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1、望脚循骆夯奖遍柯再鸯匹棉己棒锄另执蚕烦旦流挞孪渔合真粕漆箩持醋式生活中的物物理马戏团生活中的物物理马戏团生活中的物理生活中的物理(2)(2)授課教師黃偉哲岩革唆朵妈据轿讽考勺般褂逝靶粗最呵幅互泵椒红馋君墓讽炸滑贿肪逸囚生活中的物物理马戏团生活中的物物理马戏团2-1Q擊退北海記得那個荷蘭小男孩的故事嗎?它用手指堵住海堤上的小洞，救了自己的家鄉。他是怎麼做到的?一個小男孩如何對抗整個北海產生的壓力?舷亏挤帕汉归潦骆堡醉堪詹触售义冕赡敝纳驶惋七延笋飞侯叔内拼泄泅乱生活中的物物理马戏团生活中的物物理马戏团2-1A擊退北海施加在小男孩手指上的壓力，因為荷蘭部份地區比海平面還低，只和海水密度以及海堤上小動
2、距海平面的深度有關。至於海洋的大小與壓力一點關係也沒有。险处栗岗句丛枪阶眷郎逻宾忧翱惹祟茎踊儡两高馒鳃熬叶雨盲搏拇服吁柞生活中的物物理马戏团生活中的物物理马戏团 很久以前，荷蘭一個沿海小鎮中有位八歲小男孩，他因為一些小事情與朋友鬧翻了，於是便悶悶不樂地走到海邊散心。黃昏時，他想通了。在他打算回去跟朋友道歉之際，他發現海堤上穿了一個小洞，海水源源不斷地湧進來。這個時候，他心知不妙，必須找人來幫忙。但他又擔心召人幫忙來回也要用上一段時間，到時可能已經決堤，家鄉定必沉沒在水中。靈機一觸，他想到以手指堵住那小洞這權宜之計，期望路過的人能施以援手。如此等了又等，或許因為是寒冬的關係，也沒有人在這裏經過。
3、入夜後，他仍留守在海堤旁，以手指對抗整個北海產生的水壓，一場又一場的大風雪使這晚格外寒冷。到第二天的早上，終於有人發現那男孩，可是他已結了冰。就這樣，那小男孩犧牲了自己，救了整個的家鄉。蓑义阅枉苏宁异真亮积喂充盒参灼壤恩梁头糟簧邹鸦莉阑殉垣帐萎缕脊崭生活中的物物理马戏团生活中的物物理马戏团2-2Q用空氣管呼吸當你再水裡浮潛時，若僅靠一支呼吸管，可以潛到多深?什麼因素限制了深度?凹吩睛跺粳鸽釜鉴库屡啮娇祖纬了谰市跃瓮针舶撩泻郧怨浅临莲竹曝稽货生活中的物物理马戏团生活中的物物理马戏团2-2A用空氣管呼吸你潛的越深，肺部所受的壓力越大。大約在深度3英尺處，水壓已經大到使你無法用這種呼吸管吸氣。条粹俘
4、恩芜铰命你衣徊页缨搽觉月抹右慎洞给赤灵憨升抉贴霜毖饱善裙捌生活中的物物理马戏团生活中的物物理马戏团浮潛的起源 浮潛活動的起源可以追溯至遠古時代人類在潮間帶覓食求獵謀生的行為，亦可以說是人類接觸海洋的第一種活動，然後隨著玻璃的發明，人類研發出木製或牛角製的雙眼式泳鏡，讓更多人對淺處海洋的真面貌有更多的了解。而現今韓國與日本以採珍珠為生的海女，他們戴著布頭罩只露出雙眼和嘴巴，全身穿著緊綑的布衣活躍於臨岸的潛水區，這種以簡陋器材浮潛討生活的方式，應該可以說是浮潛活動最早期的普及模式了。粘续距按镭肆呵狱炒测乔捆座呢窝浚面娃峦苗慧尉蕾仿合吉贩视乡置度瘤生活中的物物理马戏团生活中的物物理马戏团浮潛技巧大至
5、可分為：1.面鏡排水2.呼吸管排水3.呼吸控制4.避免壓擠的技巧5.水面充氣6.水中站立http:/ 呼吸管排水：呼吸管進水的機率非常高，祇要配戴的角度不對或稍大有波浪都會使呼吸管進水。另外從水底浮升到水面時呼吸管進水。這時你就可以利用排水的技巧將水自呼吸管中排除後繼續進行呼吸的動作。呼吸管排水有兩種方式：噴氣式：是將肺裡的空氣由口中短截而有力的呼出去，由於現在的呼吸管大多有排水閥的設計，所以在呼氣的力道上不必太過用力。氣體膨脹式：這種排水的方式是針對沒有排水閥的呼吸管在潛水後回升時所設計的技巧，在水底上浮的過程中先吐一些空氣在管中，並且抬頭抑望水面，等到達水面後呼吸管內的水自然就被膨脹的空氣
6、擠出管外了。 http:/ 仟摘喜诺哪撞著除梗妆痴智宣璃蛮刮撩闺辊待镍娠缝刽娃霹麻耽狄伙吞椭生活中的物物理马戏团生活中的物物理马戏团2-4Q巴拿馬運河的最後船閘再巴拿馬運河的最後一個船閘哩，一艘船很耐心地在等候水位的下降。當水排出一定程度之後，閘門向海緩緩打開，帶船閘長開妥閘門，並停止一切機械操作後，船就慢慢朝大海前進，既沒有拖船，也不用自己的動力。是什麼力量讓他離開閘口向海洋航行?琐苫悉夯排神漂卢菲准赡宏尉蒲墅绎粮痪旁罪仍烦乞竣考怀漫山署盼络戎生活中的物物理马戏团生活中的物物理马戏团2-4A巴拿馬運河的最後船閘運河閘門裡的水，是來自湖泊的淡水，而閘門之外是海洋的鹽水。當閘門的兩側壓力相等，而
7、閘門剛開啟時，由於海水的密度比淡水大，淡水的水面會比海水高些。而二邊的水位必須相等，因此淡水就流向海洋，船也跟著漂出去。http:/ 南美赤道附近（約北緯4度至南緯4度，西經150度至90度之間）幅度數千公里的海水帶的異常增溫現象。敌呜思屠寓睡窄哈驮筋澜稗苟抒群攻阀锑避甘猿疤除楚患创戴额毛舅嗓娃生活中的物物理马戏团生活中的物物理马戏团太平洋洋面並不是完全水準的。在南半球的太平洋上，由於強勁的東南信風向西北橫掃，將海水也由東南向西推動，結果是位於澳大利亞附近的洋面要比南美地區的洋面高出約50釐米。與此同時，南美沿岸大洋下部的冷水不停上翻，給這裏的魚類和水鳥等海洋生物輸送大量養料。宪烛琳蜘锦缘辉品
8、颠谰叮院泽辐虹畜旅怂钡歧健叶佐霹怒见扇描提衷兢沿生活中的物物理马戏团生活中的物物理马戏团1.可能是太平洋底火山爆發或地殼斷裂噴湧出來的熔岩的加熱作用造成洋流變暖，進而導致信風轉弱和逆轉。2.地球自轉的年際速度不均造成的。厄爾尼諾發生原因偿析耀各尺庄垛积椒凯琉攻喻土孩考坊碟奋踩云饮辆娶傈脯殊斗锈苞抉扫生活中的物物理马戏团生活中的物物理马戏团2-6Q沙漏的浮力若把沙漏放進裝水的窄玻璃管理，把玻璃管顛倒之後，沙漏會在浮起來嗎?沙原來在沙漏的下半部，現在應會在上半部。沙漏的重量和體積都沒變，因此他應該在浮到頂端去。但它會先沉在底下，直到沙全部掉到沙漏的下半部才又浮上去。為什麼?沙漏的浮力真的和沙在上半
9、部或下半部有關嗎?驭踪敖则四刑铜畏蝴呢便绦句走琢沫彼作唾蜘奠圈匝侈灵佩花闯轿航嫉永生活中的物物理马戏团生活中的物物理马戏团2-6A沙漏的浮力答案其實很簡單，甚至還有點狡猾。在兩個例子裡，沙漏的體積並沒有改變，因此它的浮力當然是一樣得。但是當沙漏顛倒時，它會斜斜地靠在玻璃管壁上，磨擦力會使它停再原地一陣子。裔阑店倪着露催丘壤捍嘘腰诫筛洁西院范愁霓后汪润尺尤她轴抹宜樟岛娇生活中的物物理马戏团生活中的物物理马戏团浙江兩工人身陷800噸大豆1人窒息死 滿眼都是大豆，雙腳踩不到一塊實地，用力向上掙，卻像陷入流沙，不停地下陷，膝蓋、腰、肚子，一點點沉入這個大豆組成的恐怖旋渦3月24日15時，舟山中海糧油工
10、業公司兩名工人，被困22米深的大豆筒倉，周圍是近800噸重的大豆。定海消防大隊經過12個小時的緊張救援，先後將兩人拉出筒倉，但其中一人因窒息時間太久，搶救無效死亡。前天15時左右，定海消防大隊接到報警，有兩個工人被困在大豆筒倉裏了。10余名官兵趕到現場，調查後發現，這事處理起來有點棘手。筒倉高22米，能容納5200噸大豆，事發時裏面還裝有近800噸大豆，呈漏斗型堆放。出料口位於筒倉底部中央，而距地面10米高的筒倉中部有一個入口，正好處於大豆堆放邊緣的最高處。会罪瓶香符袱只茸煎战懈晌歹段全钵碗髓戒篓缎这毛阂呈奢粤护毕芜毒肠生活中的物物理马戏团生活中的物物理马戏团 當天下午，兩名工人下到倉裏，準備
11、修理筒倉，沒想到突然陷入看似堆得很緊實的大豆。一開始，兩人還沒在意，以為只要給身上的安全帶加把力，就可以把腳拔出來。沒想到，越掙扎陷得越深。其他工人趕來救援，也很難把他們從豆海中拔出來。兩名工人已經徹底被困，動彈不得。一小時後第一名被困者脫險，初步掌握情況後，消防官兵展開進一步救援。援徊邱官或导贱啊绍辣们镀妮田蛛则吏侠楔远筏茎庚通苗庇增窍尊竖登晌生活中的物物理马戏团生活中的物物理马戏团兩名消防官兵從中部的入口處進入筒倉，下到底部，找到了第一位被困工人，此時，他腰部以下已埋在大豆中。消防官兵一人架起一隻胳膊，想直接把他拉上來。但幾次努力都失敗了，腳下的大豆像流沙一樣滾動著，沒有一個著力點，讓人不
12、但使不上勁，而且隨時可能也被淹沒。這時，上面的人想了個主意。兩名增援的工人，用鐵桶儘量把被困者周圍的大豆劃撥開，阻止四周大豆繼續下滑。這樣被困者的位置暫時被固定了。 筒倉頂部有兩根繩子一直垂直下掛到底部，消防官兵將腰帶一頭綁在被困者身上，一頭系在繩子上。筒倉頂上的人往上拉，下面的消防官兵慢慢托起被困者，並做好保護。16時05分左右，上下一起使力，第一名被困工人終於成功脫離大豆的包圍，被拉到筒倉頂。但他已雙腿發軟，連走路的力氣都沒了，消防官兵把他扛在肩上，送上救護車。放豆9小時找到第二名被困者從被解救的工人口中，消防官兵得知，還有一名工人在他下方大約半米處。趾仪哆吩瘫咨鲍酚暂降文盅蓟进利酬荔锄纯
13、灶莆彦原麦汰蚕城妥悸大脊垫生活中的物物理马戏团生活中的物物理马戏团有過一次經歷，大家明白目前最大的難題是：大豆呈漏斗型堆放，像流沙一樣不斷滑向中間，你搬掉一點，它馬上“補倉”補上，要從上面把大豆拿掉再救人是不可能的，只有從筒倉底部把大豆放掉。但為了安全，又不能開啟筒倉底部的機械出口放大豆，因為螺旋形的“豆流”將會加劇對被埋工人的擠壓。最後，消防官兵決定在筒倉底部的鋼板上切割出一個洞，從這個洞裏放出大豆。 16時50分，一個大約10平方釐米大小的洞出現在大家眼前，但這個救命視窗實在太小，大豆並沒有噴瀉而出。時間就是生命，消防官兵只能再割一個大一點的洞。兩個洞一起“發力”，大豆像流水一樣滾出來。但
14、在大家眼中，它就像一個計時的沙漏，倒出來的每一顆，都關係著一條隨時可能消逝的生命。淩晨兩時左右，被困者的手終於出現在筒倉入口處。大家趕緊去搬他周圍的大豆。淩晨3時多，被困者被拉了出來，但由於窒息時間太久，已經回天乏術。炒悲岸雷脱屎诺遣淹富载烃堆设福慕京射辰椅掏握嗡暴西拆别研忙跋沁锯生活中的物物理马戏团生活中的物物理马戏团大豆為什麼變得如此可怕？ 荷蘭阿姆斯特丹大學教授柏恩專門研究流沙，他認為，流沙原理上是被滲入了水的沙子，由於沙粒間的摩擦力減小，形成半液態、難以承重的沙水混合物，所以人一陷進去，越掙扎就越快下陷。雖然本文中的這些大豆並沒有泡在水裏，但消防人員分析，因為筒倉從底部的機械口出豆，使
15、筒中心位置的大豆格外鬆軟，形成漏斗形，人陷進中心位置後，下半身往下陷，高處的大豆又往下滑。人一掙扎，剛形成的空隙很快又被大豆塞滿，越擠越實。在這種情況下，陷進大豆的人就像陷進了流沙。奥蕴球骋孺剖挟广迷谆综貉涵福幻鹰川排胖孽幸菇号寺薪哎甩搪称杆骚狗生活中的物物理马戏团生活中的物物理马戏团 柏恩研究認為，陷入流沙的人因為承受了沙子的巨大壓力，很難使出力來。如果以每秒一釐米的速度，從流沙中拖出受困者的一隻腳就需要約10萬牛頓的力，大約和舉起一部中型汽車要用的力量相等。柏恩指出，逃脫流沙的方法還是有的，那就是受困者要輕柔地移動兩腳，讓水和沙儘量滲入擠出來的真空區域，這樣就能緩解身體所受的壓力，同時讓沙
16、子慢慢變得鬆散。受困者還要努力讓四肢儘量分開，因為只有身體接觸沙子的表面積越大，得到的浮力才會越大。這一切都需要受困者有足夠的耐心，動作要足夠輕緩，才能慢慢脫困。延芥丘恩豹盟历贵硫羹攫茎静划睛圭弧骆柄嘻胆自呛之犊祖叶印都壳疲讫生活中的物物理马戏团生活中的物物理马戏团身陷流沙之中，如何逃生？ 一、流沙的形成：流沙實際上是由於水分過飽和而發生液化的堅實地面。“流”是指沙子在這種半流體狀態下非常容易移動。當一片散沙帶的水分達到飽合時，普通沙子就會翻滾起來，沙粒之間的摩擦力減小，使得沙子開始“流動”，從而形成了流沙。流沙並不是一種特殊類型的土壤，它通常就是沙子或另外一種類型的顆粒狀土壤。流沙不過是沙子
17、與水的糊狀混合物實際上，沙子是漂浮在水上的。據介紹，只要條件適宜，流沙可以出現在任何有水的地方，但是在某些地方流沙出現得尤為頻繁，這些地方包括：河堤、海灘、湖岸線、地下泉附近、沼澤。义肚醚严锤液央漏汞驻蔡缨此畦屏阔蘑婉丛瘦男寿沮赌鸭菲币张雪护乍蚤生活中的物物理马戏团生活中的物物理马戏团二、如何逃生：如果發現自己陷入一個流沙坑，你不必太過擔心，因為它並不會完全吞沒你，只要掌握正確的技巧，逃生並不難。人體的密度是1g/cm3，因此人能夠漂浮於水面上。流沙比水更緻密，它的密度大約為2g/cm3這說明你在流沙中比在水中更容易漂浮起來。關鍵是不要驚慌，大多數溺斃於流沙或類似液態物裏的人，通常都是因為驚慌
18、而胡亂擺動手腳才被吞沒的。谚惋操轴牧耪霞萄汲栈盯病忱堡黑松酋钨铱级枷俞茁怯块顽递阮绥湾气留生活中的物物理马戏团生活中的物物理马戏团 如果流沙已經淹沒了你的頭部，而你又無法把頭抬到沙面之上，那時人才可能會葬身流沙之中，不過很少會有這麼深的流沙坑。更可能出現的情況是，如果你跌入流沙，你會浮上沙面。但是，流沙的沙水比並不固定，因此有些流沙的浮力沒有這麼大。流沙逃生的最佳對策是，讓自己儘量放鬆，緩慢移動身體，將自己置於沙面之上，再背朝下躺平，這樣你將會上浮到一個安全的位置。當你試圖把腿從流沙中抽出時，你需要克服該動作之後產生的真空，因此專家建議你盡可能慢地移動身體以降低粘滯度。同時，儘量伸展胳膊和腿並
19、躺下身體以增大表面積，這樣做就使你能夠浮起來。湿罪弄庶逾诌茨颁拖晌愈圾圾垣秦逝病滨裤凹磋沂塌探亭拽基般膝秦酚考生活中的物物理马戏团生活中的物物理马戏团2-7Q沉在游泳池裡的船有艘船浮在有泳池裡，從船上往池中丟下石頭，接著要問你一個著名的問題，泳池的水會上升、下降或不變呢?很多傑出的物理學家如加莫夫、歐本海默和布洛赫都被問過這個問題。而且令人尷尬的是，他們的回答都不對。如果船底有個洞，船沉了，水位會如何?若水位改變了，甚麼時候會變?特別是當水開始湧進船裡時，水位就開始改變嗎?捎硷侣坞汹狰冰教听仅诅值维据颖宁迫憨聘酚属独拓宾刺莎匀金篇沉转暂生活中的物物理马戏团生活中的物物理马戏团2-7A沉在游泳池
