物理爱好者

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神秘的纸片

请你把一张薄纸剪成长方形，按照它的横直两条中线各对折一次，再把纸展开，你一定知道，两条折痕的交点就是这张长方纸片的重心。现在，把这张纸片放到一根竖立着的针的针尖上，使针尖恰好顶着这一点。 　　这张纸片会在针尖上保持平衡，因为针是顶在它的重心上。这张纸片如果受到一阵微风吹动，就会很快旋转起来。 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　起初，这个小玩意还看不到什么神秘的现象。现在你把手放到这张纸片旁边，像图75的样子；注意手要轻轻移过去，不要让手移动时候的风把纸片吹落。奇怪的现象发生了：纸片旋转起来，起初还慢，渐渐快起来了。可是如果你把手悄悄地拿开，纸片立刻就会停止旋转；把手移近，纸片又旋转起来。 　　这个谜一般的旋转现象，在19世纪70年代里，曾经有过一个时期使许多人认为人体有某种超自然的能力。信奉神秘教的人们，就认为这个实验恰好证实了他们的“人体能够发出神秘力量”的模糊的学说。但是实际上这件事情的原因非常自然而且简单：下部的空气给你的手掌温暖了就向上升起，它碰到纸片，纸片就旋转起来，就像放在灯上的纸条卷会转动一样，因为纸片曾经折过，就造成了略略的倾斜。 　　细心的人在做这个实验的时候，一定会发现这个纸片总是按照一个方向旋转，它总是从手腕这边向手指那边转过去。这一点，解释起来也很容易。人手各部分的温度是不同的：手指端上的温度总比掌心低；因此，接近掌心的地方，就会造成比较强的上升气流，它对纸片所加的力也比手指那边大。

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皮袄会给你温暖吗







　　假如有人一定要你相信，说皮袄根本一点也不会给人温暖，你要怎样表示呢？你一定会以为这个人是在跟你开玩笑。但是，假如他用一连串的实验来证明他的话呢？譬如说吧，你可以做这样一个实验。拿一支温度计，把温度记下来，然后把它裹在皮祆里。几小时以后，把它拿出来。你会看到，温度计上的温度一点也没有增加：原来是多少摄氏度，现在还是多少摄氏度。这就是皮袄不会给人温暖的一个证明。而且，你甚至可以证明皮袄竟会把一个物体冷却。拿一盆冰裹在皮袄里，另外拿一盆冰放在桌子上。等到桌子上的冰融化完之后，打开皮袄看看：那冰几乎还没有开始融化。那么，这不是说明皮袄不但不会把冰加热，而且还使它的融化减慢吗？

　　你还有什么说的呢？你能够推翻这个说法吗？你没有办法推翻的。皮袄确实不会给人温暖，不会把热送给穿皮祆的人。电灯会给人温暖，炉子会给人温暖，人体会给人温暖，因为这些东西都是热源，但是皮袄却一点也不会给人温暖。它不会把自己的热交给别人，它只会阻止我们身体的热量跑到外面去。正是因为这个缘故，温血动物的身体是一个热源，他们穿起皮袄来会感到温暖。至于温度计，它本身并不产生热，因此，即使把它裹在皮祆里，它的温度也仍旧不变。冰呢，裹在皮袄里会更长久地保持它原来的低温，因为皮袄是一种不良导热体，是它阻止了房间里比较暖的空气的热量传到里面去。

　　在这个意义上，冬天下的雪，也会跟皮袄一样地保持大地的温暖；雪花和一切粉末状的物体一样，是不良导热体，因此，它阻止热量从它所覆盖的地面上散失出去。用温度计测量有雪覆盖的土壤的温度，知道它常常要比没有雪覆盖的土壤的温度高出10摄氏度左右。雪的这种保温作用，是农民最熟悉的。

　　所以，对于“皮袄会给我们温暖吗”这个问题，正确的答案应该是，皮袄只会帮助我们自己给自己温暖。如果把话说得更恰当一些，可以说是我们给皮袄温暖，而不是皮袄给我们温暖。

