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第11章 趣味篇(10)

35.木头为什么可以浮在水面上

液体和气体对浸在其中的物体有向上的托力,物理学中把这个托力叫做浮力。漂浮于流体表面或浸没于流体之中的物体,受到各方向流体静压力的向上合力,其大小等于被物体排开流体的重力。例如石块的重力大于其同体积水的重量,则下沉到水底。浮木或船体的重力等于其浸入水中部分所排开的水重,所以浮于水面。气球的重量比它同体积空气的重力小,即浮力大于重力,所以会上升。这种浸在水中或空气中的物体,受到水或空气向上托的力叫“浮力”。

产生浮力的原因,可用浸没在液体内的正立方体的物体来分析。该物体系全浸之物体,受到四面八方液体的压力,而且是随深度的增加而增大的。所以这个正立方体的前后、左右、上下六个面都受到液体的压力。因为作用在左右两个侧面上的力由于两侧面相对应,而且面积大小相等,又处于液体中相同的深度,所以两侧面上受到的压力大小相等、方向相反,两力彼此平衡。同理,作用在前后两个侧面上的压力也彼此平衡。但是上下两个面因为在液体中的深度不相同,所以受到的压强也不相等。上面的压强小,下面受到的压强大,下面受到向上的压力大于上面受到的向下的压力。液体对物体这个压力差,就是液体对物体的浮力。这个力等于被物体所排开的液体的重量。当一个浮体的顶部界面接触不到液体时,则只有作用在底部界面向上的压力才会产生浮力。至于一个位于容器底面上的物体,并和容器底面密切接触,那它就只能受到向下作用于物体表面的液体压力,所以这个物体不受浮力作用,这种现象并不多,因为只要其间有一层很薄的液膜,就能传递压强,底面就有向上的压力,物体上下表面有了压力差,物体就会受到浮力。

木头漂浮于水面是因为木材的密度小于水的密度。把树木挖成“空心”就成了独木舟,独木舟是减小了物体的重力,增大了可利用的浮力,从而可以多装载货物;牙膏卷成一团,沉于水底,而“空心”

的牙膏皮可浮在水面上。说明“空心”可调节浮力与重力的关系,采用“空心”增大体积,从而增大浮力,使物体能漂浮在液面上。

物体上浮或下沉时都显示出浮力的存在。关于物体浮沉的问题,不仅仅是浮力问题,实际上是个关于运动和力之间的关系的问题。因为浸在液体或在气体中的物体要受到两个力的作用:一个是重力;另一个是浮力。重力的方向总是竖直向下的,而浮力的方向总是竖直向上的,物体的浮沉就决定于这两个力的大小。

漂浮,是指物体有一部分体积在液体里,另一部分体积露出液面。例如,一般树木、冰块等都属于漂浮的物体,这种物体也叫作“浮体”。浮体可以静止在液面上,也可以在液面上水平运动。

悬浮,是指物体在液体中既不沉底,又不露出液面,即悬浮物体的体积全部在液体里。悬浮或静止的漂浮是一种平衡状态。悬浮条件与漂浮条件,形式上显然相同。

轮船能漂浮在水面也是浮力的原理:钢铁制造的轮船,由于船体做成空心的,使它排开水的体积增大,受到的浮力增大,这时船受到的浮力等于自身的重力,所以能浮在水面上。它是利用物体漂浮在液面的条件——浮力等于重力来工作的,只要船的重力不变,无论船在海里还是河里,它受到的浮力不变。

浸没在水中的潜水艇排开水的体积,无论下潜多深,始终不变,所以潜水艇所受的浮力始终不变。潜水艇的上浮和下沉是靠压缩空气调节水舱里水的多少来控制自身的重力而实现的。若要下沉,可充水,使浮力小于重力;若要上浮,可排水,使浮力大于重力。在潜水艇浮出海面的过程中,因为排开水的体积减小,所以浮力逐渐减小,当它在海面上行驶时,受到的浮力大小等于潜水艇的重力。

36.蛇没有脚怎么会走

蛇,身体呈细长圆形,没有四肢。如果仔细观察,便可发现,蟒蛇等较原始的蛇类肛门附近,有一对角质化的距状突起物,那便是蛇的后肢退化痕迹。如果把这些蛇解剖开,同样可以在它们体内后方找到退化的腰带骨痕迹。这些都说明蛇的祖先有过四肢。动物学家和考古学家已经证明,蛇的祖先大约是从新生代第三纪时由古老的四肢蜥蜴类的一个分支演化出来的。由于蛇与蜥蜴的生活方式不同,蛇类喜爱穴居,身体做左右“S”状运动,于是作为行走的四肢便失去了作用,也妨碍了穴居。这样,经过漫长的演化岁月,四肢就慢慢地退化以致完全消失了。现代高等蛇类已完全见不到后肢的痕迹。那么,蛇是靠什么走路的呢?蛇在陆地上行走,主要是靠身体左右弯曲做“S”状向前运动和靠腹部的鳞片活动向前爬行,两者密切配合,协调自如。蛇体表面披着细小的鳞片,陆生和树栖种类的蛇腹面有一列特别大的鳞片,它们由一腹侧到另一腹侧,通称为腹鳞。腹鳞为覆瓦状排列,能做前后活动,是陆生和树栖种类的蛇爬行的主要工具。