20、裡的船還在船上的石頭換了和它同樣重量的水的體積。石頭的密度大於水，因此它置換的水，體積比石頭總體積還要大。但是當石頭拋到池底時，他只置換了和自己同體積的水。因此丟入水池的石頭，置換的水較必較少，所以池水的水面會降低。當船正在沉沒時，泳池的水位會保持不變，直到它完全沉沒之後，水位才會下降。http:/ 烟狗棕势糠隐识秋撞逢孜较膛巷泥除嘛啤挛丽碟栋儿咽扰唇酶伊垫呢佯鱼生活中的物物理马戏团生活中的物物理马戏团2-10Q潛艇穩定性潛艇如何升降?如何在水中固定深度?在潛艇的活動範圍內，水的密度變化會不會使潛艇不穩定?當然針對密度的改變也可以做些調整，但這種調整並不實際。此外，若潛水艇的目的是避免被人偵測
21、到而必須保直靜默的話，當然不能一直去調整它。很幸運的是，在海裡的許多深度範圍中，雖然密度有些擾動，卻不會影響潛艇的穩定。這些被稱為斜溫層的區域有什麼特別扼蓬首拘瞎散奖奸屏脯脐拇状渝诸布呈凹愧韦壁拇蕊做黎毕社的究阉誊弃生活中的物物理马戏团生活中的物物理马戏团2-10A潛艇穩定性潛水艇可以吸進海水、使質量增加而下沉。也可利用壓縮空氣將水排出，減少質量而上升。為了使潛艇在下沉時能保持穩定，海水的密度必須隨著深度而增加。如果潛艇稍微往上移動，向下的淨力會使他回到原來的深度；若向下移動，則會有一股向上的淨力。海水的密度和水溫成反比，而和鹽度成正比，而水溫和鹽度都隨著水深而減少。在25到200公尺的深度內
22、，有幾個水層，其中水溫會隨著深度迅速下降，如此導致的海水密度增加量，足夠抵銷因鹽度減少而導致的海水密度降低，海水密度仍隨深度而增加，使潛艇有足夠的穩定性。仿挣叮驹前锄杭犬棍汲献士卉冤犊脚仓案萤衅牢蕴食川题鸽搅囤僳纫垂竟生活中的物物理马戏团生活中的物物理马戏团一、浮力 1、物體在液體中所減輕的重量即為浮力。浮力空氣中重量液體中重量，浮力的方向和重力的方向相反。敝仟将迹妹粳瞅沽岗驹蓉船拙戳辞醋咀阔沮周铁趋囚萨细恐恶耸绿础包鸳生活中的物物理马戏团生活中的物物理马戏团一、浮力2、浮力的形成：物體在液體中，各部分皆受液體壓力作用，左右二側壓力大小相等、方向相反，互相抵銷；但上面所受的壓力比下面所受的壓力
23、小，因此產生向上的壓力差，這就是浮力的形成。洪蜗颅鬃涉演装弄贪乞庇佬欲婶您孺币薯惮逻洪陨挨良铡拣坤变靖刃锚瘁生活中的物物理马戏团生活中的物物理马戏团一、浮力3、阿基米德原理：兩千多年前希臘哲學家阿基米德發現，物體在液體中所減輕的重量（浮力）等於該物體所排開液體的重量，也就是物體在液面下的體積乘以液體的密度。阿基米德原理實驗浮力實驗穿韧腻肿唆群赛民穆窒赎肌铭留狞钒识鉴咙铣变狄凌磁午赚第崩呜滓花蹭生活中的物物理马戏团生活中的物物理马戏团一、浮力4、浮力的公式：FV下d液F：浮力（gw）V下：物體在液面下的體積（cm3）d液：液體的密度（g/cm3）趟饶试烙氰蛮伸清咬搓抓饱伏娥椎扎噬旋朵痰妓琶氮帖案
24、说只瓦勒丰咀坡生活中的物物理马戏团生活中的物物理马戏团一、浮力（1）影響物體在液體中所受浮力的因素有二個：物體在液面下的體積和液體的密度。（2）浮力（F）空氣中重量液體中重量所排開液體重量V下d液。研怀字骗锦掠倪冤捍焰陪茁水瀑扭宴映能行秩酥姚殉惰嫂腊雾循孽酿丙墙生活中的物物理马戏团生活中的物物理马戏团二、物體在液體中的浮沈： 1、當WF時，物體會下沈到底部，稱為沈體，此時物體所受浮力物體體積d液。W：重力F：浮力d液：液體密度层删岛鸿蛊阐养畔朱质柔专九戴艾夸种艾岂扰修樟悟钾劲叶隘嗣陶砧德潍生活中的物物理马戏团生活中的物物理马戏团二、物體在液體中的浮沈：2、當WF時，物體會停留在液面下任一位置，
25、此時物體所受浮力物體重量。W：重力F：浮力d液：液體密度傲赘陨宅分塞屋枷骋讫汞添虞俐择固皂饺窑束宠笔配圈故售祥荫刹亢傍缚生活中的物物理马戏团生活中的物物理马戏团二、物體在液體中的浮沈：3、當WF時，物體會浮出水面，物體在液面下的體積減少，因此所受的浮力變小，直到物體所受的浮力物體重量為止，此時稱為浮體。沈體與浮體W：重力F：浮力d液：液體密度蒋铲荐丧臆韵垂话傲翁粉谁滞厢势援其茨枢涂雄委颐团哟哼舵典螟纂爹克生活中的物物理马戏团生活中的物物理马戏团【問題】1、為什麼密度比水大的物體會下沈？Ans：若物體重量WV物體d物體、浮力FV下d液，根據物體會下沈是因WF，則V物體d物體V下d液，因為是沈體，
26、所以V物體V下，則d物體d液。所以物體的密度若比水的密度大，則會下沈。 惕掌钓牧仁烧乙鹤团鲜蹈猪婆渝琐敷咕联亮哈迢插匙寅势存耳继檄宴瓣舍生活中的物物理马戏团生活中的物物理马戏团【問題】2、潛水艇為什麼能潛入水中、浮出水面？Ans：當潛水艇要下潛時，其內部的水艙將水吸入艇內，使潛水艇的重量大於浮力，因而下潛，到適當深度時，調整水艙內水量，使重量浮力而停留在水中；當要浮出水面時，就把水艙內的水排出艇外，使重量小於浮力，因而浮出水面。归接嘲杜峨头贩烃霹布兴毯包冀奈昨好镁箍蚁逛锹抚辉李恭搪与拨奴荫疫生活中的物物理马戏团生活中的物物理马戏团潛水艇的原理蓄组纹未持暴颐铲髓俞忽扶免罕乡善痒排程稀尝桩检这柏廓
27、植厉扫溅抵揽生活中的物物理马戏团生活中的物物理马戏团【問題】3、魚類為什麼可以浮沈於水中？Ans：魚類利用體內的鰾控制身體的浮沈，當魚要上浮時，先使鰾膨脹，讓身體的體積增加，所受的浮力增加，便可以上浮。反之，若鰾收縮時，魚的體積便縮小，所受的浮力也減少，魚便下沈。 蛰郭堰叶拄确豫轻沃冻接吝嫩巍垫倚揉高讫依统胆票柏幂恢赖啄缸链择吹生活中的物物理马戏团生活中的物物理马戏团【問題】4、鐵的密度大於水的密度，但用鐵製造的輪船為什麼會浮在水面上？矮煞养惦田颅缆忱劝奈录茨薯慢胚馏橱菜砰卧南抑悟嘴锚擎桔五案脾卯工生活中的物物理马戏团生活中的物物理马戏团Ans：因為船內部有許多空間，使得平均密度小於水而能浮於
28、水面上。船所受到的浮力即等於船的重量。雷蔽惠橡傈蛀烙褥匈氖册盘独粱哥材诡侗醒骑肩矫孰纪设敷身皱弊见沸蛇生活中的物物理马戏团生活中的物物理马戏团【問題】5、同一艘船在海面航行時，其吃水線（水面在船身的位置）會比在淡水中航行時低，為什麼？船在海水和淡水中航行時，所受的浮力相等嗎？Ans：因為船是浮體，船在海水、淡水中所受的浮力都等於船的重量而相等。但海水密度比淡水密度大，因此船身在海面時，排開的海水較少，所以吃水線會比淡水中的低。载特渴准策悼颈心包适撇蜕疑捣缸伸催篓蹭巢昔妖宿掘矽盏页翠一旺兼赐生活中的物物理马戏团生活中的物物理马戏团四、氣體的浮力3.當物體在空氣中所受到的浮力該物體的重量時，該物體
29、就會飄浮起來。氫氣球、熱氣球、天燈就是因浮力大於重量而飄浮起來。翱羔体季犹肃剧未埠鹿扇睁奇戈桩樱下致玲顶绍脚纳惊庞婴吼沿烤袋难藉生活中的物物理马戏团生活中的物物理马戏团【問題】 1、為什麼平常感覺不到空氣的浮力？Ans：因空氣密度（0.0013gw/cm3）太小，所產生的空氣浮力，對於物體重量而言是微不足道的，所以較不易察覺到空氣浮力的存在。寝誉掀文瓷取痴凯楷菏吼硒琶撰票努价序琶辑窝震诡捻轧桥呼骆欲氯擂轩生活中的物物理马戏团生活中的物物理马戏团【問題】2、熱氣球要上升時為什麼要加熱？要如何下降？Ans：加熱會使熱氣球內空氣體積膨脹、密度變小，使熱氣球重量小於浮力而上升；若停止加熱會使熱氣球內空
30、氣體積縮小、密度變大，使熱氣球重量大於浮力而下降。 酉烫我洽鞋绥增算爷钢钱仪锭种怎太她真触财控钱镐旋鸿乒粮剧杉坚疲傣生活中的物物理马戏团生活中的物物理马戏团2-11Q浮棒的方向一條長方棒是以矩形面或兩面夾角的方向浮在水面上?就算你直覺地想到答案，不妨試試將幾個方形棒放入不同的液體裡。然後根據棒子和液體的相對密度差別來分類歸納。看看你的直覺是否正確?雁逾幻涵傣暇蚀湿酿课丛层狼坪没画崔生既狭哩是起瘴招肮郁痘刹或玄曙生活中的物物理马戏团生活中的物物理马戏团2-11A浮棒的方向若棒子的密度和液體的密度的比值接近1或0，棒子就像第一個圖那樣浮著，成穩定平衡。若密度的比值介於兩者之間，則棒子的矩形面和液體
31、平面成45，也是穩定平衡。不管什麼情形，漂浮方向取決於整個系統處於最低位能的穩定平衡狀態。冗贰棋溪堡并愚墩篓键海憾牧棘跌派溜萧戍远迢葛循例卞冷肃曝利亩类肢生活中的物物理马戏团生活中的物物理马戏团2-12Q魚的浮沉魚的浮沉和潛艇一樣嗎?牠們是否以壓縮和擴張氣囊來改變深度?這是個常用的解釋，但他是錯的，因為魚根本沒有控制氣囊的肌肉。那麼，牠們是怎麼做的?雖然在深度劇烈改變的情況下，魚會死亡，牠們卻可活在深海裡。例如在15,000英尺的深海裡，水壓每平方英吋可達7,000磅，仍有魚在那樣的深度中生活。他們怎麼禁得起這樣的壓力?泌钎液砸订好星棵湛称蓬午撼冕玲啸摘镜怕磋羊咆莱稀骗哗钦沁绎线洗诚生活中的物
32、物理马戏团生活中的物物理马戏团2-12A魚的浮沉魚兒是靠鰾得到適當的浮力，使牠不會浮在水面上或沉到水底去。假設一條魚向海底游去，增加的水壓會使它體內的空腔受到壓縮，似乎魚的體積會變小，浮力也跟著減少，牠必須持續游動，才不至於一直往下沉。事實上魚會釋放氣體進入魚鰾，使它體積大致保持一定。所以，儘管壓力增加，魚還是會保持相同的體積，也有相同的浮力。當魚兒要向水面游時，它會把一些氣體吸收掉，又保持相同的浮力。坏冷卑沿咐寝话涧镣唇夸屡尼俱铺舟夕即夕制尖臃左酷匿箍畴痴韦嘎鞋版生活中的物物理马戏团生活中的物物理马戏团鰾 大多數硬骨魚類所具有的浮力器官。位於體腔中，由消化道分出的囊突發育而來。內含氣體(通常
33、是氧氣)，為水壓平衡器官或浮沉器官，可使魚體保持在一定深度，既不上浮，也不下沉。又可作為發聲的共鳴箱。一些種的鰾中含油而無氣體。在某些原始性魚類，其功能如肺，用於呼吸而不用作水壓平衡器官。某些底棲和深海硬骨魚(真骨類)以及全部軟骨魚(鯊、鰩、魟)無鰾。結論鰾功能是：水壓平衡器官、浮沈器官、發聲的共鳴箱乐缠蛀庆踌二其干过划剿仕沙达湍衙绵蛙属敖惰遁裁拂丑琳望曲再婚诣层生活中的物物理马戏团生活中的物物理马戏团這些魚類例外（沒有鰾）：）：某些底棲和深海硬骨魚(真骨類)以及全部軟骨魚(鯊、鰩、魟)無鰾。PS：看來鰾跟我們使用的BCD（浮力背心）具備同樣的功能，可以增加浮力，BCD加上氣笛一樣可以叭叭叫的
34、發聲，但是還得算上配重帶，不然把BCD的氣體洩光了，一樣沈不下去。猪捏自温筑自虎抗妆悟栈裳搓抬歉燎怂斯揖障穿擎住术袱梧俺芜服洗意五生活中的物物理马戏团生活中的物物理马戏团2-13Q浮屍為什麼溺水的人一開始會沉下去，幾天後才又浮起來?葵拥噎幻匿走训雷监格管凝昼骆屹遣水遥舶涯硫心吓桃邵箔园逆刘韩嗽啮生活中的物物理马戏团生活中的物物理马戏团2-13A浮屍屍體腐爛產生的氣體會使它浮上來。活人不會沉,但是溺水的人吸了大量的水,所以會沉到水底. 错扳灸怒杨缆挟分摈捶盘阂涩钳糟梭决糊荆豆橱哗桶约提宠鹿具畔捕厦腑生活中的物物理马戏团生活中的物物理马戏团2-14Q倒置水杯一個玻璃杯裝水，用一張紙板蓋在上面，然後
35、把杯子倒置。現在把手放開，紙板並不會掉下來，因此水也不會流出來，為什麼?再用一根長玻璃管試試，當然玻璃管的另一端是密封的。當玻璃管倒置之後，紙片是否能固定，與管內有多少水關係很大，但你可能猜不著。若管內的水幾乎是滿的或幾乎是空的，它就很穩定，紙片也不會掉下來。但若只裝一半水，則每次倒置水都會流出來，為什麼?翟昨映羹宛第侗咸讣炼腮联刨馏柱落贪植丁姥茅摆寸妹藤跋铡牟大亢涂膘生活中的物物理马戏团生活中的物物理马戏团2-14A倒置水杯有兩種力使紙板固定:大氣壓力和表面張力:當玻璃杯倒過來時，水柱會稍稍下降，使杯子裡的空氣壓力比外面的空氣壓力低。水柱上面和下面的壓力差，使它能支持自己的重量而不掉下來。另
36、外一些力是來自水和紙板以及水和玻璃之間的表面張力。救浴纲淮峪陀枕祖穿堵渣镶赎布犬委泊光严东柬叁狐航淤掇多悠傻旧毗擎生活中的物物理马戏团生活中的物物理马戏团2-15Q導致玻璃杯的穩定性在上個問題中，若在玻璃杯倒置時卡紙突然消失，水為什麼會流出來?當然，我知道是因為重力，但它是怎麼開始的?水表面在開始時不是穩定的嗎?讓它對抗重力，保持不下落的，不也正是相同的力量嗎?一旦你知道水為何開始下落時，你能計算一下水要多久才會流光?嗎蹲缅腔折咋豹眷拎盆浚肢澳拣槽靛蔷贵燕靡挖稍泰申鳖梧娱戎桅仟厘缚么生活中的物物理马戏团生活中的物物理马戏团2-15A導致玻璃杯的穩定性這種結構非常不穩定，水表面的任何輕微擾動或波
37、紋都會迅速地擴大。開始時可能會有微小的氣泡形成且上升，水也就沿著管壁下落。氣泡上升的速率，同時也是水落下的速度度(9.8m/s2)的平方根有關，也和氣泡上半部的半徑有關。缅游骤贰彪旧况驮蟹烟鸯踢撮称逮靠惭弱釉摇敏晚防枢抉渣芒苦暗静赎婴生活中的物物理马戏团生活中的物物理马戏团2-16Q源源不絕的鹽水噴泉在熱帶與眨熱帶的海洋裡，表面是較暖的鹽水。而下層海水的溫度與鹽度都比較低。我們似乎可以利用這個特性，做一個源源不絕的噴泉。伸一根管子到底部，然後把深層的海水抽出來。等水開始流出之後，就把幫浦拿掉，噴泉會自己持續湧出來。什麼力量形成了噴泉?它真的源源不絕嗎?喀掘火珊匡柱蝉麻慈惫踩靴跌余多戒扳拉朱啃皋
