在生活中学习物理知识

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1、在生活中学习物理知识一、我们什么时候绕太阳转得更快一些：在白昼还是在黑夜？巴黎的报纸有一次曾经刊出一则广告，里面说每个人只要花二十五生丁一钱， 就可以得到又经济又没有丝毫困惫痛苦的旅行方法。果然就有一些轻率的人按址寄 了二十五生丁钱去。这些人每人得到一封回信，内容是这样的：先生，请您安静地躺在您的床上，并且请您记牢：我们的地球是在旋转着的。 在巴黎的纬度49 度上，您每昼夜要跑25,000 公里以上。假如您喜欢看看 沿路美好的景致，就请您打开窗帘，尽情地欣赏星空的美丽吧。这位先生终于被人用欺诈的罪名告到法院。他听完判决，付出所判的罚金之后， 据说曾经用演剧的姿态站了起来，郑重地复述了伽利略的话

2、：“可是，无论如何它 确实是在转着的呀！”这位被告在一定意义上是正确的，因为地球上的居民不只绕着地轴在“旅行”， 同时还给地球带着用更大的速度绕着太阳转。我们的地球带着它的全数居民在空间 每秒移动30 公里，同时还要绕地轴旋转。这里可以提出一个有趣的问题：我们住在地球上的人究竟在什么时候 绕太阳转得更快一些：在白昼还是在黑夜？这个问题很容易引起误会，地球的一面如果是在白昼，那么它的另一面就必然 是在黑夜，那么，这个问题的提出究竟有什么意义呢？恐怕是毫无意义的吧。然而这不是这么一个问题。这儿要问的并不是整个地球在什么时候转得比较快， 而是问，我们地球上的居民在众星之间的移动究竟在什么时候要更快一

3、些。 这样一个问题是不能够认为毫无意义的。我们在太阳系里是在进行两种运动的：绕 太阳公转，同时还绕地轴自转。这两种运动可以加到一起，但是结果并不始终相同， 要看我们的位置在地球的白昼或黑夜的一面来决定。请注意图3，你就可以明白在午 夜的时候，地球的自转速度要和它的公转前进速度相加，但是在正午时候刚刚相反， 地球的自转速度要从它的公转前进速度里减去。这样看来，我们在太阳系里的移动， 午夜要比正午更快些。赤道上的每一点，每一秒大约要跑半公里，因此，在赤道地带，正午跟午夜速 度的差数竟达到每秒钟整整一公里。而一个懂几何学的人也会不难算出，在列宁格 勒（它是在纬度60 度上），这个差数却只有一半：列宁

4、格勒的居民，午夜在太阳系 里每秒所跑的路，比他们在正午跑的多半公里。二、艾菲尔铁塔的高度 假如现在问你，艾菲尔铁塔有多高，你一定会在回答“300 米”之前，反问一 句：“在什么季节冷天还是热天？” 因为你知道这么高的铁塔，它的高度一定不可能在什么温度都相同。我们知道，300 米长的铁杆，温度每增加摄氏1 度，要伸长3 毫米。这座艾菲尔铁塔在温度增 加1 度的时候，大约也会加高这么多。在巴黎，夏天有太阳的时候，这座铁塔会给 晒热到40度，而在阴冷的雨天，它的温度会跌到10 度，冬天呢，那要跌到0度或 者甚至于零下10度（巴黎严寒的时日不多）。你看，这座铁塔一年四季所受到的温 度变化要在40度以上

5、，这说明了艾菲尔铁塔的高度可以伸缩3X40=120毫米，就 是12厘米。直接度量的结果，使我们知道艾菲尔铁塔对于温度的变化，甚至比空气更敏感： 它要比空气热得更快也冷得更快，在阴天太阳突然出现的时候，它比空气更早地起 了反应。艾菲尔铁塔的高度，是用一种几乎不受温度变化的影响、始终保持原有长 度的镍钢丝来量度的。这种镍钢叫做“因钢”（这是从拉丁文invar译音的，原意 是“不变的”）。就是这样，艾菲尔铁塔的顶端在热天要比冷天高出一段来，高出的一段大约有 这本书上的一行这么长，这高出的一段是用铁做成的，但是这铁却不值一文钱。三、在开水里不熔化的冰块把一小块冰丢到装满水的试管里去，由于冰比水轻，要想

6、不让冰块浮起，再投 进去一粒铅弹、一个铜圆等等去把冰块压在底下；但是不要使冰跟水完全隔离。现 在，把试管放到酒精灯上，使火焰只烧到试管的上部。不久，水沸腾了，冒出了一 股一股的蒸汽。但是，多奇怪呀，试管底部的那块冰却并没有熔化！我们好象是在 表演魔术：冰块在开水里并不熔化这个谜的解释是这样的。试管底部的水根本没有沸腾，而且仍旧是冷冰冰的， 沸腾的只是上部的水。我们这儿并不是什么“冰块在沸水里”，而是“冰块在沸水 底下”。原来，水受了热膨胀，就变成比较轻的，因此不会沉到管底，仍旧留在管 的上部。水流的循环也只在管的上部进行，没有影响到下部。至于下部的水，只能 经过水的导热作用才受到热，但是，你知

7、道水的导热度却是很小的啊。四、为什么紧闭了窗子还觉得有风？时常会有这样的情形：房间里的窗子关闭得非常紧密，没有丝毫漏缝，竟仍旧 会觉得有风。这好象很奇怪。但是事实上却没有什么可以奇怪的。房间里的空气几乎没有完全安定的时候。房间里面总有一些看不出的空气流， 这种空气流是由于空气的受热或冷却引起的。空气受热，就会变得比较稀，因此也 就变得比较轻；受冷呢，相反的，就会变得比较密，也就变得比较重。给电灯或炉 子烧热了的比较轻的暖空气，会给冷空气挤压向上升，升到天花板；而靠近冷窗子 或墙壁的比较重的冷空气，就要向下沉，沉到地板上。关于房间里面的这种空气流，我们可以利用孩子们玩的气球来观察，在一只气 球下