但陆生或树栖类蛇仅有大型的腹鳞还是不能爬行的。更重要的是靠蛇体内的骨骼系统和肌肉系统的特殊结构,及通过中枢神经系统的支配,使各部分协调活动,达到爬行的目的。

蛇的脊椎骨很多,约有100~500块,且短而宽,每个脊椎骨都与肌肉和鳞片相连,并且相邻的脊椎骨可相对上下弯曲28度,左右摆动50度,把这两者结合起来,就形成了蛇独特的缠绕功能。在每个脊椎骨的两端,除了有和一切脊椎动物一样的前后关节外,蛇还特别长有1对副关节突。脊椎骨的神经孤前端叫椎弓凸,是楔状突起;后端叫椎弓凹,呈凹窝状。这样前后两个脊椎骨之间的副关节凸与凹,互相嵌合。因而蛇的每个脊椎骨都具有特殊的双重关节。故蛇的整条脊椎骨不但没有脱臼之忧,并且可以增加其曲绕性和灵活性。使其在爬行前进时,身体能做左右“S”状弯曲运动。蛇除脊柱都具有双重关节能做“S”状运动外,它的每个脊椎骨,除前面第一个环椎及尾端少数脊椎骨外,都有一对细长而弯的肋骨。它们之间通过可动关节相连接,因而所有的肋骨由于肌肉的收缩可以前后有规律地活动。在肋骨末端则有极其发达的皮下肌与腹鳞相连。因此,在肋骨前后移动的同时,亦能牵动腹鳞做前后活动。当腹鳞向前移动时,由于鳞片是覆瓦状排列,并不影响身体活动。但当腹鳞向后移动时,由于鳞片的游离后缘与粗糙的地面相接触,成一固定点,在腹鳞继续向后转动时便起反作用把身体推向前。这个效果便与身体左右运动一起共同完成爬行动作。

再者,蛇脊柱两侧各有一组肌肉,一侧收缩时,另一侧舒张,这种一张一弛的波浪式运动能从头至尾在身体两侧及相反位置传递过去。如果这种波浪式运动在传递过程中没有遇到阻碍物,这些肌肉活动所形成的弯曲就会毫无阻力地通过全身。但如果地面凹凸不平或坎坷狭窄,蛇的弯曲运动就会受到干扰,并在每一处身体接触点产生压力,这种压力便是蛇向前运动的推动力。若在光滑的玻璃板上或地板砖上,蛇就不能那么爬行自如了。另外,蛇的脊椎骨在活动时也会受到一定角度的限制,这使它转折和掉头都会受到影响,爬行速度自然慢了许多。

至于树栖类的蛇,能在垂直的树干上爬行,因为它们的腹鳞特别扁而内弯,游离的边缘类似“V”形,且具有许多小棘,腹鳞表面并有尖锐的棱,因而,当它们在爬树时,除凭借带小棘的鳞缘在垂直的树干上爬行外,同时更借助于鳞上的锐棱来支撑着整个身体,这样就既能有效地在树干上爬行,又不会从垂直的树干上滑跌下来。同样与其树栖相适应的是,身体一般比较轻而细,尾部特别长,能缠绕着树枝帮助爬行。

蛇类的爬行速度是非常快的,大多数蛇类的最快爬行速度是1.5千米/小时,有几种速度较快的蛇约6千米/小时,与人类步行的速度差不多。爬行动物较快的蛇非乌梢蛇莫属,爬行较慢的有蝮蛇、赤链蛇。

37.为什么涤纶衣服会冒火花

在黑暗中脱化纤衣服会出现小的绿色火花。棉毛品却不会出现。塑料也会出现这种现象。这是为什么呢?

这是由于塑料、化纤和身体产生摩擦出现的静电放电现象。

物质都是由分子构成,分子是由原子构成,原子由带负电荷的电子和带正电荷的质子构成。在正常状况下:一个原子的质子数与电子数量相同,正负平衡,所以对外表现出不带电的现象。但是电子环绕于原子核周围,一经外力即脱离轨道,离开原来的原子而侵入其他的原子,A原子因缺少电子数而带有正电现象,称为阳离子;B原子因增加电子数而呈带负电现象,称为阴离子。造成不平衡电子分布的原因即是电子受外力而脱离轨道,这个外力包含各种能量(如动能、位能、热能、化学能等)。在日常生活中,任何两个不同材质的物体接触后再分离,即可产生静电。