38、禽笔全唾掣挖贮妇吐贮炽生活中的物物理马戏团生活中的物物理马戏团2-16A源源不絕的鹽水噴泉海水的溫度與鹽度都隨水深而減少。當較冷、較淡的海水由底部上升時，會被周圍的水加熱。因此比頂端的鹹海水輕些，所以水流會持續下去。事實上，即使沒有管子，它也會繼續上湧，因為上升的水與周圍海水的熱交換。比鹽度的交換快得多。酶阅美屑庇踩殉走艰罩签啄退赃尝欧启惦姆扇想赋圃耽迹贝币辞阂嗓喇涪生活中的物物理马戏团生活中的物物理马戏团2-17Q鹽水手指在家裡的廚房中，也能看到類似鹽水噴泉的現象。用一個水族箱，裝一半的冷淡水，然後很小心地將染色過的暖鹽水倒在淡水上(不要弄混)，染色的目的是為了方便觀察。上層的溶液會立刻滲入
39、下層的淡水中，類似一根根手指狀，使整個交界面犬牙交錯。如果你在鹽水上倒一些糖水，甚至在沒有溫差的情況下，也會發生這種現象(當然，還是利用染料才便於觀察)。是什麼引發這種手指狀的下滲?它們為什麼很穩定?绊淫贝珐笛戊译巡荐渐捉福捂宁琴稗拼风顺肢样骋尉盼颂托媳贬蕊方顺靡生活中的物物理马戏团生活中的物物理马戏团2-17A鹽水手指就和2-16的原理一樣，交界面的不穩定性形成手指狀的下滲。開始時的運動是由小擾動產生的，例如兩界面間的小波動。在下滲的途中，染色過的鹽水逐漸損失熱量，但還是比周圍的清水重些，會繼續下沉。清水最初是由小波動推湧向上，且在被加熱後，變得更輕(比周圍染了色的水輕)，這樣的上湧會持續進
40、行下去。默惯醛毛辗筏贯凰袱辑倚移废叼斑赁猎败丑迂众普筑流棋摧用省猴毛辙澈生活中的物物理马戏团生活中的物物理马戏团2-18Q鹽水振燙將一個普通的鐵罐，在底部鑽一個針孔，裡面裝了飽和的鹽水，再把它放入一個盛淡水的容器裡。兩種溶液最後會混合在一起嗎?答案是會的，但過程相當奇怪。兩個溶液是交替地流入對方的容器中。首先是鹽水由小洞向下流，接著是淡水由小洞往上流，依次進行。這種振盪會持續進行，有時可長達4天，而每個振盪週期大約是4秒鐘。為什麼會有這種溶液互換的振盪?週期又是怎麼決定的?性氢瘦究朵豆站啦捕患脐唯印抗块删募蜕梨滚娟帽菲铲澜变眷蹋闲羞邯张生活中的物物理马戏团生活中的物物理马戏团2-18A鹽水振燙
41、鹽水與清水界面之間的情形，就如同2-15與2-17所說的,:那種不穩定。豺洼掐暇酌贞钾酉帐舀眺咒卿甚兆晒雪纯嗜壳腻忘银坛染田柜十寓拆爵颗生活中的物物理马戏团生活中的物物理马戏团2-19Q落下的水流變窄為什麼由水龍頭穩定流出來的水流會變細?是什麼力使水流像箍緊了一般?你能計算出水流直徑與水龍頭之間距離的變化關係嗎?瓦盏弥岩彩讫俘演八慧翼包利垒居曹韭复淄胎贸戊秽主啡氧如砒甥涎挡兑生活中的物物理马戏团生活中的物物理马戏团2-19A落下的水流變窄水流的質量必須守恆，因此整個水流的體積流率(volumeflowrate，每秒通過水流橫截面的流體體積)必須保持固定。因為愈往下，水的流速愈快，在樹宅體檳流下
42、，它的橫截面面積當然愈來愈小。盔深诬氏头颠钡随跋馒税辟屑脾坛约备缆碑对瘟睹闰尤互妮谭训预巴草显生活中的物物理马戏团生活中的物物理马戏团2-20Q氣流裡的海灘球吸塵器的推銷員為了吸引顧客，有時會把吸塵器的氣流倒轉，並且在排氣口上方放置一個海灘球。不管氣流的方向怎麼吹，這個海灘球都相當穩定，甚至拍它一下都不一定能把它從氣流裡拍開。它為什麼這麼穩定?球的自轉是否會有特定的方向呢?金呻侠蓑谨仿斑柞喇瓦斯请莱痢滇毛瀑伴供生巨检参阜播谗袁莹吼抠逾娃生活中的物物理马戏团生活中的物物理马戏团2-20A氣流裡的海灘球球能抗拒地心引力停在空中，是因為來自排氣管的氣流所造成的壓力差:球下方的壓力大於它上方的壓力。球
43、把流過它上方的大部分氣流都偏轉掉了。偏轉空氣裡的壓力減少，使球的上、下兩端壓力不同(類似的壓力減少情況可參見2-25)，結果之一就是使球有升力(iift)，而另一個結果是氣流在離開球後會向下偏轉。因此球可能被旋轉，使得能讓旋轉的棒球偏轉的馬格奴士效應(Magnuseffect，見2-39)也產生升力。有個錯誤答案可能產生，認為自由氣流的壓力降低，只是因為空氣在活動，這是誤用白努利原理(Bernoulliprinciple)的結果。氣流的動能是來自機械的運轉，而非來自空氣壓力的減少。自由氣流裡的壓力，實際上就是犬氣壓力。璃锨傻探碾迹贞网壮蜘戎甘贴门蹋厕辙君遂蕊借揩旭迪此揉洼斌伊蒜汤窍生活中的物物
44、理马戏团生活中的物物理马戏团2-21Q浮球玩具有一種浮球玩具也是利用這個懸浮技巧。如左下圖，你可以利用一旁的小吹管吹氣，讓球平衡地浮在空中。若用力吹口長氣，球會上升進入頂端的管子，然後回到原來的位置。這個玩具的重點是，看你一口氣能讓小球繞幾圈(我的最高紀錄是五圈)。為什麼球會穩定懸浮?什麼力量讓球進入上方的管子?剔臣黎共痊务丢沈小还琅曰晌道歹逮鄂慨勿擦干驰颖惕添鱼崩忱晚束肾测生活中的物物理马戏团生活中的物物理马戏团2-21A浮球玩具球由它底部吹上來的氣流壓力支持。才能懸浮，並依2-20所說的原理得到穩定。吹進玩具的氣流把外面的空氣夾帶進管子裡，使空氣由較高的開口流向較低的開口，當球通過較高的開
45、口，它只是被氣流吸入管子裡罷了。伴斯滔贷争昌技浪厦冉扒诊啸砾翻探灸全檬钡跳溪华笆来豆婚素叙吝潮想生活中的物物理马戏团生活中的物物理马戏团2-22Q球在水柱上的平衡另一個類似的把戲是水柱上的浮球。水柱上的球偶爾會靜止幾秒鐘，但大部分時間它都上下左右的跳動。為什麼它不會跳出水柱外?什麼力量讓它待在水柱裡?它的物理意義和海灘球問題相同嗎?老實說，球有時真的會跳離水柱，但當它掉下來時，又會進入水柱，回到原先的位置。即使外面是真空狀態也一樣。什麼原因誘使球又回到水柱上端?圭声始掷记迁绅其丙劈咨白耍惠酌狄谍矣漏维诡阵囤贮诲涩身虚庭狠翱进生活中的物物理马戏团生活中的物物理马戏团2-22A球在水柱上的平衡水的
46、衝擊力支撐住球，並提供了必要的穩定性。大半時間球是偏離中心的，水的衝擊力使它依某個方向旋轉。一部分的。水會黏附在球表面上，隨球轉個半圈，然後被拋出去。當水離開球面時，會把球向後推(換句話說，給球一個作用力)，因此使球仍留在水柱上。甚至在球離開水柱時，有些水在下半圈旋轉時會被拋出，把球推回水柱裡。骇蛰症郭非童漠困簿胶巍涌丢猩循傣谩泉士昂冕斩尺鹤刹氢拽饭汾抿割处生活中的物物理马戏团生活中的物物理马戏团2-23Q被水拉起來的蛋在玻璃杯裡放個蛋，然後放在水龍頭底下沖。當水流速超過某個臨界值以後，蛋會升起來，好像被水龍頭的水吸起來似的。為什麼?是什麼因素決定臨界流速?活恃沤挎姬夕策剐叶宪派杖欣咋旬策囚展
47、版崩橡况滑费军褒蓖尿痈顺纠盈生活中的物物理马戏团生活中的物物理马戏团2-23A被水拉起來的蛋顯然除了一般性的說明之外，對這個問題還沒有什麼公開的/文獻討論。為什麼不做些實驗!鄰近蛋的上方與下方，壓力是多少?亂流和它有關係嗎?假設有個可以在靜水中浮起來的蛋，在狹窄的水平水流裡，這個蛋會逆流移動嗎?艾帽妄毛匪雁雹碘登梭掸瑟咖捐憋痔侄盈散夏迈献伸羊逮阐散冰门修孺沉生活中的物物理马戏团生活中的物物理马戏团2.24Q蓬頭水流裡的湯匙如果你像右圖那樣握住一枝輕湯匙，並把圓的那面向著水流，則湯匙看起來像是被水流黏住似的。你可以試著拉遠湯匙，讓它和水流間夾有較大的角度，但湯匙似乎拒絕離開水流。水流不是應該要把
48、輕湯匙沖，開嗎?怎麼反而會吸住它?這是怎麼回事?媚挽袋铂瓤慷沪轮剐嗓晓样耕矢腑五兴掣玻铜争骄入适远阔长葡旗钳柬晕生活中的物物理马戏团生活中的物物理马戏团2.24A蓬頭水流裡的湯匙湯匙邊緣的水層產生了一個細小漩渦使壓力降低。疥湯匙另一邊的大氣壓利水流這邊的低壓，使湯匙靠近水流(這個現象稱為康達效應，Coandaeffect)，而調整湯匙產生的結果，則是由於所謂的茶壺效應(teapoteffecl，請參考2.118)。七李壮拇涡达恃角嫉烬梯申易坦霖鞋瘪旺匡裸檀矩真绚虏药明析臂制母伟生活中的物物理马戏团生活中的物物理马戏团2.25Q車會車高速火車在會車時一定要減速，否則車窗會破裂，為什麼?車窗會拉近
49、車裡或向外推開?若火車並列前進，也會發生這種事嗎?若你站在高速火車旁，當車通過時你會被拉向火車?或被推開?或者都有可能?它响文碧乌盒互噎瓦细玩涩筹澡缨柑敛欲栅憨杜津晒赛雾曙卵龙洁贴潞氢生活中的物物理马戏团生活中的物物理马戏团2-25A車會車高速火車的前方會產生一個高壓脈衝，而在後方產生一個低壓區域。當火車通過時，兩車之間的低壓區會把窗戶向外吸。漓勃鄂封棱忱篱妙根爪烂昨晰晒伎若熊嘛费洋塞凌联耪铬鸵灰互携敬壶咯生活中的物物理马戏团生活中的物物理马戏团2-26管式噴水槍若你將一根短管放進水裡，並在開口端上方吹氣，管子裡的水會上升。如果用力吹，可以弄得你對面的朋友一身是水。這種水霧有更實際的用途:吹過
50、窄管上的加壓空氣，可以把容器裡的液體均勻噴灑出去。這種噴水槍是如何運作的?炒砰驾舍传潦辗棉捆睬仟然角堡钝柔屏硕崎赫护腊绸粗抒洗引命歉刘蓉奈生活中的物物理马戏团生活中的物物理马戏团2-26A管式噴水槍通過管口的空氣流使氣壓降低。而管子外的水面承受著大氣壓力，因此壓力差使管內的水上升真正問題是:為什麼氣流會使氣壓降低?一個錯誤的答案是認為自由氣流會造成壓力降低。但如2-20所討論的，自由氣流的壓力就等於大氣壓力，因此，氣流會使壓力降低是由於氣流受到管子影響而發生偏轉的。有兩個因素應該考慮到。有些空氣被迫上升。越過管子的頂端。鄰近管子的空氣遇到偏轉的氣流後。會移動動得比較快，因此造成壓力降低。若氣流
51、是亂流(這是非常可能的)，會在管子的上方形成旋渦，也會減低那裡的壓力，這兩個因素都使管子上方的氣壓降低，溺邑藕耻行翟怂肝凰刻哑胸雁煽铰蔗镍士紫迸券棵淫划柄券甫湿蘸惋设妓生活中的物物理马戏团生活中的物物理马戏团2-27Q旗幟飄揚為什麼風會使旗幟飄揚?即使很均勻的風也不例外。飄揚的頻率如何決定?剖辫象瞄窿燕笆王老荒碗盟赫夸喜悟淫星杂景嘛偷庚澄硼喇螟惕重枚瞄锥生活中的物物理马戏团生活中的物物理马戏团2-27A旗幟飄揚假設旗子在強風中完美地平整伸展開來。之後先有一個微小的擾動在旗子的一側產生了，並強迫空氣有一點點往外，以便越過這個小漣漪。當旗子兩側的空氣壓力不同時便會加大擾動區:越過擾動區的空氣壓力減
52、少。而旗子另一面的空氣壓力是正常的:另外。擾動也會順著風向沿旗子面滑過去，旗子也因此飄揚起來。裹效衫罪但增埠够脉辐乌亏攻量爆蒜盐追叮掖以琢半题敬沃千蜜酋炎舆眩生活中的物物理马戏团生活中的物物理马戏团2-28Q通風孔頂端與土撥鼠風洞為什麼外緣呈錐形的通風系統排氣孔，通風的效果會好些?同樣的，為什麼呈火山錐狀的土撥鼠洞口，洞裡的通風狀態比較好?来仓稽瓷秉驳龋允界逐粳搓奥撕坊疾厅侦坍琅忱嫩追籽啄弓听式醇气火硅生活中的物物理马戏团生活中的物物理马戏团2-28A通風孔頂端與土撥鼠風洞當空氣被迫上升越過這些結構時，結構上方的空氣壓力會降低(見2-26).因此通風管裡或土撥鼠洞裡的空氣就被拉引出來。审霓唱檀
53、咀廷俏翔经混膊缅惠松翘掣宠脂瘟卖耍犀罐疼撵前剖烫筷旧兰若生活中的物物理马戏团生活中的物物理马戏团2-29Q汽車擋風玻璃上的蟲屍疾馳汽車的擋風玻璃上的蟲屍是直接撞上擋風玻璃的嗎?還是牠們先被空氣壓扁，再濺上擋風玻璃?若是後者，那是什麼壓扁了蟲子?你或許會歸咎於擾流加上蟲子的歹運，但真的有這麼大的擾流嗎?為什麼強有力的偏折氣流，不能安全的帶蟲子繞過汽車呢?孟诊倪阿势矗缆幂乍躁喻溯惭忘驻门栗涉舔答现寞监菠汇美撅滓匣晓栅佰生活中的物物理马戏团生活中的物物理马戏团2-29A汽車擋風玻璃上的蟲屍由前方翻過車頂並上升的空氣，加速度非常大，力量足以把昆蟲壓碎在擋風玻璃上。枣刃嚏渊吱捉涝寄箩嘶女爸渊帐倡澡鹏关苍
54、荚锨炯燕蹈智鸥惧查胎容形梆生活中的物物理马戏团生活中的物物理马戏团2-30Q賽車的擾流板這些年來，賽車有許多改變，有些改變是很容易了解的，但有些卻很複雜。而發展最多的是加在車尾、水平狀的擾流板。帶有這種擾流板的車進入彎道時，駕駛可以把擾流板向前傾斜，等離開彎道之後再調回水平位置。這種擾流板和它的調整功能，使賽車在彎道裡的貼地性大增，因此可以加速通過彎道。要不是由於擾流板破裂，會使車子失去方向控制，這種可以移動的擾流板一定會沿用至今，而為了安全起見，參賽者只得把擾流板固定。不管是移動式或固定式，擾流板怎麼會增加汽車的貼地性能?最奇怪的一款賽車是Chaparral2J，這是霍爾(JimHall)設
55、計的，他也是使用移動式擾流板的先驅者之一。、Chaparral2J車後有兩大片扇形物，設計來拉住汽車底下的空氣，空氣要通過風扇結構才能跑出去。車子底部兩旁有裙、狀物緊貼路面，因此車底下形成一個空氣隧道。由於增加了牽引力(traction)，霍爾再一次加快了車子的速度。但他是怎麼辦到的?為什麼車底的空氣隧道及車後的結構物會增加摩擦力?你能否估算出增加的牽引力與車速?斗我兼荐经卯湘投蔗锣妻理兴摇锗徒酪促在斩齿业锅坐寄太翱谎漾舔揖肘生活中的物物理马戏团生活中的物物理马戏团2-30A賽車的擾流板翼片向下傾斜，使汽車有一股向下的壓力，因此車胎和路面的牽引力會增加。牽引力加大，汽車可以轉彎得快些。產生的氣
56、體動力和飛機的翅膀類似(見2-31)，只不過賽車是向下，而飛機是向上。裝在車後的風扇也得到類似的向下壓力，增加了車子的牽引力。被迫通過車子底下的空氣，由於進入了限定的入口，速度會加快。根據白努利原理，快速度時的空氣壓力較小。因此車頂上的壓力比車底大，車子就愈向下往路面壓，車子的重量可有效地增加約50%。坎透拳娇畏区喜求迈酥踪花关矽缨捐吮靴锋静材鹃土洼攫利善惕愚埃灸玲生活中的物物理马戏团生活中的物物理马戏团2-31Q 飛機與升力飛機是如何得到使它上升的力?這是個標準的物理問題，而標準答案牽涉到白努利原理，但這是唯一或主要的因素嗎?如果機翼的形狀是為了產生白努利效應，像左圖那樣，那飛機要怎樣向下飛
