路,人和扁担都要振动,桶里的水也要随着振动。最初水的振动幅度不大,不过是水面有些摇晃,等到后来,桶里的水振荡得与人的步伐合拍了,水就振动得非常厉害,以致溅出桶外,这就是共振现象。在水桶上放一块木板或一张荷叶,水在振动时,就必须带着木板或荷叶一起振动,这样大大地减小了振动幅度,水就不会溅出来了。

4.颜色之谜

关于物体的颜色,在教学活动中,往往有人说“物体是什么颜色就反射(或透射)什么颜色”,甚至有人说“物体所以呈现某种颜色,是因为它把其他颜色的光都吸收了的缘故”,我们认为,这两种说法是不妥的乃至错误的。

非发光物体的颜色取决于施照光源的颜色和被照物体对光的吸收特性。在没有光源的黑暗环境里,任何物体都不会呈现其颜色,只有在光照下,物体才可呈现一定的颜色。同一物体在颜色不同的光源下呈现着不同的颜色,而在同一光源下的不同物体一般也呈现着不同的颜色。通常所谓物体的颜色是指这种物体在白色(阳光、白炽灯光、日光灯光等)下的颜色。众所周知,白光是由红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫七色光组成的,在科学技术上,人们还制造了各种单色光源,单色光源只有一种颜色,从波动理论讲,单色光就是波长单一的光。迄今波长最为单纯,颜色最为鲜艳的光源应推激光。

平常人们熟知白光可由七色光复合而成,却很少了解白光也可以由较少颜色的光复合而成。实验表明,如果把适当颜色的两种单色光按一定的强度比例混合,可以形成白光。这样的两种颜色就称为互补色。

当白光照射不透明物体时,由于物体对不同波长的光吸收,反射的程度不同,而使物体呈现了不同的反射颜色。若物体对各种波长的光都完全吸收,则物体呈现黑色;若完全反射,则呈现白色;若对各种波长的光,吸收程度差不多,则呈现灰色;如果物体有选择地吸收某一或某些波长的光,那么这种物体的颜色就由它所反射的光的颜色来决定,即反光物体的颜色是与其选择吸收光成互补色的颜色。例如,树叶由于吸收了阳光中紫色而呈现绿色。

当白光照射透明或部分透明物体时,因其对不同波长的光吸收、透射的程度不同,而使物体呈现了不同的透射颜色。若物体对各种波长的光透过的程度相同,这种物质就是无色透明的;若只让一部分波长的光透过,其他波长的光被吸收,则这种部分透光物体的颜色就由透过光的颜色来决定,即透光的物体呈现的是与其选择吸收光成互补色的透光颜色。例如,高锰酸钾溶液吸收了白光中的绿色光而呈现了紫色的透光颜色。

总之,物体反光和透光所呈现的颜色都是由与物体选择吸收光成互补色的光而决定的颜色。当然,如果物体选择吸收的不只是一种颜色的光,那么物体(反光或透光)的颜色就将由几种吸收光的互补光复合而成。