8、面系上一个小物体，使得这个气球不会一直飞到天花板，只能够飘浮在空中， 于是，把这只气球放在熊熊的火炉旁边，它就会受到看不出的空气流带动，在房间 里慢慢地旅行起来。首先从炉子旁边升到天花板底下，然后飘到窗子旁边，从那里 落到地板上，又回到炉子旁边，重新绕着房间打圈子。冬天窗子虽然关闭得非常紧密，房间外面的寒气不可能透进里面来，而我们却 仍旧会感觉有风在吹着，特别在脚下更显著，原因就是这样。五、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 样了，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

9、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，而是由于完全另外 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。假如你想起第二章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熔化；比方说，现在冰的温度

10、是摄氏零下5 度，而冰刀的压力 把冰刀下面的冰的熔点减低的还不止5度，那么这部分的冰就要熔化了。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“自然界唯一滑的物 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

11、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，他只支持在冰面的几 个凸起点上。而冰面的压强越大，冰的熔化也越快，因此，这冰也就显得更滑了（这 个解释只对于刀刃比较阔的冰刀是适用的，对于刀刃锋利的冰刀，因为它会切割到 冰的凸起部分里去，上面所说是不适用的在这个情形，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。 两块冰迭起来用力挤压，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

12、熔化了，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量使它下面的雪暂时的熔化， 接着又冻结起来，粘上了更多的雪。现在你当然也会明白为什么在极冷的日子，雪 只能够给捏成松松的雪团，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。六、日出的题目你在早晨正五点钟看到日出。但是大家都知道，光的传播不是瞬息就可以到达 的：太阳光从光源太阳射到地球上人的眼里，要有一段时间。因此，我们 可以提出这样一个问题：假如光是瞬时就可以到达的话，那么我们在什么时候就可 以看到日出了呢？我们知道，光

13、从太阳到地球一直要跑8 分钟。那么，如果光瞬息就可以到达的 话，我们好象应该在8 分钟以前，就是在4 点52 分就看到日出了。我知道许多人听了会觉得出于意外：其实这个想法是不正确的。所谓日出只是 我们地球表面上某一点从没有太阳光照到的地方转到了有太阳光照到的地方罢了。 因此，即使光的传播是瞬时的，我们看见日出的时间，仍旧跟光的传播要花时间的 情形完全相同，也就是说，仍旧是早上五点正。但是如果你是在观察（用望远镜）太阳边缘上什么凸起的部分（日珥），那又是另外一回事了。如果光的传插是瞬时的，你的确会比现在早8 分钟就见到它。七、光为什么和怎样折射？光从一种介质进入到另外一种介质的时候，它的进路会曲

14、折，这一点有许多人 认为是大自然在耍脾气。真的，光在进到新的介质以后，为什么不保持原来的方向 前进，却选择了屈折的路径呢？关于这件事情，如果用军队在容易走和不容易走的 地面交界的地方行进的情形来做比喻，就会完全明白了。下面是前一世纪的天文学 家和物理学家赫歇耳关于这个问题所说的话：请设想有一队兵士正在行进，那里的地面有一段是平坦容易走的，有一段是高 低不平不容易走，因此走起来就不可能太快的。两段地面的分界线，恰好是一条直 线。现在，再设想这队兵士的队伍正面跟这条分界线成某一个角度，因此同一横排 的兵士到达这条直线不会在同一时间，而是有迟早的不同。每个兵士一跨过分界线 走上不平的地带，就不可能走

15、得象以前那么快，因此，也就不可能再跟那些还没有 跨过分界线的同一排兵士保持在一条直线上前进，而慢慢的落后了。这时侯假如兵 士不走乱队伍，仍旧依着队形前进，那跨过了分界线的部分不可避免地要落到其余 部分的后面，因此在跟分界线相交的点上曲折成一个钝角。又因为每个兵士一定要 合着节拍踏着步子前进，也不能够抢先，每个兵士就自然会依着跟新的队伍的正面 成直角的方向前进，因此每个兵士越过分界线以后所走的路径，第一，会跟新的队 伍正面相垂直，第二，路程的长短和在平坦地面上在同一时间里面能够走的路程长 短的比，恰好跟新的行进速度和旧的行进速度的比相等。我们不难应用手头现成的东西，在桌子上做一个小实验。把桌面的

16、一半用台布 盖好，然后，使桌子略略倾斜，把一对装牢在一根轴上的小轮子（例如可以从损坏 了的玩具汽车上拆下来）放在高的一头让它滚下去。假如轮子滚动的方向跟台布的 边恰好成直角的话，那么它滚动的路径是不会发生屈拆的。这表示了光学里的一条 定律，就是垂直射向不同介质分界面的光线，是不发生屈折的。但是，如果轮子的 滚动方向跟台布的边缘成某一个角度的偏斜，轮子滚动的路径就要在这个边缘上发 生屈折，也就是说在行进速度不同的介质的边缘上发生屈折。这里我们不难发现， 当轮子从滚动速度比较大的那一部分桌面（没有桌布的部分）滚到滚动速度比较小 的那一部分桌面（有桌布的部分）的时候，它的路径的方向是折近界线的垂线或者 所谓“法线”的。在相反的情形，就要折离这法线。从这里我们可以顺便提出重要的一点，就是光的折射是在两种介质里光的行进 速度不同这一个基础上面产生的。这速度上的差别越大，那么折射的程度也越大；