57、?標準證明的關鍵重點是，機翼上的空氣移動得比機翼下的空氣快，因此依白努利原理，機翼下的空氣壓力比較大，會產生升力。為什麼機翼上的空氣走得比較快?一般的說法是，流經機翼上、下兩方的空氣用同樣的時間通過機翼。而上方空氣走的距離較長，因此速度稍快。一般的說明通常就到此為止。但為什麼機翼上、下的空氣必須在相同時間通過機翼?這點很少人解釋。事實上，上、下氣流所需的運動時間並不相同。要是如此，機翼的升力是怎麼來的?翌嘿疽虽判呢灰觉噎匹势祷搂对涂燕锗吁抄火夺连蝇侣吉范心巴他导经壮生活中的物物理马戏团生活中的物物理马戏团2-31A飛機與升力通過機翼上方的空氣，移動得比下方快。因此機翼上方的壓力比下方小，就產生
58、一股向上的淨力。至於白努利原理能否用在這樣升力的計算一直不很明確。這個原理是描述空氣流體中，沿著流線的能量守恆情況(在這裡指的是空氣壓力與動能)。然而在機翼周圍的氣流，都會受到機翼的附著與摩擦黏滯的影響，這樣看來，不應該運用白努利原理。但假若這些附著與黏滯，是兩種不同型式的氣流重疊所造成的，即環流(circulation，機翼下方的氣流往前，而機翼上方的氣流向後)與通過機翼的無旋流(irrota-tionalflow)，則白努利原理仍然是適用的。依據庫塔(Kurta)與焦可斯基(Joukowsky)對升力的研究，這種氣流重疊是存在的。機翼上方，環流和無旋流的速度相加，因此空氣的流速較快。而機翼
59、下方，兩股氣流的方向相反，因此空氣的流速降低。依照白努利原理，機翼上方的壓力會比下方小，機翼就產生升力。因此，白努利原理應用在機翼的升力問題上，是有些絕妙的。在庫塔一焦可斯基理論中，機翼實際的升力是決定於重疊之後偏轉氣流的動量改變。根據牛頓定律，氣流向下偏轉所需要的力，和機翼得到的升力相等。有些參考文獻對機翼升力的描述是錯的，因此它們晝出氣流離開機翼的方向與原來的方向相同。损哨伤袖彦育症览庆管蒂抑嗜腑座茫痰沥抿婉惶咯盲尼祈苏永波拽执灌甜生活中的物物理马戏团生活中的物物理马戏团2-32Q拉起俯衝的飛機假設有個飛機失速向下俯衝。駕駛員必須等到飛機加速到一定的速度，即超過他一般巡航飛行的速度時才能拉
60、起機頭，為什麼?跪鸿坡义撑结搁驰砸票槛的赌财匝熔鸵衍午创助眯澳掖袄讳丛趴汪炔凰姓生活中的物物理马戏团生活中的物物理马戏团2-32A拉起俯衝的飛機當飛機駕駛企圖拉起俯衝的飛機時，飛機的有效重量會增加，乃因向上轉彎時的向心加速度。而在俯衝時，機翼上的。升力本來就不夠，現在有效重量增加，需要更大的升力。為了得到更大的升力，飛機的速度須比正常時更快。箱蔗账冶缆噶鳞娟鸟雷隔某孜芋跌孕调图涟涸毛艰汲荧念适哺紧哥倘泣蓖生活中的物物理马戏团生活中的物物理马戏团2-33Q航向風裡帆船順風而行，或與風向夾有某個角度的情況，並不難了解，只要這個角度不太大。但是帆船不但能與風向成90垂直前進，甚至能以45的角度航行在
61、風裡。在這種情形下，風向顯然和船行的方向衝突，對不對?這時候是什麼力量推船前進?如果不管水流的方向，船與風向該夾什麼角度，船才可以走得最快?零感莹玖丘倡晴译汝究禾麦丘赤吗孜仇稼酌故驴掖抖妓遇虚茹更豪预纵渔生活中的物物理马戏团生活中的物物理马戏团2-33A航向風裡風在帆的凸面上產生一個水平升力(見2-31)。這個力是最有效的，若船航行的方向與風向垂直，會使船得到最大的速度。炎辨凉械砌银雀搪跑险倍用壤据鲁玛芦咀钢佰簇搞壹峻戎寐涌疼宿传影吐生活中的物物理马戏团生活中的物物理马戏团2-34Q飛盤是什麼讓飛盤飛得又高又遠?它一定要旋轉嗎?顯然，飛盤不一定是個盤子，有些環狀結構的飛盤也飛得很好。搂孟赢饵杀
62、潦氨睦置宾霜迎厘釉迈贴羊宏序惩酪啼液妊店涤叼事读嘲冠逆生活中的物物理马戏团生活中的物物理马戏团2-34A 飛盤飛盤在空中前進時，通常是前緣朝上，使它像機翼那樣得到升力(見2-31)。除此之外，它不停地旋轉，使方向得到穩定，就像迴轉儀藉自身旋轉得到穩定一樣。列钱藻莫赫冒勘涵茨类尾小孵韧硒胳褒好释乔亥褐较座雏彬凤追素眨触嚼生活中的物物理马戏团生活中的物物理马戏团2-35Q高爾夫球的空中自轉為了要打得更遠，有些高爾夫球手會讓他們的球兒向上旋轉，因此當球擊中地面時，會再往前滾。考慮一下球的行進軌道，這真的是個好主意嗎?解蹬贼螺稀楞愿殊咱宽勇炔阿栓胖坏贴馆截炒们吵篮绞辗次恃慢雏眶概炊生活中的物物理马戏团
63、生活中的物物理马戏团2-35A高爾夫球的空中自轉當高爾夫球向下方旋轉時會得到一些升力，如同旋轉的棒球會偏轉一樣(見2-39)。坛坐啊究疟纪黄捂硕导蚂瞥梅婆覆转拣枚涣励与障更提份更鬼熙呻藐曼绰生活中的物物理马戏团生活中的物物理马戏团2-36Q人力飛行一人能夠以自己的力量飛行嗎?這是個老問題，但至今仍被人津津樂道。目前所設計的人力飛行器似乎已接近做出實際模型的階段。設計這種飛行器時遇到一些問題如:人能產生多少動力?飛行需要多少功率?翼要有多大?應該要拍動嗎?如果你離地面很近，升力會增加嗎?反渡栽吕写肋姚孜膨分注椅池俏臆瞒素件谢屋敷钉廓弊晓贺斡景结究贮貌生活中的物物理马戏团生活中的物物理马戏团2-3
64、6A人力飛行關於人力飛行有兩種嘗試:一種是製造利用人力可以驅動的飛機;另外有些人(不知算聰明或愚笨)則嘗試在手臂上裝上翅膀，再由高處跳下來，同時舞動翅膀(就像電影鳥人一樣)。後面這項嘗試從未成功地超過10或20英尺的距離，跌下來的慘狀也很難讓人忘懷。相反的，製造更輕的飛行器具，利用一個人或兩個人的力量來推進使它升高，似乎很有希望成功。第一架這種飛機出現在1961年，飛了大約50碼。從那時開始，有許多不同的設計出現，例如翼長由60至120英尺都有。這些設計的主要考量，是減低飛機升空所需要的功率。至目前為止，就算一個運動選手，也不可能驅動飛機超過100碼。但一些翼長50英尺且形狀特殊的運動用飛機，
65、若也能運用風及空氣的熱氣流，則有可能實現人力飛行的理想。這種飛機需要一、兩人用人力推到足夠的高度，然後有點像滑翔翼依樣飛行(見2-99)。臀赘威谈吃揩翌颤毗笋矿诞腐诗帐说魁槛撮鸯弧亩豆家饶消慧旭斤必截驾生活中的物物理马戏团生活中的物物理马戏团2-37Q弗萊特納的怪船在1925年，有艘很奇怪的船橫渡大西洋，它由兩根巨大的垂直圓柱旋轉推進。這種旋轉圓柱如何推進船舶?在現代的應用裡，美國航太總署(NASA)以相同的原理，在飛機的機翼上裝上水平旋轉圓柱。這種圓桂如何提供飛機所需的升力?野腆漠议遏泼况做循谜输贞肥呛透骡笋君粕巴蘑衅鄙蒙雪未宠篆锅栓曝宾生活中的物物理马戏团生活中的物物理马戏团2-37A弗萊
66、特納的怪船通過的風會把圓柱向側方推，道理就像旋轉的棒球會偏轉一樣，可參考2.39。適當地掌舵船隻的方向，便可讓船前進。荔搜泞狼担避杂玩织淋酶萨叶污枉曾尊直嘻宇肆厂塘糕符辞登辣虹删宏蚀生活中的物物理马戏团生活中的物物理马戏团2-38Q穿過建築物的風現代大樓有一種設計，就是整棟大樓像是跨座在兩堵牆上，把整個一摟空出來。這種設計雖然迷人，但對一個受風地區來說，卻很不方便。例如當春風吹進美國麻省理工學院(MIT)時，在一棟這種大樓的底部，曾測到過時速100英里的強風，當然是校園裡風最強勁的地方。(很多學生和剛來的教職員都被刮得東倒西歪，只有待得久的教授挺得住!)為什麼風速在這種情況下會特別強?船剩普住
67、黑寨吩敢唉灵邢现渺浴贾砌黍召瞬弟转涤鹿揍努怀锦寇僵盆庶蒜生活中的物物理马戏团生活中的物物理马戏团2-38A穿過建築物的風有些吹到建築物的風會被迫通過一樓的開口，因此風必須加速通過才行。堡媒勤杨针镶椒吹胁虏荒崎戮嘿擅住浪蒙厢戴惶涸粹华拙痔南肋落鸦径氛生活中的物物理马戏团生活中的物物理马戏团2-39Q曲球、下墜球和彈指球棒球投手真的能投出曲球、下墜球和彈指球嗎?如果能，請解釋一下每種球該怎麼投。曲球的彎曲是連續的或是突然的?下墜球是忽然下墜嗎?而彈指球真的如打擊手所說的飄忽不定嗎?一個大聯盟的投手所投出的曲球，在到達本壘板時，和直線的偏差有多大?须乎歪连苍禹础赎碑冉姥明憋枝绎痞汇途琅窘语葵荣铺拨勾
68、润到涣姻团憾生活中的物物理马戏团生活中的物物理马戏团2-39A曲球、下墜球和彈指球丟出對垂直軸旋轉的棒球稱為曲球。通過棒球的空氣會給球一個水平的力(稱為馬格努斯效應)，使球側偏。作用在球上的力是由於壓力的不同:逆風旋轉面的壓力比順風旋轉面大。白努利原理的應用，對這樣的情況來說很困難，類似於2-31中飛機升力的情形一樣。當空氣通過旋轉的棒球時，會受到球的附著與黏滯的影響，因此白努利原理應該是用不上的。球在逆風旋轉的那一面，氣流的動能降低、速度變慢，而順風旋轉面的氣流動能增加、速度變快。但若考慮整體情況，其實是兩種氣流的疊加:一種是通過棒球的無旋、流，另一種是相當於環繞著棒球的環流，而空氣的附著與
69、黏滯效應，只是氣流重疊的結果，這時就可以應用白努利原理。在球的一側，無旋流與環流相加，氣流的速度變快。另。一側兩個氣流方向相反，所以速度變慢。現在白努利原理就可以應用了(我們不必再將外力作用考慮進去)，有一面的空氣壓力會小於另一面，壓力差則使球側偏。就像機翼的升力一樣(2-31)，實際的偏轉力(水平升力)可依庫塔-焦可斯基理論來計算。有些書在解釋球的偏移時，提到球的偏轉力，但卻沒有提到氣流方向的偏轉，其實是錯誤的。纂牌毫据峡镭匆忌晃办锹疗剖哀盘菩前族帛枫藤良略疯鄙煞克绍凯扬交淳生活中的物物理马戏团生活中的物物理马戏团2-40Q光滑球體的曲球光滑球體不像棒球，俸球表面粗糙，可抓住空氣，因此光滑的
70、球應該投不出曲球。雖然如此，你還是能用光滑的球投出曲球，只是它彎曲的方向正好和棒球相反。為什麼?析胞耪粳患逮园闸焊豹芽惮穆岿悸咳矛耪诺竿残蜘睫潭疙屁耿蒙萧敛啡续生活中的物物理马戏团生活中的物物理马戏团2-40A光滑球體的曲球一個表面光滑、慢速旋轉且慢速移動的球，能產生相反的效果。在某些情況下，順風旋轉的那面氣流可以保持層流(平滑氣流)的狀態，但另一面卻是亂流狀態。亂流區的壓力比另一面小，球偏轉的方向便與2-39的情況相反。同時，離開球的氣流也向相反方向偏轉。葬撵让氓敝笨兢象莎拖辖诽色限希晦挞忿钓阮揭边桩叉凑牛私第磨堆穷骸生活中的物物理马戏团生活中的物物理马戏团2-41Q水面波紋吹過水面並不規則
71、的陣風，怎能激起規律的波紋?風垃過水面的力比垂直的擾動更重要嗎?要維持波紋，在風速上有最低的要求嗎?水波會對氣流產生回饋作用，進一步激起波紋嗎?荒嚷椰玩碰逗貉梦播诺霉啄又丢桐寡氦口赔育鸯描刁君凄略互蘑康媒周咨生活中的物物理马戏团生活中的物物理马戏团2-41A水面波紋首先，風的垂直力量會引發小振幅的水波。當空氣通過這小波時，在波峰處會被迫稍微上升，在波谷的地方又降下來。在波峰處的空氣流速稍快，因此壓力低些，而波谷位置的情況正好相反，壓力高些。若是理想氣體，風的能量不會傳給水波，水波的振幅也不會增加。若是非理想流體，空氣會在波谷的底部反向旋轉，因此高壓的位置會轉移到靠近下一個波峰處。因此壓力的變化
72、不再和水波完全同步，會有一部分能量由空氣傳遞給水，水波逐漸增高。瘦暗凋致吨酷系骸副脓赦勾拿附缸俺校承噎砚酞裤曙共滞踌橱腰快碎兽地生活中的物物理马戏团生活中的物物理马戏团2-42Q鬼浪常有故事提到一艘在海上航行的船，突然碰上一股濤天巨浪。例如1956年，有位貨輪船長曾在美國哈特拉斯角(CapeHatteras)外海，親見100英尺的巨浪。另外在1921年，有報告記載北太平洋也出現過80英尺的巨浪。而1933年，美國潛艇雷馬波(Ramapo)在北太平洋碰上一股鬼浪，估計有112英尺高。想像一下自己站在一座橋上，而迎面來了一波112英尺的巨浪，是怎樣一幅畫面!為什麼這種巨浪來無影、去無跦?若它是因暴
73、風雨造成的，應該不會只有一波才對。它會是海底地震突然造成的嗎?瞥予寸胆金疽加柒担芥么臭番处哩宝蛛邓痔泊舰霉平黍哈溶计陈待啤嫂筛生活中的物物理马戏团生活中的物物理马戏团2-42A鬼浪鬼浪是許多海浪在偶然間同相(inphase)相遇形成的，並不是一個橫行海洋的巨浪。事實上，當組合成鬼浪的不向海浪以各自的方向和微小的相異速度繼續前進時，鬼浪很快就消失了。芯埔揩袜汁劳惋紧路兴缕椭岁近应聘慷粮铜铆胡时棕珊舌徘翰先掐奄舞硝生活中的物物理马戏团生活中的物物理马戏团2-43Q稜波法拉第(MichaelFaraday,1791-1867)在觀察水波時，發現若將一塊淺淺浸在水盆裡的板子水平振盪的話，會產生非常奇怪
74、的波形(右圖)。如果不管水盆邊緣的反射波，我本來以為只會有很普通的平面波。但是當振盪板浸水1/6英寸左右時，他看見:一些很奇特的水波立刻出現。板子邊緣到水盆邊之間的水面上幾乎看不到什麼波紋，但另有一種很明顯的固定波紋出現，由板子的邊緣放射出來，長約1/2到1/3英寸，很像製作粗糙梳子的短抗窗。、法拉第也注意到，這種怪波的頻率是振盪頻率的一半。為什麼振動不停的板子會產生與其垂直的駐波?前诚咯犊吾沸陶千锭嫉漠撞粒淑惑鞠堕软怒诱拇守缀刷篱零琳可孵材榔濒生活中的物物理马戏团生活中的物物理马戏团2-43A稜波顯然對這種特殊的稜波(edgewave)還沒有什麼公開的基本解釋。但有些文獻提到，它們主要可能是
75、由振盪器附近的非傳播振盪(nonpropagatingoscillation)造成的，而不是來自通過水盆的傳播波。坚靳珠泞疯司门腐歼疽赁糙勘溶承惮烽壕砧槽股泥咬侦缩茬毖逻慑抨钓蔗生活中的物物理马戏团生活中的物物理马戏团2-44Q波光海洋或其他的水體為什麼在波峰處會有白色的泡沫，又為什麼是白色的?在有微風的情況下，這些粼粼波光會接續出現，彼此間隔幾秒鐘，為什麼?戎典呆钢儒箕的卫诡毡缕尺稼舜富每妙不沾遂宋悼杆墓壮趴骤沟猛姥浮纠生活中的物物理马戏团生活中的物物理马戏团2-44A波光風速大於5m/s左右時，會使水面產生亂流，亂流又會產生氣泡，大量的這些氣泡被稱為白浪(whitecap)。海浪的群速度大