当两个不同的物体相互接触时,就会使得一个物体失去一些电荷。如电子转移到另一个物体使其带正电,而另一个物体得到一些剩余电子则带负电。若在分离的过程中电荷难以中和,电荷就会积累使物体带上静电。所以,物体与其他物体接触后分离就会带上静电。通常在从一个物体上剥离一张塑料薄膜时就是一种典型的“接触分离”起电,在日常生活中脱衣服产生的静电也是“接触分离”起电。

电荷在绝缘物体表面的移动速率甚慢,然而静电放电的持续时间却极短,因此绝缘物体蓄积的电荷,不易于单次的静电放电中全部释放出来,而可能在绝缘物体表面之邻近区域发生多次静电放电。由于电荷和周围环境几何形状之不同,放电形式可分为:电晕放电、刷状放电以及射状放电三种。一般而言,刷状放电之能量大于电晕放电。刷状放电能量足以引燃许多易燃性气体、溶剂蒸气及混合物等。在一非导电性薄膜的两面充满正、负极性电荷时将蓄积大量电荷,若发生射状放电其能量足以引燃大多数的可燃性气体和易燃性粉尘。

在干燥的春季,当你脱下毛线衣、毛料或尼龙、涤纶类化纤衣服,以及从床上拉起的确良被罩时,就会听到“噼噼啪啪”的响声,在晚上同时还可看到闪烁的火花。不仅如此,当你的手指触及门把、水龙头、椅背等金属器物时会有电击感;还有穿着化纤衣服在地毯上行走,也时有针刺般的触电感;化纤厂工人在纺织化纤时,手触纺线也有触电感,这些都是生活中常见的静电现象。

不仅两种不同的物体相互摩擦可以起电,甚至干燥的空气与衣物摩擦也会起电。摩擦起的电在能导电的物体上可迅速流动传失,而在不导电的绝缘体如化纤、毛织物等物体上就静止不动形成静电,并聚集起来,当达到一定的电压时就产生放电现象,发出响声和火花。总之,空气干燥、水分子少与导电性能差是产生静电的条件。

静电有很多的危害。如静电可对自动仪器和电子元件产生干扰;在化工、纺织部门因化纤放电产生的火花,可将易燃气体(乙炔等)、易燃液蒸气(汽油蒸气等)引爆,造成火灾;在天上,飞机与空气、水气、灰尘等摩擦而带电,可严重干扰飞机的无线电通讯而使飞机迷航;在制药厂,静电吸附尘埃而使药品不纯,影响质量;在无菌无尘的生化实验室和医院,静电吸附尘埃也有不良影响;在印刷厂,由于静电可使纸张相互粘合在一起,难以分开,造成印刷困难;在看电视时,荧光屏面的静电吸附灰尘与油污而形成一层尘膜,使电视图像的清晰度和亮度大为降低;在煤矿,静电会引发瓦斯爆炸,可导致严重的人身伤亡和矿井报废事故。

人们常说,防患于未然,防止产生静电的措施一般都是降低流速和流量,改造起电强烈的工艺环节,采用起电较少的设备材料等。最简单又最可靠的办法是用导线把设备接地,这样可以把电荷引入大地,避免静电积累。细心的乘客大概会发现:在飞机的两侧翼尖及飞机的尾部都装有放电刷,飞机着陆时,为了防止乘客下飞机时被电击,飞机起落架上大都使用特制的接地轮胎或接地线,以泄放掉飞机在空中所产生的静电荷。我们还经常看到油罐车的尾部拖一条铁链,这就是车的接地线。适当增加工作环境的湿度,让电荷随时放出,也可以有效地消除静电。潮湿的天气里不容易做好静电试验,就是这个道理。科研人员研究的抗静电剂,则能很好地消除绝缘体内部的静电。

然而,任何事物都有两面性。静电也有可利用的一面,也能让它为人类服务。比如,静电印花、静电喷涂、静电植绒、静电除尘和静电分选技术等,已在工业生产和生活中得到广泛应用。静电也开始在淡化海水、喷洒农药、人工降雨、低温冷冻等许多方面大显身手,甚至在宇宙飞船上也安装有静电加料器等静电装置。

38.月亮上到底有什么

你知道下面这个故事吗?嫦娥和丈夫后羿(yì)是天上的神仙。传说当时人间有十个太阳,把河水都晒干了,人们的生活非常痛苦。天帝便派神箭手后羿为民除害。于是,后羿一口气射下九个太阳,留下一个太阳照耀大地。人们很感激后羿,便推选他为领袖。他希望能长生不老,便向西天王母要了两颗长生不老的仙丹,准备和嫦娥一起服用。但嫦娥偷偷把两颗仙丹都服了。服下仙丹后,嫦娥顿时变得轻飘飘,向天上的月亮飞奔而去。从此,嫦娥就住在月宫里,但一直过着孤单冷清的生活。

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