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我们脚底下是什么季








　　当地面上已经是夏天的时候，地底下，譬如说地面以下3米的地方，正是一个什么季节呢？

　　你以为那儿也同样是夏天吗？错了！地面上的季节和地底下的季节，并不像我们平常所想象的那样以为它们是相同的，实际上它们根本不相同。土壤是很难导热的。比方说在列宁格勒，即使在最严寒的冬天，装在地面以下2米深的自来水管就不会冻裂。地面以上温度的变化，要很久才能够传到地面下很深的土壤，土壤层越深的，这个落后的时间也越久。举例来说，在列宁格勒州斯卢茨克地方做的直接测量就告诉我们，在3米深的地方，一年里面最暖时间的到来要比地面上迟76天，而最冷时间的到来要迟108天。这就是说，假如地面上最热一天是7月25日，那么在3米深的地下，最热一天要等到10月9日才到来！假如地面上最冷一天是1月15日，那么在3米深的地下，最冷一天要在5月间才到来！至于更深的地方，这个落后的时间也就更长。

　　向土壤进入越深，温度的变化不但要在时间上落后，而且还逐渐减弱，到了某一个深度，还完全停止了变化。在这种地方，成年成世纪地都只有同一个固定不变的温度，这就是那个地方的所谓全年平均温度。巴黎天文台的地窖里，在28米深的地方有一只温度计，这只温度计还是拉瓦锡放在那里的，已经近200年了，在这样长的一段时间里，这只温度计指出的温度竟一点也没有变过，始终是同一的温度（11．7摄氏度）。

　　所以，在我们脚底下的土壤里，从来没有跟我们这儿同样的季节。当我们这里已经是冬天的时候，3米深的地方还只是秋天──还不是地面上有过的那样的秋天，而是温度减低更缓和的秋天；而当我们这里到了夏天的时候，地底下还在过着冬天严寒的尽头呢。

　　这件事情，对于研究地下动物（例如金龟子的幼虫）和植物地下部分的生活条件，是非常重要的。譬如，各种树木根部细胞的繁殖所以在天冷季节进行，根部的所谓形成组织所以几乎在整个温暖季节里停止活动，恰跟地面上树干的情形相反，根据上面所说的，我们也就不应该有什么奇怪。

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纸制的锅子

请看图76，鸡蛋放在纸锅里煮着！“纸要立刻烧起来，水就会把火浇熄的。”你一定会这样说。但是，请你先拿厚纸和铁丝做一个纸锅来实验一下。你就会相信，你的纸锅一点也不会给火烧坏。原因是，水在开口的（不是密闭的）容器里面，只能煮到沸腾的温度，就是100摄氏度；锅里煮着的热容量相当大的水，吸收了纸的多余的热量，不让纸热到比100摄氏度高多少，就是不使它达到能够燃着的温度（更切实些的实验，是用小纸盒来做的，纸盒形状像图77所示）。因此，虽然火焰不断探着纸锅，纸并不会起火燃烧。 　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　 　　不小心的人会把空壶放到炉子上，因此使壶底的焊锡熔化了，这个叫人懊丧的经验也属于同一类的现象。这原因很明显，焊锡比较容易熔解，只有水贴近它的时候才会使它不受到过高的温度。同样，有焊接部分的锅子也不可以不放水就直接放在火上。在马克沁式的机关枪上，正是利用水防止了枪筒的熔化。 　　你还可以做这样的一个实验，把一块锡块放在卡片纸做的纸盒里来熔化，只要使火焰恰好舐着锡块和纸盒接触的地方，那么，由于锡块是一个比较好的导热体，就会很快地从纸上把热量吸过去，不让纸的温度升到比锡的熔点也就是335摄氏度高得太多。这样的温度还不会使纸烧着。 　　下面的一个实验也很容易做（图78）：用狭长纸条像螺丝般紧裹在一枚粗铁钉或者一根铁杆（最好是铜杆）上面，然后把它送到火上去。熊熊的火焰虽然砥着纸条，但是在钉子烧红之前，纸条不会烧起来。这个现象的解释很简单：钉子（或铜杆）的导热度很大；同样的实验，如果改用导热度小的玻璃棒，就不能成功了。 　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　 　　图79表示一个和上面所说相仿的实验，是把棉线紧绕在一柄钥匙上。