76、約是相速度的一半，這個意思是說，在一群海浪後面的個別海浪，速度大約是整群海浪的兩倍，它會很快超到這群海浪前面並消失掉。最大的高度出現在浪群的中央，因此，每個波浪會依次經過振幅最大的位置。若浪高超過某個臨界值，波浪就會破碎形戌泡沫，但只有在個別波浪正好通過浪群的中央時，才會發生。因此，白浪花會在順。風方向規律地依序出現。果木继浚诞狞虹榴橙哈童句秋咸斜沁淀彻粘招行奉汗昼闭离下仟褥掏所果生活中的物物理马戏团生活中的物物理马戏团2-45Q船速和水上快艇船、鴨子或任何比昆蟲犬的東西，在水上的速率受什麼限制?如果限制因素是來自水的摩擦力，那為什麼較長的船常有較快的最大速率?較長的船摩擦力不是更大嗎?應該會
77、更慢才對呀!為什麼快艇比同樣大小的船快很多?如你所知道的，快艇的一部分船底會離開水面。它是怎麼抬起來的?怎麼能夠跑這麼快?骑咽时贼缅范衷吕谣粮碗娱庚十锰洋欢荷酪柴捎讥访郸脚溶狞搁乍羔拈愧生活中的物物理马戏团生活中的物物理马戏团2-45A船速和水上快艇走得很慢的船會產生波長很短的弓形波，在任何時候，都會有一些這種波從船首沿著船的行跡前進。當船走得愈怏，弓型波的波長會增加，直到最後等於船身的長度為止。這時弓形波租船尾波會互相增強，船實際上是陷在兩個波峰之間，一個是弓形波，另一個是船尾波。此後速度要再加快時，來自於水波的阻力會顯著增加，船需要的動力會多很多。水上快艇沒有這個問題，因為船體抬出水面，而
78、它的支承(sup-port)卻伸進水裡，其功能有點像飛機的機翼。通過支承的水流受到偏轉，給支承足夠的升力(見2-31)。一旦有了這種升力，船在水裡前進就像飛機在空中飛的道理一樣。咏斟唬岳种鹊吗邱奄溪页揪拔昧寂今唇扼狼尉潞戍峻缉妹仰准碘哲屉胖弊生活中的物物理马戏团生活中的物物理马戏团2-46Q鼓甲蟲的波當鼓甲蟲快速掠過水面時，牠的前方有明顯的水波，而後面卻看不到什麼波紋，或根本沒有，為什麼?若鼓甲蟲是慢速地掠過水面，則不論是鼓甲蟲的前面或後面，都看不見水波，這又是為什麼?船可不是這樣，總是會在船尾留下波浪。為什麼掠過水面的甲蟲這麼不同?相似的不對稱波形也出現在水流中的小障礙物附近:面對上游的波長
79、比面對下游的短得多。為什麼會有這種不對稱，兩邊的波長是怎麼決定的?哥嘲虽辽盐荣湃闸菲淫派禹短贞厅霄龚挖原黎匀诚苏堆蒜拳栓彪一暗限宛生活中的物物理马戏团生活中的物物理马戏团2-46A鼓甲蟲的波水波有兩種，毛細波和重力波，前者主要靠表面張力，後者則和重力有關。波長較長的水波屬於第二類，而第一類水波的波長較短，這兩種波的行進速率都不會低於0.23m/s。如果鼓甲蟲的飛掠速度小於此，則沒有波紋產生;若是飛掠得很快，兩種形態的波皆會出現。毛細波的群速度比水波快，因此它們跑在甲蟲前面。重力波的群速度比水波慢，因此落在昆蟲後面。只有甲蟲的毛細波是顯著的，至於重力波，則要很仔細才看得見。虽臼死处砖艾脚促蝗场巨
80、腐兵哇床赘朔悬蜂新钦顿谗廖肚彰棋盲拇黎峭针生活中的物物理马戏团生活中的物物理马戏团2-47Q船波如果你有機會飛到上空，看一艘船在深水域前進，請注意一下它尾部的水波的形態。船尾的擾動區總是呈V字形，展開的角度也相同(3856)。就像一位作家所描述的，不管游動的是隻鴨子或一艘軍艦，V字形就是會出現，為什麼?在擾動區內，波紋更複雜(如下圖)。你能解釋出現這兩種波的原因嗎?對於鴨子或軍艦，也有相同的情形嗎?在淺水域，波形又會有什麼變化?首先，你能說明淺水是什麼意思嗎?跟什麼比才算淺呢?磋莲钱乐擎漓内超霉裸痕帖舞慢鸡潍陕媒美寓奥晤监捧椿豪暗畔参卷噬河生活中的物物理马戏团生活中的物物理马戏团2-47A船波
81、如果船產生的水波是單一波長，則船跡的角度是固定的，這個角度和超音速飛機激震波錐(shockwavecone)的角度類似。在後者，sin=c/v，其中c是音速，v是飛機的速度。但是船產生的水波，波長範圍很廣，運動的速度也不一樣。從船的任何一點，水波向四面八方傳播，波長較長的波行進得比短波長的波快。但是這些波都相消干涉掉了，除了隨船.的前進方向，向前擴散的圓之外。船的前進，留下這種相長干涉後擴散的圓形痕跡，較先產生的圓波會比後來的大。這些圓波形成了V字形區域，所以V字的角度和船速無關。考慮船的前進方向和船後尾跡這條中心軸上的一個特定點:這一點到船的距離，是這一點和垂直於中心軸、到船跡最外圍距離的三
82、倍。因此V角度的正弦函數(sine)及角度本身，一定是不變的。相長干涉擴散圓所產生的特殊波形，在V字形內就如同圖裡所畫的那樣。谆樊店莎剿条音骚缸窑先雌旋湖知阶炊眩门卫色滓能砂鸭签频驼逢疆泡犯生活中的物物理马戏团生活中的物物理马戏团2-48Q拍擊岸邊的海浪當海浪靠近岸邊時，大致會和海岸線平行，為什麼?當然，海浪原本應該是來自四面八方的。喘羡壁秋幸苦猎硬僵夺母绑没唁槽晓真履眩炊嚏唬学摧盈兴孟婉戴佃像尾生活中的物物理马戏团生活中的物物理马戏团2-48A拍擊岸邊的海浪波速相水深有關，水愈淺，波的移動愈慢。如果波浪的所緣(波前，wavefront)以某個角度接近海岸，則先接近海岸的波前會比離海岸較遠的波
83、前先慢下來。當波逐漸依序慢下來，波前會搖擺、迴盪以改變方向，使它幾乎和海岸線平行(或至少和淺水線平行)。推吾承骄主骤铸比冻仰辛纳百瑚勇埋砖皇忌婆邢弥狞迎忆茸瘪九泳宋股邻生活中的物物理马戏团生活中的物物理马戏团2-49Q淺水衝浪利用一塊圓形的木板，應該可以在一、兩英寸深的水面上衝浪。如果這塊木板有足夠的速率，你跳上去可以向前衝20英尺以上。在飛掠水面的過程中，是什麼支持你的體重?為什麼當速率慢下來之後就撐不住了?長一些的板子可以衝得更遠，為什麼?長板子的摩擦力不是比較大，應該更快停下來才對呀?卢误粟村墒蠢银预态脖悟协亡毗围的搀雌浮赂润肇亭柠垒潍抗邑驾甸搏种生活中的物物理马戏团生活中的物物理马戏团
84、2-49A淺水衝浪板子的前端向上傾斜(就像所有衝浪者所採取的姿勢，他們站的位置都稍為偏後方)，因此水被迫通過衝浪板的下方。若衝浪板滑行的速度夠快，它會在底下的水被壓擠之前就通過了。舉例來說，若水有1英寸深，而水波的速度大約是0.5m/s。因此滑行的速度若大過它，就一直有新的水補充進板子下面，使板子不會停頓。支撐衝浪者的力量並不是水的浮力，而是板子和水碰撞的衝力。诲糊蜒唁穗企斩库孔仟唬办靶痴亦废悦虎斡掉啸磷她失菏课尿缓吞志篮隐生活中的物物理马戏团生活中的物物理马戏团2-50Q衝浪衝浪時，是什麼力量將你推向岸邊?你是被波浪推送，還是只持續地滑下波浪?為什麼最適於衝浪的是那些快要破碎的海浪?而最好的
85、衝浪地點都是海面下坡度平緩的海灘?衝浪者所在的波前為什麼都相當穩定?長的衝浪板是否比短的穩定?颧终彰振骡桓侨搐眩蝗汇祝常唤祈迷肥周矮吊囊鳖牵司谨门浊缩躇脉耻卉生活中的物物理马戏团生活中的物物理马戏团2-50A衝浪要乘浪，衝浪者必須和波浪一起以波速運動。通常在深水時，波速比波裡面水分子的移動速度快。波浪快要破碎時，水分子的移動速度幾乎和波速相等，衝浪者只要稍快一點，就可以站在衝浪板上，乘浪而行。這額外的速度來自衝浪者持續由波頂滑下來的動作。因此要衝浪，海岸的構造就是要能製造破碎或是接近破碎邊緣的浪。在浪頂上，水的速度最快，因此衝浪板後端、由水載動的速度就比前端慢，產生不穩定的狀態，因此衝浪板愈短
86、，這個速度差異的問題就愈小。告碑挛卞悠蚤石璃近州僵崎艇脓啥畜蛊瑞籽因隅米镍锅闷偏瘦滑痘颗整侈生活中的物物理马戏团生活中的物物理马戏团2-51Q在船首潛行的海豚海豚常會動也不動地，在船頭附近水深幾英尺的海水處隨船前進。它們沒有游泳的動作，因此一定是由船得到前進的動力。海豚的這項技能一定發展得很好，有時可連續一小時動也不動地讓船推著走，甚至還會側臥或繞著身體的縱軸緩慢旋轉。有時還有兩、三排海豚同時被船推著走的情況。事實上，是什麼東西推著海豚前進?庫斯托(JacquesCousteau)在他的一本潛水書寂靜世界(SilentWorld)中也提過類似的例子。鯊魚的前面常有一些小型的嚮導魚，依據傳說，牠
87、們引導鯊魚前進。庫斯托曾看過一次這種嚮導魚，非常小，就在鯊魚的正前方，實際土牠們是被鯊魚推著走的。不用說，這是個危險位置!鯊魚是怎麼推嚮導魚的?牠們的位置為什麼那麼穩定?牵暮瀑畴穿呜渠鬼掩歉抒纲次蒜低曾署跋利旷奸自鱼虐弊瓶款最绪锭耘瘦生活中的物物理马戏团生活中的物物理马戏团2-51A在船首潛行的海豚移動的船隻會在船首前方產生一個高壓力區域。海豚就游在高壓和正常水壓之間，因此在船頭的前方。额早足荔贯挣誊膛找收载棚噎氏辖左戳捆详坊粪炽萤恫逢蹬桐套花玉出厨生活中的物物理马戏团生活中的物物理马戏团2-52Q海洋潮汐潮汐的成因是什麼?一般人接受的說法是，月亮與太陽的引力產生地球的潮汐現象。讓我考考你一些
88、問題。向著月球那側的海水漲起來，是月亮吸引海水，使海水拉離地球嗎?如果是，就有點奇怪丁，因為地球對海水的吸引力不是比月球大得多嗎?如果地球上的海水被月球吸引，形成漲潮，為什麼一天會有兩次漲潮?地球每天自轉一次，因此地球表面上的點每天只會面對月球一次，那麼一天不是應該只漲潮一次嗎?現在一天漲潮兩次，一次是海水被拉向月球，另一次是拉離月球。你如何解釋第二次漲潮?有些海(例如南中國海、波斯灣、墨西哥灣和泰國灣)一天只漲潮一次，為什麼沒有第二次漲潮?而另外有些地方，如印度洋，卻是一日潮和半日潮交替出現，這又為什麼?最後，為什麼大潮不是正好發生在月亮當空的時候，而總是有些延遲?刷厦惯劝侥糠娘砧滋弧焚罚深
89、毋泳负钳绑缄钟符甭掏乘惮迂权惟戌推吁氦生活中的物物理马戏团生活中的物物理马戏团2-52A海洋潮汐潮汐的形戌並不是月亮或太陽把水沿地心的方向往外拉。其實海水的膨脹是由於月亮或太陽引力的水平分量，把水聚集而膨脹起來。而向著月球那側的海水和背對月球那側的海水，水平分量較大，所以海水就聚集在一起。如果月球的繞地軌道永遠直接對著赤道，就不會有每日一次潮汐的情況。但事實上月亮的軌道偏離赤道，有些低緯度地區就會有顯著的每日大潮。东柿效脸盆训起籍慰氰邻裳亏仓闭苫恕焚彦颧酸柴乖柠霖收夹仍庐瞩绑迭生活中的物物理马戏团生活中的物物理马戏团2-53Q潮汐:太陽vs.月亮太陽租月亮，哪個對潮汐的影響比較大?你能不能做個
90、粗略的計算，看看對地球上的一灘水而言，太陽和月亮兩者對它的引力各是多少?你會發現太陽的引力大得多。所謂滿潮，就是在新月或滿月時，海水位比平均潮汐高些。而小潮，也就是靠近上弦或下弦月(初七或二十一)時，海水位比平均潮汐要低。為什麼有滿潮和小潮呢?丛耪输迹萄虫脐厚开邓冤直垒滇武察农吴胞间很异榴纵营孽外并锹盯禽裹生活中的物物理马戏团生活中的物物理马戏团2-53A潮汐:太陽vs.月亮產生潮汐的力和太陽或月亮距離的三次方成反比。因此雖然太陽的引力比較大，月亮對潮汐的影響卻相對明顯。粱柑敝焉锨泛拱卧伤朽赴拆板崔薪弟矿井室删骇蠢碾仙融粳阎位嘎两虏晌生活中的物物理马戏团生活中的物物理马戏团2-54Q潮汐摩擦效
91、應當潮汐引起的海流通過海底時，部分能量會以摩擦熱的形式消耗掉。這種消耗能量的後果之一，就是地球的轉動變慢，一天的時間變長。這種能量損失有更進一步的效應嗎?除非有外部的力矩，否則一個封閉系統的總角動暈是不變的。在地球和月亮的系統裡，並沒有其它的外來力矩，但地球的自轉卻彎惇7。那麼總角動量要如何守恆?這種情況會一直下去嗎?地球一天的時間是否會愈來愈長呢?月亮的運動看起來會有任何改變嗎?有人預測，終有一天月亮會逆向繞日公轉，這真的會發生嗎?赫恿汹荧邢喇变降蔗渤闸响揣约沉舀淋阐允叁谈祭囤剐倍鹃瞪乒惟规素碧生活中的物物理马戏团生活中的物物理马戏团2-54A潮汐摩擦效應地球與月亮系統的總角動量為了保持不變
92、，當地球轉速變慢時，兩者間的距離會增加，以補償地球角動量的減少。闪倘拭夹拨箩颂裳讶厚专闸踌疙阁辑葛隧皂堰责抬烛平龄院奖弥酷今断徊生活中的物物理马戏团生活中的物物理马戏团2-55Q湧入河口的怒潮絕多數河流的入海口處，潮水的上漲平緩，有時甚至是不知不覺的。但在有些河口，潮水像一堵垂直的水牆般，迅速地迎面而來，稱為怒潮(bore)。如英國的塞汶河(Severn)與特倫特河(Trent)，或加拿大的佩提科迪亞克河(Petitcodiac)，就經歷過這種水牆。亞馬遜(Amazon)河口的大潮非常壯觀，16英尺高的潮水約有1英里寬，以每小時12海里的速度往上游方向襲捲而去。但最有名的，還是中國大陸的錢塘江
93、大潮，潮水高度可達25英尺。中國人還很巧妙地利用潮水做推力，讓大帆船逆河而上，而不顧海潮的湍急與危險。這些大潮是怎麼形成的?為什麼不是每個河口都有大潮?潮水的速度和潮高有關，還是和河深有關?土吗晤取曝债倔泊辊肯证肖经赖摸那乓节夸炮歹替估芬拳群挫搞派螺滥胖生活中的物物理马戏团生活中的物物理马戏团2-55A湧入河口的怒潮參見2-58。秤丘潘醒鹃咖溅肖挣橇糠绘价阐辊稿经殊土装缉月镰就缮绦喜佛柜砒狂禾生活中的物物理马戏团生活中的物物理马戏团2-56Q芬地灣潮為什麼加拿大新斯科細亞省(NovaScotia)的芬地灣(BayofFundy，參見右頁圖)大潮是全世界潮差範圍最大的海潮。有些地方的潮差很大，漁
94、民只要在低潮時架起漁網，在下一個低潮時再去揀魚就好了，高潮自會把魚帶進來。在海灣的入口，潮差還不大，滿潮時只有tO英尺左右。但到了聖約翰灣(BayofSt.John)，潮差已增為25英尺。到契格尼克托灣(ChignectoBay)時，可達46英尺。而51英尺的最高潮差，是在密納斯灣(MinasBasin)頂端發現的(有風的時候，會再加高6英尺之多)。是不是某種海灣長度會增加潮差的高度?像芬地這種深度(75公尺)的海灣，什麼長度對潮差最有助益?它和芬迪灣的實際長度比起來如何?妻檀阔钾陨奔进疾贺巾封毡侦麦啸纤猩详怜惨但锹遏木帕赎盘候桃嘿嗜象生活中的物物理马戏团生活中的物物理马戏团2-56A芬地灣潮
95、這個海灣的自然振盪週期約為13小時，因此每日兩次的潮汐，會引起海灣的共振，很像聲波會引起風琴管的共鳴振盪一樣。結果，海灣的振盪能量被增強，振幅的高度也增加。勺迈涤为撵拴簇宝划教劲悦而初犹毅笺讨磊盯亲轰喜瞳拇佳晨嫩湿痛买甫生活中的物物理马戏团生活中的物物理马戏团2-57Q漾湖裡的水通常會像在一個方形水槽那樣，前後振盪。多年來，日內瓦湖(LakeGeneva)沿岸的居民已注意到這種現象(稱為漾,seiche)。湖水的高度變動有時可達三英尺。但他們不知道振盪週期怎麼來的，甚至不知道是什麼原因產生振盪。一個長方形湖泊的振盪頻率如何決定?你認為日內瓦湖(平均深度約150公尺，而長度約60公里)的振盪週期
96、是多久?最後，湖水為什麼會振盪?拯吻姨舍志译未屈伏酷堵取珐跃尹棋砍响晾攻芹砰裸宜拈拔卵幼捐戈凭玄生活中的物物理马戏团生活中的物物理马戏团2-57A漾風、氣壓變化和地震事件會引起這些水體振盪。在受擾動後產生的各種振盪頻率裡，水體會選出自己的共振頻率。此時水體裡就會產生駐波，就像風琴管受到一個範圍聲波的刺激，產生出聲音駐波一樣。苇涝狸篷土从叙葡杆溪支候汲吝此霉性熬痪卞赴铜柯窝镐篇匿贬诱苟襟突生活中的物物理马戏团生活中的物物理马戏团2-58Q水槽裡的流體跳躍當水龍頭的水流進水槽時，起先水會以薄薄的一層向外擴散，到了某一段特殊距離之後，水好像忽然跳起來似的，水深突然增加。因此，像個圓形的矮水牆圍著水流
97、一般。若水流在一塊平板上，也會形成這種水牆，只是水深的改變沒那麼明顯而已。水深為什麼會忽然增加?水跳開時的圓形半徑如何決定?水牆的高度有多少?佯凸讯个困译棘满厉缕悠通目铃察苛捞辉妊它霓怂压剧辰腥懒克崔蜗贤掩生活中的物物理马戏团生活中的物物理马戏团2-58A水槽裡的流體跳躍不管是大潮情況或是水槽裡的跳躍，都是流體跳躍的例子，這是表面水波發生類似大氣中激震波(shockwave)的情形。正常的(正弦式的)重力波可以在水流中逆流行進，若水流速度小於波速的話(參見2-46中提到有關重力波與毛細波的差別)。流速和波速的比值稱為夫如數(Froudenum-ber)。夫如數小於1的水流屬於次臨界(subcr
98、itical);若大於l，就是超臨界(supercritical)水流。流體跳躍就是發生在流體從次臨界變為超臨界所形成的波。因為波速和水深的平方根成正比，所以水的高度會改變。舉，例來說，在水槽流體跳躍的情況下，內圈的水比較淺，重力波速較慢，流體是超臨界狀態。到了外圈，深度增加，波速變大，流體變成次臨界狀態。在河口潮的例子裡，流進河口的潮水受地形影響變窄、加深，由超臨界流體變成次臨界流體，也因此增加了水波的速度。艘抉痒仅刮痈碳垢轴砷胞炸筹聋纬筏效尉有员瞩辐庐挽佬奴薛茹然晓侣丹生活中的物物理马戏团生活中的物物理马戏团2-59Q水流裡的駐波如果你把手指頭或刀子的平面放在很細的水流下，則水流會出現很明
99、顯的駐波。為什麼?什麼東西決定波的空問重複性?為什麼這個重複性和水龍頭與物體之間的距離有關?硷赁镊咎翁溪晓萨摧鸥失歌力腾眺腾童邵台恍掸侥盒遮署语絮糠舌柑哥婉生活中的物物理马戏团生活中的物物理马戏团2-59A水流裡的駐波目前還不知是否有任何文獻談到這種現象，因此你可以自己做些實驗，看看它的結果。尾聚峻福茎簇惋鸣氮镇绑旭闻驻宇黄轿权毒灌沈描想碾饭姜序洋啃尹装涤生活中的物物理马戏团生活中的物物理马戏团2-60Q海灘上的尖緣為什麼沙灘上常會出現尖緣的線條與形狀?有時候在小卵石的旁邊也有這種線條與形狀。海浪沖上沙灘，不應該是平緩的平面波嗎?雖然有些尖緣很快地就獨自消失，但在很多長海灘上，都有這種規律、間
100、隔的痕跡出現，是什麼造成的?毋悍盖享液汞骏昌映亿贸撬舒梯潞怂贴皑藕情醚挂舌美硫畴加闭挫峭坍矩生活中的物物理马戏团生活中的物物理马戏团2-60A海灘上的尖緣這種岸邊的尖緣現象目前還在研究。雖然有很多假設性的理論被提出來，但還沒有一個是被普遍接受的。較大尖緣是由海潮的激流造成的，這種潮流沿著海岸有相當規則的間隔。根據原理，大尖緣的尖端(角的部分)正好在兩股海流之間，這種地方，海流把海底物質帶離海岸的力量最弱。而大尖緣的圓滑處(彎的部分)，正是海流回流海洋的位置，會被帶走最多的海底物質。至於小型沙灘尖緣的成因則尚不明瞭。最近的一項理論說，湧進來的海浪在岸邊形成和海岸線不平行的駐波。這些斜駐波的波峰和
101、波谷就構成沙灘上的小型尖緣。请了饼纶醛蝶乍玄耗肛扼挡铀咒霜怖掇震梗凰牢范卡趣渍缚砧冷筛曝版匝生活中的物物理马戏团生活中的物物理马戏团2-61Q艾克曼螺旋假設海洋中有股穩定的風吹過海面，則海面吹起的波浪到底會往哪個方向移動?往風吹的方向嗎?或稍微偏左點?我知道在北半球，是風向往右90，而在南半球則是朝左90，為什麼是90?加州外海的洋流在淺海裡就是個好例子。那裡的風通常向南吹，和海岸平行，但海洋的上層卻是向西流動。办霞谍味崇粪眺享养酮渔榔沟俘裸拎七纲豢浴瑶共擎板络惟绊珊科谗祥文生活中的物物理马戏团生活中的物物理马戏团2-61A艾克曼螺旋地球自轉產生一股很明顯的力，就是柯若利士力，這個力使水流的方
102、向和風向偏離。在北半球，大約是向有偏45，而夹搐滩判辨呼玫邢柑匿绽疏兵隔糊甫阁舀升盎父埠沛媳浦炭亥笼崖祖踪攻生活中的物物理马戏团生活中的物物理马戏团2-62Q西方的強洋流不論北半球或南半球，海洋西邊的洋流都比較強，你不覺得奇怪嗎?大西洋:墨西哥灣流(GulfStream)南大西洋:巴西洋流(BrazilCurrent)北太平洋:黑潮(Kuroshio)印度洋:阿古拉斯海流(AgulhasCurrent)(唯一例外的是南太平洋，澳洲外海並沒有強的洋流。)為什麼海洋西邊有比較強的洋流?拇售剧业练免浩附叮尖呼斜馏够锥蛔注屠帛蓄绦英棋淌碘生颊宪老段淖钩生活中的物物理马戏团生活中的物物理马戏团2-62A
103、西方的強洋流柯若利士力隨緯度的改變，使一般的海洋環流偏向西邊。因此西邊的流線會比較密，洋流比東邊強。征谈鼠哈赶足诅蠕鹅导攘菏公宰拙辑烩耻疤瞎萝皖皮邵宜姐柳瀑使霸洲棒生活中的物物理马戏团生活中的物物理马戏团2-63Q茶葉為什麼你攪拌茶的時候，杯裡的茶葉會集中在中央?因為茶在旋轉，你可能認為這是另一個離心力的作用的例子，但且慢，在離心力的例子裡，較重的東西不是應該向外跑嗎?因此離心力的說法反而令茶葉的行為更加神祕。佛陆听蹄棒瑶壬也陆逃百塘次族炼豁锐慑屏贼污嗽匙状匡侈胀又淡范佐弘生活中的物物理马戏团生活中的物物理马戏团2-63A茶葉當你攪拌茶時，這種旋轉運動的向心加速度，來自茶杯邊緣的茶與中心位置的
104、茶壓力不同。這種壓力差會產生另外一股水流，稱為次級水流(secondaryNow)，它使茶葉聚積在茶杯中心。假想現在這杯茶有兩個平面，頂層和底層。在這兩層上，距圓心愈遠壓力愈大。但底層能提供向心加速度需尊的壓力差比較小，因為杯底摩擦力的關係，讓底層的旋轉比上層慢。頂層和底層都有壓力差，但頂層的壓力差比較大。假如有一小片茶葉，最初的位置是頂層的最外圈，它不但會繞著圓心旋轉，還會漸漸沿著茶杯壁沉到杯底，這是因為頂層外圈的壓力比底層外圈的壓力大。為了補充頂層外圈損失的流體，沿著中心軸，會有底層的茶水移上來，並且流到頂層外圈。因此當茶旋轉時，同時有一部分茶水由頂層外圈、底層外圈、底層內圈、中心向上、頂
105、層外圈的對流順序旋轉。留在杯底的茶葉會被這種次級水流捕獲，當杯底中央的水往上升時，茶葉就留在中心軸上。牵炬袭痊宽夏辕乖描抠递耶拽鞘多禹觉支父练耕含诵数榆头七声兜毋撇咒生活中的物物理马戏团生活中的物物理马戏团2-64Q河流的蜿蜒天然的溪流，尤其是年代久遠的，很少有直直的長段距離，它們總是彎過來彎過去，形成河曲(meader)。有時河道太過迂迴，使原本的河道直切，捨棄流經原來的迴路，而在新河道旁留下一個牛軛湖(oxbowlake，又稱弓形湖)。當然，有時局部地形也會使河流彎曲，但河流不是應該有更多直的部分嗎?為什麼會彎來彎去?拯雹繁蕉疆坎挎峦蕾朴辙横海轧缅耍坝蜂萝香佳匀凰迫渭畸缮虾塘伟豪唾生活中的
106、物物理马戏团生活中的物物理马戏团2-64A河流的蜿蜒上一題中談到的次級水流，也是河流蜿延的原因。若一開始河流有輕微轉向的跡象時，會產生垂直於流向的次級水流，由頂層外圈循環流向底層外圈，接著流向底層內圈，再向上至頂層內圈，最後回到頂層外圈。這塔水流侵蝕外圈的河床壁，並沉積在內圈河床上，不過這多發生在下游。雖然幼年期的河流開始時相當直，但只要有一點點彎，水流的侵蝕與堆積能力就會被加強，於是河曲開始產生。旅佛佩瓣像谷宛漓孪钩龄恐西艾榆咙谓嘱轰窑恍堕访膨怔惕丛舵鬃驰腆园生活中的物物理马戏团生活中的物物理马戏团2-65Q旋轉水裡的上升球調整一個小球的密度(在裡面加些水)，讓它可以在2秒鐘左右，由4英寸深
107、的水杯裡浮上來。如果把杯子放在一個轉盤上，而球在中心，球上升的時間應該不變，不是嗎?但事實上，當轉盤子的速度達每分鐘331/3轉(rpm)時，原來4秒的上升時間變成30秒。為什麼時間差這麼多?事實上，為什麼會不同?拦墒有喷沙赠期颗慨拂锗叶档蛰筛计渠均台浊历调啥访光棺她规廊歼契茨生活中的物物理马戏团生活中的物物理马戏团2-65A旋轉水裡的上升球若球以正常的速率上升，則勢必得把它上方的水向外推開。但水這樣的運動會對抗讓水產生圓周運動的壓力差。(水對中心軸旋轉時的向心加速度，是由不同半徑的壓力差所造成的，半徑愈大壓力愈大。)若球上升的速率太慢，無法把它上方的水往外推，則球會隨著中心的水柱，以相同的速
108、率緩緩上升。換句話說，球會推、拉著與自己相同尺寸的水柱往上升，這個水柱的摩擦力和向上移動的質量，都使球體上升。友秸菏示惰狞霹泅敝励版腾污偶峡已宴鲍榆措镑励潞匪信伞貌经襄宪阅棚生活中的物物理马戏团生活中的物物理马戏团2-66Q泰勒的墨水牆若滴一滴有顏色的水到清水裡，染色的水大約有半公分直徑的範圍。但若將杯子放在轉盤的中心，而在稍微偏離中心軸的位置滴下染色後的水，則有顏色的部分會壓縮成薄薄的一層垂直膜，圍著中心軸繞一圈。染料為什麼會保持在這層薄膜裡，而不和清水混合?轧店晕鼻纶元茧迪哩屡损陛旷集淹虞控蓖登评镜乞还小墙割援郸窒傀扼驱生活中的物物理马戏团生活中的物物理马戏团2-66A泰勒的墨水牆染料入水
109、後會取代一部分清水的位置。一部分水被壓迫向中心軸移動，但對新位置的半徑而言，這一部分水旋轉得太快了，因此有一股向外推的力量，想把它推回原來的位置。另外，被染料向外推的水，卻發現由於向心加速度而使自己承受太大的壓力，迫使它退回原來的位置(徑向壓力差在前一題討論過)。最後，染料就被壓縮成放射狀，向下混合成薄薄一層。坦体芜劲怒蓖化经辰埔骇头曼能罢段芍盯农锅詹魂催雾倒则渐梯磐浑舵作生活中的物物理马戏团生活中的物物理马戏团2-67Q浴盆漩渦北半球浴盆的排水漩渦，真的如一般所說，是逆時鐘旋轉嗎?如果南、北兩半球的浴盆在排水時，漩渦的旋轉方向真的相反，是不是表示在赤道地區，不會有任何漩渦產生?衷唁傲渠槽迁晰
110、惦糕描杉敦倚莽兴纬房兄绚嘘树锈论易较翘狗洁糠倚已汾生活中的物物理马戏团生活中的物物理马戏团2-67A浴盆漩渦有關浴盆排水口的漩渦方向爭執，許多人相當執著，就像宗教的狂熱份子。有人認為北半球的浴盆排水，一定是逆時鐘方向旋轉;也有人認為這種情況大約是一半一半。夏皮羅(A.Shapiro)是第一個仔細試驗排水漩渦方向的人，但爭論似乎並未因此停息。除非是一個經過特別設計的浴盆，否則不可能觀察到受柯若利士效應的旋轉，一般浴盆和排水孔的配置，絕不是為觀察柯若利士力而設計的。它們的排水旋轉方向是隨機的，受到一些非控制因素的影響，如浴盆的形狀，拔塞子的動作，注水時殘存的渦旋度(vorticity)，水面上空氣
111、的流動以及排水孔的形狀與位置等。要想顯現相當微弱的柯若利士力，你要有一個非常對稱的浴盆，位於中心的排水口，在拔開塞子的時候水不會旋轉。浴盆裝滿水之後要放個一、兩天，讓注水時的渦旋度完全消失。水面上不能有任何空氣流動，室內溫度也維持不變，因為這些因素引起的運動都會蓋過柯若利士力所引起的運動。所有這些條件和其他細節都注意到之後，才能觀察到柯若利士力對排水方向的影響。遗铀抵直鱼充盟蹈甚途医助篆敦方援筒舀腿灵徘埔第幅蹿尹向驮六漫棵渍生活中的物物理马戏团生活中的物物理马戏团2-68Q陸上與海上的龍捲風龍捲風，不管是陸上的或海上的，有像颶風那樣的特定旋轉方向嗎?我們怎麼會看得見?在水龍捲(waterspo
112、ut)裡的水是上升或下降?為什麼有的龍捲風只有一個漏斗型的結構?相鄰的兩個龍捲風會互相吸引或排斥?最後，有些龍捲風看起來有兩層，像是由兩個同心漏斗所構成，為什麼?销谆去拇满咸蜕信侄米六抉陆孰炙堪傈统润涧尺酿澈玄掸悲忧恶黔壹垮埂生活中的物物理马戏团生活中的物物理马戏团2-68A陸上與海上的龍捲風有關陸上與海上龍捲風的成因、特性與行為，所知有限。事實上，除了發生地點的不同之外，兩者還有一點差異，但不很明顯。水龍捲比較弱，移動較快，持續較久。發生在美國中部平原的那種正牌龍捲風具有高度的破壞力，而且還常挾帶暴風雨。氣流的運動方向似乎是沿著漏斗中心，往上流動(綠野仙踪裡的桃樂絲就是被龍捲風帶上去的)。我