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为什么冰是滑的







　　在擦得光光的地板上，要比在普通地板上容易滑倒。这样看来，冰上也应该一样，就是光滑的冰应该比凹凸不平的冰更滑了。

　　但是，假如你曾经在凹凸不平的冰面上拖过满载重物的小雪橇，你就会相信，雪橇在这种冰面上行进，竟要比在平滑的冰面上省力得多。这就是说，不平的冰面竟比平滑的冰面更滑！解释是，冰的滑性主要并不因为它平滑，而是完全由于另外的一个原因，就是当压强增加的时候，冰的熔点要减低。

　　让我们分析一下，当我们溜冰或者乘雪橇滑行的时候，究竟发生一些什么事情。当我们穿了溜冰鞋站在冰上的时候，用鞋底下装着的冰刀的刃口接触着冰面，我们的身体是只支持在很小很小的面积上──一共只有几平方毫米的面积上。你的全部体重就压在这样大小的面积上。假如你想起前面第二部分里所谈的关于压强的问题，你就可以明白，溜冰的人对于冰面所加的压强是极大的。在极大压强的作用下，冰在比较低的温度也能够融化；比方说，现在冰的温度是零下5摄氏度，而冰刀的压力把冰刀下面的冰的熔点还不止减低5摄氏度，那么这部分的冰就要融化了。那时候就怎么样了呢？那时候在冰刀的刃口和冰面之间产生了一薄层的水──于是，溜冰的人可以自由滑溜了。等他的脚滑到了另外一个地方，发生的情形也是一样。总之，溜冰的人所到的地方，在他的冰刀下面的冰都变成了一薄层水。在现有各种物体当中，还只有冰具有这种性质，因此一位物理学家把冰称做“自然界惟一滑的物体”。其他物体只是平滑，却不滑溜。

　　现在我们可以谈到本节的题目上来了：光滑的还是凹凸不平的哪个更滑。我们已经知道，冰面给同一个重物压着，受压面积越小，压强就越大。那么，一个溜冰的人站在平滑的冰面上，对支点所加的压强大呢，还是站在凹凸不平的冰面上所加的压强大？当然在凹凸不平的情形压强大：因为在不平的冰面上，他只被支持在冰面的几个凸起点上。而冰面的压强越大，冰的融化也越快，因此，这冰也就显得更滑了（这个解释只对于刀刃比较钝的冰刀是适用的，对于刀刃锋利的冰刀，因为它会切割到冰的凸起部分里去，所以上面所说是不适用的──在这个情形下，运动的能量要消耗到切割凸起部分上面去）。

　　日常生活里有许多别的现象，也可以用冰在大压强下面熔点减低的道理来解释。两块冰叠起来用力挤压，就会冻结成一块，正可以用这个道理来说明。孩子们在捏雪球的时候，无意识地正是利用了这个特性，雪片在受到压力的时候，减低了它的熔点，因此有一部分融化了，手一放开就又冻结起来。我们在滚雪球的时候，也是在运用冰的这个特性：滚在雪上的雪球因为它本身的重力使它下面的雪暂时融化，接着又冻结起来，沾上了更多的雪。现在你当然也会明白为什么在极冷的日子，雪只能够给提成松松的雪团，而雪球也不容易滚大。人行道上的雪，经过走路的人践踏以后，也因为这个缘故，会逐渐凝成坚实的冰，雪片冻成了一整层的冰块。

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无中生有







　　将两个空的广口瓶并排放在桌上，可见瓶内空无一物。表演者将右边的一只瓶倒立在左边的瓶口上，让瓶口相对，然后说：“变出东西来！”不一会就有乳白色的烟雾充满两个瓶内。

　　解释

　　表演前，助手在左边广口瓶中，滴入盐酸数滴，在右边瓶中，滴入氨水数滴，不一会，两瓶分别充满了无色的氯化氢气体和氨气。将氨气瓶倒立在氯化氢气瓶上，由于分子运动，上下瓶即充满了氯化氨的白色烟雾。

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火烧手绢　







  　表演者让助手用火柴将手绢点燃，并向空中扔去。同时把电灯关掉，这时手绢在空中燃烧着。待火灭后，拉开电灯，见手绢却完好如初，没有被烧坏。

　　解释

　　表演前先把手绢用水浸湿，握在手中，再放到酒精中蘸些酒精。酒精见火即燃烧起来，故烧的不是手绢，而是酒精。