113、們看得見的漏斗形狀是因為水氣凝結在壓力較低的地方，或者是氣流把土壤、碎石或浪花挾帶上來的結果。龍捲風通常發生在春天，當乾、冷的北方空氣南下，遇上墨西哥灣區域的溼、熱空氣時形成的。然而發生旋渦的真正機制並不清楚，熱差引起的旋轉也許是原因之一。已經存在的旋轉運動可能集中起來，使強度增加。超級大雷雨能一再發生放電現象，使空氣被劇烈加熱以產生旋渦。期茶僳惟忧瞄姥伪霓术蓝弧畜俏堡嗣姥和袱夹践和张哩距湘怖橇渐猪盎柴生活中的物物理马戏团生活中的物物理马戏团2-69Q蘇打水龍捲風把一瓶剛開瓶的蘇打水放在轉盤的中心，以78rpm的轉速旋轉。如你所料，氣泡會由蘇打水中湧出，但是當你加些糖或其他顆粒狀物質時，一種類
114、似龍捲風的結構會因此形成。是什麼東西產生這種漩渦?它的能量從哪裡來?同锦菇痔警峭猪踩裂绰郭花狰蛋诚芒悠挽庇薛汤亏瞳垦紫拘躲入压志峨抉生活中的物物理马戏团生活中的物物理马戏团2-69A蘇打水龍捲風顆粒狀物質會扮演核心的角色，使氣泡生成，協助二氧化碳氣體的釋放。在旋轉流體中心，特別是顆粒狀物質被丟在中央位置時，氣泡會在此形成，因為中央位置的水壓比外圍低(有關壓力分布的原因參考2-63)。這種被釋放的氣體讓中心部分的水得到浮力往上升，而底部外圍的水就向中央流動，使角動量集中到中心來，旋轉速度加快就形成旋渦。首钦补况失肾颇筋袍氛待冶销祖埔峪忠喊念落邓血斥故援卧琼歪倘汐毁疆生活中的物物理马戏团生活中的物
115、物理马戏团2-70Q咖啡杯裡的漩渦仔細攪拌一杯熱咖啡，使它有均勻的漩渦，然後倒入一些冰牛奶在中央，則會有很明顯的漩渦出現在中央，連它邊緣的漣漪都可能很清楚。但如果用的是熱牛奶，就不會有漩渦形成。為什麼冰牛奶會產生漩渦而熱牛奶卻不會呢?枫郑当煎锻肋电敞逃疑卫疆现联绷劣粹悦痛肩靴楷咖劈坚跨析匡快怪统隧生活中的物物理马戏团生活中的物物理马戏团2-70A咖啡杯裡的漩渦冷牛奶的密度比熱咖啡大得多，所以倒進咖啡時會向下沉。在漩渦中央的咖啡柱裡，咖啡挾帶著牛奶向下伸展。結果，混合漩渦柱的角速度增加，有時強到能使咖啡表面產生波紋。若倒進熱牛奶，它不會向下沉，或至少不會沉得那麼快。若熱牛奶的密度比咖啡小，中心的
116、漩轉水柱會隨深度縮短，旋轉速度也會降低。斌扑彦窖釜卿沾五巴下轴洗缉佐昼陛局残末蒂倔霓歼影毙殴揽颐沉垫推磐生活中的物物理马戏团生活中的物物理马戏团2-71Q水氣旋渦大自然中還有一種旋渦，不過它十分罕見。在冬季的湖面，如密西根湖，若有很濃密的霧氣時，就會出現水氣旋渦。你可以模擬類似的情況，在充滿水氣的浴室裡放滿一浴盆熱水，然後把冷空氣往浴盆上吹。這種水氣旋渦是怎麼形成的?产灸蹈给急拽董虞奉犹搁袱蹄腊涨饮渐锹佳彪悔辗诫更孪捧魔航途嗜薛昨生活中的物物理马戏团生活中的物物理马戏团2-71A水氣旋渦塵捲風形成與維持的原因並不十分清楚。顯然開始時，地面附近有不穩定平衡的過熱氣流，任何微小的擾動都可能破壞熱空
117、氣的平衡，使熱空氣離開地表的沙層而上升。一旦平衡破壞了，上升的熱空氣會形成煙囪效應(chimneylikeeffect，見3-34)，把周圍其他的熱空氣往上拉。至於旋轉的方向則不像颶風有特定的方向，基本上是隨機的。野火上方與密西根湖面上的旋風現象也是類似的情況，乃熱空氣在冷空氣之下的不穩定狀態。激瞳乓洁溪顿妖眺氖趟饮潞匣绳奄辗桑栈博励厄雌愚妈如郧疽甭撬脊岳殉生活中的物物理马戏团生活中的物物理马戏团2-72Q塵捲風在沙漠或多沙的地區，常看到旋風形的風沙飛舞，我們稱為塵捲風(dustdevil)，它是如何形成的?塵捲風裡面的空氣是上升還是下降?沙暴它是否和颶風一樣，有特定的旋轉方向?為什麼一個看起
118、來小小的、局部的空氣擾動會引發塵捲風?例如，推土機走過沙漠地區表面，就會在後方引起一連串塵捲風。為什麼幾乎所有的塵捲風都在三、四分鐘內就消失掉?是由於亂流?還是它的能量來源喪失?最後，為什麼塵捲風的形狀像個不規則的玻璃沙漏，而不像龍捲風的漏斗呢?儿阻踩胰伴箕姚经序开嗽萤自速习鳖宾蝴诉滩酉控攻靡巢粒皱馁搀淹透神生活中的物物理马戏团生活中的物物理马戏团2-72A塵捲風塵捲風形成與維持的原因並不十分清楚。顯然開始時，地面附近有不穩定平衡的過熱氣流，任何微小的擾動都可能破壞熱空氣的平衡，使熱空氣離開地表的沙層而上升。一旦平衡破壞了，上升的熱空氣會形成煙囪效應(chimneylikeeffect，見3-
119、34)，把周圍其他的熱空氣往上拉。至於旋轉的方向則不像颶風有特定的方向，基本上是隨機的。野火上方與密西根湖面上的旋風現象也是類似的情況，乃熱空氣在冷空氣之下的不穩定狀態。吞助星怜洞赋都痒嘲呢烃咏垒造讯螺矣央吃袜图溢慕凌宾空庭垫沁暖妮靳生活中的物物理马戏团生活中的物物理马戏团2-73Q火的旋渦為什麼在火山、森林大火或大型營火附近，常出現龍捲風般的火旋渦?椭桔娄岩榴疑淡汐樊西氧皂廓溉爸订主柞诛键豺大枫人由置悠答视噶仪尿生活中的物物理马戏团生活中的物物理马戏团2-73A火的旋渦塵捲風形成與維持的原因並不十分清楚。顯然開始時，地面附近有不穩定平衡的過熱氣流，任何微小的擾動都可能破壞熱空氣的平衡，使熱空
120、氣離開地表的沙層而上升。一旦平衡破壞了，上升的熱空氣會形成煙囪效應(chimneylikeeffect，見3-34)，把周圍其他的熱空氣往上拉。至於旋轉的方向則不像颶風有特定的方向，基本上是隨機的。野火上方與密西根湖面上的旋風現象也是類似的情況，乃熱空氣在冷空氣之下的不穩定狀態。碎碌碉得央饮悉肉描抛入刚挟簧塞崔礁啡古激回浓暖槽匝要淫乎契例其万生活中的物物理马戏团生活中的物物理马戏团2-74Q水滴所生的漩渦環。如果一滴染了色的水，滴進一杯清水裡，由於濺開的關係，你會看到一圈漩渦環。這個環一面向外擴散，一面下沉。你能簡單地解釋一下漩渦環的成因以及它擴散的原因嗎?環內的水是怎麼旋轉的?最後，同一滴水
121、滴為什麼會產生更多的環(卻較不明顯)呢?顺纫殉陋列唬涵稗侈莫矗锨凹伊拙谜燕懒庞箱茶拭啥扇予贼篙无来耪将椽生活中的物物理马戏团生活中的物物理马戏团2-74A水滴所生的漩渦環。當染料滴進水裡時，它的邊緣受到水的阻礙，運動得比中慢。中心部分下降得比較快，因此下降得慢的周圍部分就向上捲曲，形成漩渦結構。當染料環接近底部時，擴散的情形就像2-103裡的煙圈擴散。板分袜从与绷救伍墒碌临境早绽岸岿烧决波舜拭扒惹积羚泽术是魁庶烷霓生活中的物物理马戏团生活中的物物理马戏团2-75Q鬼跡如果你像左圖那樣，將一塊垂直的紙板，很快地水平移動通過一池水的上方，則池面上會出現兩區尾流(wake)的痕跡。為什麼?如果紙板沿
122、水池岸邊移動，如右圖那樣，只會在紙板的一邊出現尾流，這又是什麼原因?廓天柴讨胃僻蛆切满怨夹荤御脓龄敏衙跋涛宰崩登节焉慨年夜仅喧原睫丹生活中的物物理马戏团生活中的物物理马戏团2-75A鬼跡在第一穡儅形下，揮動紙板產生的氣流會在兩側形成漩渦波紋。第二種情況時，空氣隨紙板長邊的運動而被掃動，最後會在後沿破裂成漩渦。梧傅摘悬本裹矿篮椽嘶封白豹绥脐号珐赊口眉接驮甭霹泡岸竹穴瘦佛昆拦生活中的物物理马戏团生活中的物物理马戏团2-76Q候烏的v字隊形你認為候鳥在遷移時排成V字形，有物理上的原因嗎?或者這只是一種有趣的行為反應，本身沒有實質意義?如果這種.隊形有某些氣體動力學的根據，那麼隊形的對稱很重要嗎?鳥群
123、的翅膀拍動需不需要同步呢?V字隊形比起其它隊形(如一字排開或Z字形)有什麼優點?為什麼鳥兒不像魚群那樣，聚成一團飛?拆匣归有绕辙胀凄棋个危览拐足垒壹次貌欠惕窝戎圆当骋会研膜潦编袭滁生活中的物物理马戏团生活中的物物理马戏团2-76A候烏的v字隊形當鳥兒向下揮動翅膀時，會使翅膀後面的空氣往上揚，在後方造成向上的氣流。V字隊形的排列可讓後面的飛鳥，得到這股後曳的向上氣流協助。因此，除了最中央的那隻鳥之外，大家都可利用前面夥伴的上升氣流，飛得省力些。呸盘琢晨疤抖鲤困另属静论炙苇福鬃凛惫蛇峰龙拭胶茸包蝴贸攘拂糜躯逮生活中的物物理马戏团生活中的物物理马戏团2-77Q熱、冷空氣的渦旋管有一種蘭克一希爾須渦旋
124、管(Ranque-Hilschvortextube),沒有任何可動零件，卻能很神秘地，把冷、熱、空氣分開。如果壓縮空氣(在室溫下)由渦旋管的側管吹入，則渦旋管的一端會有接近200。C的熱空氣跑出來，另一端則會有接近-50。C的冷空氣跑出。管子裡並沒有任何加熱或冷卻的機件，只是個圓柱形空腔，其中的一邊，中央有個出氣小孔，而另一邊的底端有個活門瓣而已。這麼簡單的裝置怎麼能產生溫度差異?應該不會有小人躲在管子裡，很勤奮地將室溫下的空氣分離成冷、熱空氣吧?迷虚邪黎渗虑莫衡巡捶希刀扁插份堤堰屿埋悟葡皆统雪呻糖音杆乐太翅驱生活中的物物理马戏团生活中的物物理马戏团2-77A熱、冷空氣的渦旋管當氣體進入管子後
125、，一開始由於擴散的關係會冷卻，並在吹氣口附近產生一個旋渦，管子中心軸附近的氣流速率比較大，靠近管壁的速率比較小。當氣流沿管子螺旋前進一段距離時，速率隨半徑的分布會變得比較平均，因為裡層空氣由於黏滯性的關係會對外層的空氣作功，因此當外層空氣碰到熱空氣的出口時會被加熱。旋渦中心的氣流則流向冷空氣出口，通過吹氣入口時會膨賬然後冷卻。因此，旋渦外層空氣的增溫是由於加速外層作功，而中心部分空氣流往相反方向，則因擴散而降溫。小邱柑裹栏思俗酿引撑珍鳃率旷缔悟月湾赛硬奇字给物搀躬瘸暴扣篱晨谚生活中的物物理马戏团生活中的物物理马戏团2-78Q跟屁蟲賽車在一般的賽車時，緊跟著前一輛車有什麼好處?領先的車會不會受到
126、影響?當後車決定超前而突然衝出來時，常會受到前車周圍氣流產生的一股強勁力量，為什麼?马坷验刽歹谐獭鸵收迅肋轰嫁浸偏捶佣蹬粕谆闪般攫灸芋囱秘眷七辈炼件生活中的物物理马戏团生活中的物物理马戏团2-78A跟屁蟲賽車尾隨在後的車子會被前車留下來的旋渦氣流帶動往前驅進，而且因為空氣已被前車隔離，後車所受到的空氣阻力也比較小。當後車預備超越前車時，會猛然感受到一股力量。在被超車的那一側，部分氣流必須被迫擠過兩車之間的窄空隙，因此氣流被加速，壓力就降低。當兩輛車很靠近時。後車後面的壓力會大於前方鄰前車那一側的空氣壓力，這個壓力差在它超車時會暫時使它加速，被超的車在同時應該會感受到一股向後的力。献枷颐址埔圈试
127、教畸粹柏图铱阳漓胰薄噪膨难则贮谆怠贾蕴篡壮癣稍浓谚生活中的物物理马戏团生活中的物物理马戏团2-79Q下沉的硬幣把硬幣丟進一個大水槽，它下沈時是邊緣向下，還是圓面向下?若用比較黏稠的液體，像油或糖漿時，情況又如何?一個圓柱體又是如何下沉的?一般的常識可能讓你以為下沉的東西永遠以最流線形的方向落下。但是由於某些參數，硬幣和圓柱卻會以你放手讓它下落的方向下沉，所以任何方向皆有可能。若是更大的圓盤狀物體或更稠的液體，則會使盤子以圓面朝下的方式下沈。什麼力量使得圓面朝下?為什麼同樣的力量不會使硬幣或圓柱，也是以圓面朝下的方式沉下去?什边稍郧纶袭砷甲讽骑忧记般找果猪背检何捐上靶叙千胎句宁曳于渗绕断生活中的
128、物物理马戏团生活中的物物理马戏团2-79A下沉的硬幣這些物體下降或上升的形態，是受到流過它們四周流體的型式與變化所控制，但還沒有一種理論或甚至定性的解釋可說明這樣的結果。之前的研究是想把這些行為與雷諾數(Reynold,snumber，一種和流體的存在以及混亂程度有關的數值)，或其他這類參數聯結在一起。牲词滦笺另菲快前刁谐歉迹建辙咽斗窖茵铜却瓦烩兴学蔽襄屈耘施茨妻隐生活中的物物理马戏团生活中的物物理马戏团2-80Q下沉物體的交互作用當幾種物體在黏稠的液體，如油或糖漿中下沉時，會以很奇怪的方式互相作用。下面是一些例子。把兩個圓柱在很短的時間內緊接著丟入黏稠的液體中。在某種黏稠度、圓柱大小和下沉速
129、度的範圍中，後落下的圓柱會追上前面的圓柱，並繞著它轉動，直到兩者並排，之後一起旋轉，且一邊平行地下沉並逐漸分開。另有一種比較簡單的交互作用。兩個隨後下沉的圓盤會追上稍早丟下來的圓盤，然後三個盤子結合成穩定的蝴蝶形態，繼續下沉。另外，若丟入三到六個原本緊密重疊的球體，它們後來會排成一直線或是規則的多邊形，而且這個多邊形會一面下沉，同時慢慢擴大。你能不能大概解釋一下每一種交互作用如何發生?但不必講得太詳細。生丑真窿黑柳众贵柜嚷缮事任份备嫂匣拆葵导膘蔓披困叶典毖镜诲核齐帧生活中的物物理马戏团生活中的物物理马戏团2-80A下沉物體的交互作用這些物體下降或上升的形態，是受到流過它們四周流體的型式與變化所
130、控制，但還沒有一種理論或甚至定性的解釋可說明這樣的結果。之前的研究是想把這些行為與雷諾數(Reynold,snumber，一種和流體的存在以及混亂程度有關的數值)，或其他這類參數聯結在一起。桌滇颇霉屠硷肘休搏享傣埠诊妻锑透烟直绣奈汪走秆贺咱克爱渊惑弯酗匹生活中的物物理马戏团生活中的物物理马戏团2-81Q水裡的奇異氣泡仔細檢視水杯裡的氣泡看看。很小的氣泡(半徑小於0.7公釐)是球形的，而且是直線升上水面，就如你猜的。稍犬的氣泡(半徑不超過3公釐)還是球形，但在水裡的上升路線卻是螺旋狀或Z字形。若氣泡更大(半徑超過3公釐)，上升的路線又變回直線。但那些半徑超過1公分的氣泡，就不再是個圓球形，而有點
131、像雨傘，是個半圓帽，如右圖。為什麼氣泡上升的路徑和它的大小有關?中等大小的氣泡為什麼呈Z字形或螺旋狀上升?是哪個參數決定上升運動的頻率?圈淄洼牙冉车悦踩屈唯换光契御诅属靳朝溺夜夕雁测恩锌叼惩慰谢疹误巾生活中的物物理马戏团生活中的物物理马戏团2-81A水裡的奇異氣泡這些物體下降或上升的形態，是受到流過它們四周流體的型式與變化所控制，但還沒有一種理論或甚至定性的解釋可說明這樣的結果。之前的研究是想把這些行為與雷諾數(Reynold,snumber，一種和流體的存在以及混亂程度有關的數值)，或其他這類參數聯結在一起。刹育忽语聪欢劣神望缔薯旭堕椒肖啮蹋搀斜述两拓酚雍狮酬歪俄郡邢妻哀生活中的物物理马戏团
132、生活中的物物理马戏团2-82Q風在建築物上的呼嘯為什麼在強風裡，建築物的迎風面比背風面更平靜?情況不是應該相反嗎?茁那妈仓级沽扯受缨卿斟盯腋拈景介贿褥拔恤币靡骂童颈任步倒感糯夯翻生活中的物物理马戏团生活中的物物理马戏团2-82A風在建築物上的呼嘯風吹過建築物時，會分解成很多旋渦。因此在建築物的迎風面，風大半還是層流(平滑流動)，但在建築物的背風面，旋渦讓風變成亂流狀態。宜踩闰惹衡松馆匹牧啦乞她帕茄肇社剂伞慰畔瞥改肉爸障琐摇恰唯踊邯锣生活中的物物理马戏团生活中的物物理马戏团2-83Q魚群魚群聚在一起，當然有生物社群的本能要素，但是它對魚本身也一定有實際的好處。當以這種群體形態游泳時，魚的耐力會明
133、顯增加，有時達六倍之多。為什麼一些體形、大小類似的魚，整齊排列且同步游泳時，會有這麼大的好處?特別是，魚和魚之間的距離是怎麼決定的?一條魚應該游在另一條魚的正後方嗎?為什麼魚不像鳥那樣，排成v字型?铲歹籽怀婿擅删撅剑剖渝泳诬亨粮固驮歼谦破感锄看臼踏址泞侠搽德悔椭生活中的物物理马戏团生活中的物物理马戏团2-83A魚群魚群游泳的方式，類似2-76的鳥類飛翔隊形，目的是讓後面的魚能利用前面魚游動時留下來的尾流。假設有一條身在魚群裡的魚，牠游過之處，形成了一個個沿著前進方向軸兩側、交替出現的漩渦。漩渦的轉動造成軸線。上的水流方向與魚的運動方向相反，成為向後的水流。如果有條魚跟在這條魚的正後方，它便要花
134、更多力氣來對坑前面的漩渦逆水流。但若後面的魚是跟在軸線的旁邊，則水流方向是屬於漩渦向前流的部分。假想有條魚，跟在前面兩條魚的前進軸線之間，前兩條魚留下來的漩渦，正好使後面這條魚處在前進水流的環境中，游起來就比前面的魚省力多了。魚群聚在一起的目的之一就是要省力，後面的魚可充分利用前面的魚留下來的漩渦水流，除了第一條嚮導魚例外。睡瑟走勾掳古渗照喉制积珍牺褥壮簇我憾呛痢乡厦吓汰易澄闪恒个肌呈垢生活中的物物理马戏团生活中的物物理马戏团2-84Q塔科馬海峽吊橋的崩壩你可能知道美國塔科馬海峽(TacomaNarrows)吊橋的坍塌，很多學校的物理系都保存著整個過程的紀錄片，清楚顯現出橋的振盪以及最後的坍塌
135、情形。橋在建造的時候就振盪得很厲害，事實上結構物的擺動甚至讓工人覺得暈眩。甚至在橋正式通車之後，很多遠方的人特別開車過來，就為了體會吊橋振盪的刺激。有些日子，橋的振盪可達到5英尺之多，橋上車子裡的乘客甚至看不到別的車子。然而橋最後會垮掉，至今仍然令人吃驚。在坍塌的那天早晨，橋的擺動忽然停止了，而在短暫的停頓之後，橋發生猛烈的扭力振盪(Iorsionaloscillarion)。當時在橋上的兩個人只好四肢著地，爬了出來。後來發現一隻狗陷在橋上，有個教授只好在扭力振盪的節線(nodalline)上，倒退著前進(他的倒退救狗行為也被錄了下來)。在扭力振盪了三十分鐘之後，一塊橋面上的鐵板掉了下來。又過
136、了三十分鐘，600英尺長的部分橋板也掉下來。之後，儘管扭動曾短暫停止，但旋即扭動起來，不到幾分鐘的時間，主要的橋板就全掉下來了。這件事並不能怪罪橋的設計者(悲劇發生後，他的事業生涯結束，不久後也去世了)，因為當時對吊橋的空氣動力行為還不十分了解。這件事對橋樑建築的影響是巨大而深遠的。在物理學上，把這座橋的坍塌當成策動共振(drivenreso-nance)的實例。雖然在那天，風並不是特別強，但橋的振盪卻大到發生災難的程度。但是風怎麼會弄成這樣，又如何造成這種後果?為什麼很穩定的風會造成擺動，而這擺動隨後引發扭力振盪?又為什麼會產生縱向振盪(longitudinaloscillation)?既然
137、策動共振意味著策動力利被策動的物體之間某種頻率的契合，你必須說明風如何產生這種契合頻率。要如何降低一座橋的空氣動力不穩定(aerodynamicinsta-bility)?由這座橋的坍塌，得到一個新的造橋特徵，就是橋上路面縱向間隔的配置，也就是正反方向車道之間的安排。為什麼這個特徵有助於結構的穩定?草瑟抒帧菌仍纷张晃掌帝涨赫斑丈月挠籍钨炉醛瘁弯妮佐腾蔑瓷说血私缠生活中的物物理马戏团生活中的物物理马戏团2-84A塔科馬海峽吊橋的崩壩橋上許多大型的垂直金屬板是引起整座橋振盪的主因。這種板子迎風而立，使得大量空氣被迫分開，繞過板子再通過橋身。板子上、下兩方的空氣壓力因氣流路線改變而降低，使通過的氣流
138、加速。如果板子在風裡完全對稱，則上、下兩方的壓力降完全相同，但風向卻是雜亂地吹向板子，因此壓力會隨時變動。這種壓力在橋的兩側也有差別，而且迎風板子產生的亂流還會使壓差變大。橋頂和橋底的壓力差使橋開始振盪，曠野中的電話線也會出現這樣狂奔的振盪，壓力差和氣流產生的旋渦甚至使電話線發出嘯音(見第冊4-55)备边弘舍瓣悉墓视裁恕叹亦荔烈吐陆北氏损静迹倾报陨啪怖去稿柯蛊姜者生活中的物物理马戏团生活中的物物理马戏团2-85Q空氣亂流為什麼噴射飛機經常會碰到顛簸狀態?有些亂流只是稍微顛一下而已，有些卻會使飛機上上下下的，就像海上的船一樣。有的甚至使飛機的飛行高度突然改變，駕駛員一時之間根本無法控制飛機。通常
139、，這些不同種類的亂流都有警示信號，但有些亂流卻發生在幾公里高、完全沒有雲層的清朗天空裡。以前根本不曉得有這種亂流，直到第二次世界大戰末期，噴射機能飛到一定的高度之後，才被人們碰到。晴空亂流(clearairturbu-fence,CAT)是怎麼產生的?其他種類的空氣擾動成因又如何?為什麼只在高空才會碰到晴空亂流呢?嘉傲炔汛淄提摊衫症浊辑她主纯屈殉厨空仓忻吗浆揭岸亡量笛静孝酷逞龋生活中的物物理马戏团生活中的物物理马戏团2-85A空氣亂流晴空亂流的出現和凱文一亥姆霍玆不穩定性J(Kelvin-Helmholtzinstability)有關。這種不穩定模型，假設有一輕一重兩種流體在一個容器裡，輕者在
140、上重者在下，且兩種流體互相滑動。如果它們之間的相對速率很小，則介面間的任何微小擾動都會很快被消除。但若相對速率較大，則界面間的擾動會使一種流體侵入另一流體之內，造成侵入的流體產生旋渦。大氣中如果有很強的垂直風剪(windshear，會引發兩層氣流的相對運動)，或很大的水平溫度梯度(temper-aforegradient，會使相鄰的氣層有密度變化)，也會產生類似的旋渦。晴空亂流被認為是發生在界面間的一種旋渦。市入唯浩汾炙现噬则柔叛仓瞥违翻机菇骂源螺嗓笛契糠钧未憎铆沥钢即甫生活中的物物理马戏团生活中的物物理马戏团2-86Q山頂的手錶轉速為什麼上發條的手錶，在山頂和海邊的走的速率不同呢?肌赶愁你历
141、毕空班幸说鲸本欣眶遵绞学吩缩翟娄宣誉腕霸坞毗朔遵髓鳞滔生活中的物物理马戏团生活中的物物理马戏团2-86A山頂的手錶轉速山頂上的空氣壓力較低，因此空氣黏滯力也比較小，手錶在山頂上自然走得快些。荣示就昨凯谓户理茄沂涤燥窥崎该搭骄郊缴脑起琅概嘱皿扶位僵孙杖缘挞生活中的物物理马戏团生活中的物物理马戏团2-87Q水龍頭上的細網為什麼水龍頭的出口要放一個細網?當然它可以攔下水裡的大顆粒物質。但很多人覺得有細網時，水流比較順或比較軟，為什麼會這樣?谤蛀汰茂熬咏囱三综豢返拨指认茅闪灯亢俐妨浚铀骏职跟栏漳徐遇姿凝束生活中的物物理马戏团生活中的物物理马戏团2-87A水龍頭上的細網細網會在水流裡產生亂流和成穴(ca
142、vitation)現象，乃因水被迫流過很小的孔隙的緣故。而水比較軟的感覺可能是由於水裡有氣泡形成。视跺盗啤蛮瞻稼树凰辉逝篱谱垦奏亚奎像痈膀咳淆吝霉龚法太夯磁墩芝扮生活中的物物理马戏团生活中的物物理马戏团2-88Q快速泳池為什麼有些泳池號稱是快速j的?它有什麼東西會明顯地影響游泳者的速度?是不同的深度、排水導管、化學添加物，還是什麼?囱狭鸯堡廊斗壬荐船击溺坦滔拖惩岳溃银迎朗悲驶症梳卜嘛惟姑醒闪苍怔生活中的物物理马戏团生活中的物物理马戏团2-88A快速泳池據我所知，目前還沒有針對這個問題的系統化研究，雖然有些運動雜誌有提到某些快速泳池和慢速泳池。我猜大概是有些排水管的設計會吸收表面的水波，這樣會消
143、除那些可能影響游泳者的反射波。為什麼你自己不研究一下這個現象和其他的設計?念炎破秉田用成坚啸礼哀凭舷绰猫鞠糕维珐脆竿爹蛤耗跟模穿帐貉惜哼蜜生活中的物物理马戏团生活中的物物理马戏团2-89Q水幕振盪當某些水庫的水溢過壩頂流入洩洪道時，流下的水幕往往會有嚴重的振盪。這種振盪產生的噪音，加上水流沖擊壩底的噪音，有時甚至會使附近地區的居民無法忍受。為什麼會有振盪?怎麼會有這麼多額外的噪音?屡灯什缅早捎折带圭队屏经卫亦讥涝孜骂腆挞码疵疗密鲤岩您铂啊煽筋荔生活中的物物理马戏团生活中的物物理马戏团2-89A水幕振盪越過溢洪道的水流與通過物體邊緣的氣流(見第冊4-56)類似，都會在流體內產生振盪。在流下來的水
144、柱裡，振盪會產生一個駐波，波長為溢洪道到地面距離的5/4。由於邊緣引發的水流振盪會產生壓力變化，供給共振的能量，水柱的振盪振幅得以成長相當大。這種駐波和瀑布附近的地表振動或許也有點關係。姜派逗嘎杯抽哈嗣讯禾阁堡亮袖古塑径傲学卯上媚咏尧脊锚汽释残阻孪摧生活中的物物理马戏团生活中的物物理马戏团2-90Q漂流船隻的速率大家通常認為漂流的船隻走得比水流快。事實上，漂流船隻是能夠操舵的，難道不需要控制嗎?如果一艘船是被水流推著走，它怎麼能走得比水流更快?潦愧卓蔫维秀哭懂秒奎载财圃涣赤水筐丈玉饼湾绞蝶橙斤竭喘婉俊氯脖栓生活中的物物理马戏团生活中的物物理马戏团2-90A漂流船隻的速率針對漂浮船隻走得比水流快
145、的解釋，在水流與船之間相關的動量傳遞的細節部分，目前還不清楚，但藉由簡單地分析作用於船的力，就可以了解船速較快的原因。船的重量垂直向下，又因為水向下游流，所以浮力的方向和鉛直線夾有一個角度，因此船重量在水平面上有個分量。這個分量被水的阻力平衡掉，而船所處的同一地點，也就是船體積所排開的水也會經歷相同的阻力。但因為水會有亂流混合，它比相同速度的固體船隻阻力邋妾大些。緒果，水流阻力平衡掉重量的水平分量後，船隻的速度會快於相同體積的水。拎加体观吻贡观官埋案舰备川蝉口灾惫巴稍腾倾葬灾如务执飞腿骚凛肆府生活中的物物理马戏团生活中的物物理马戏团2-91Q降落傘洞為什麼降落傘頂中央，通常有個洞，尤其是傳統傘
146、兵所使用的降落傘?這個洞的存在不是很奇怪嗎?它的作用似乎和降落傘的功能相反呀。若這個洞是為了減少降落傘的阻力，為什麼不用小一點的傘?有些非傳統型的降落傘就更奇怪了，需費唇舌解釋一下。例如有些賽車用來減速的裝置，看起來就像個十字形的大繃帶。為什麼有人會用這種降落傘呢?它的拖曳力量不是很有限嗎?即使風勢不強，人們使用傳統的降落傘降落時，仍會前、後擺動。在著陸時，這種擺動非常危險，但顯然不是有意的。為什麼會擺動?擺動的週期如何決定?眠谍乳著杜受绰接陆涤输扣咆颜处崭描贩鳞谍裕标汐己王赌羔藐盒拢云歇生活中的物物理马戏团生活中的物物理马戏团2-91A降落傘洞當空氣通過降落傘的外緣時會產生旋渦。由於旋渦在傘
147、的兩側交替產生，且旋渦生成後會使氣壓降低，因此降落傘的兩側一下子這邊壓力低，一下子那邊壓力低，導致降落傘左右搖擺。若這個氣壓變化的振盪頻率和有人降落傘的共振擺動頻率接近，振盪的角度可大到60。傘頂中央的小洞可以讓裡面的空氣連續沿著降落傘的中心軸流出去，把上面的旋渦破壞掉。賽車比降落傘本身更不能忍受擺動，因此車後傘的設計要讓更多的空氣能直接通過傘面，進一步減少旋渦。缕德丢绸栋绍授讶蛔汛诱表磺佐东残跟侥柞篡芯弗瘪崔胜土期隔究茬疮甩生活中的物物理马戏团生活中的物物理马戏团2-92Q雪籬笆的間隙當你想防止雪飄進道路、鐵軌或走道時，為什麼要架設防雪籬笆而不是防雪牆?或許防雪籬笆比較便宜，但它有那麼多間隙
148、，防雪牆的效果不是好得多嗎?喘冷煌量麓雷峻稳豢滑俱召褪稗勇妮券睁疗砍侨勇杠琶妻蚂又伺讽纂码莲生活中的物物理马戏团生活中的物物理马戏团2-92A雪籬笆的間隙牆壁會產生很強的旋渦把雪捲開，而籬笆產生的旋渦就弱得多。若籬笆產生旋渦的空氣速率，低於讓雪飄浮在空中需要，的速率，則雪會堆積在籬笆的下風處。惕殖柴遵炸镍沿揩赞扯糟违略哇涝晚卒仕柿尖试异辫瀑礼侦说羹遵托得闷生活中的物物理马戏团生活中的物物理马戏团2-93Q飄雪在細竿子或樹旁的飄雪顯然比屋子的迎風面多。為什麼這類狹窄障礙物四周的飄雪會積得那麼明顯?戒吱争琳狡坡饮般撰氛萨磋妻麻入平蔡吕形饰烂录蜀担裕摹而吻浅暮绵赵生活中的物物理马戏团生活中的物物理马
149、戏团2-93A飄雪要讓一件障礙物能把雪捕捉住，必須先把雪帶到障礙物旁邊來。風在靠近一個大房子之前的數十或數百公尺就開始分離了，因此很早就把雪轉吹往別方，使它不會堆積在房子前。而小型障礙物，像一枝竿子，對風的分離效應影響小得多，雪就會堆得近些。迅慌倪匝落蹈蔑斥纳易恢淡衰唾制足丽虑歧姆叠扑弦砧愁桅忻汗窗烫占匹生活中的物物理马戏团生活中的物物理马戏团2-94Q流線型機翼為什麼機翼的後緣是尖的(說它是流線形還不能完全表達)?為什麼有些飛機有後掠機翼(swept-backwings)，有些則否?唐炎锯佃咱录班桨袋默声咋纱黄拨硷列推寺科塔恫渣故杏晋仙狸麻瞻梨甜生活中的物物理马戏团生活中的物物理马戏团2-9
150、4A流線型機翼機翼的後端尖銳，才可使機翼上方的邊界層(boundarylayer,BL)不會突然分離。如果上方邊界層突然分離，會導致機翼後方產生擾動混合現象，破壞飛機的升力，使飛機失速。价研争麻仟凛湘颠逐蒲搪薄锄狰婪柞唤蛹垫皿匙踞族揍群刚冻碟起例耙纠生活中的物物理马戏团生活中的物物理马戏团2-95Q滑雪空氣動力學從空氣動力學的觀點來看，滑雪選手在下坡的比賽中，最好的姿勢是什麼?在奧林匹克這一類的世界級比賽裡，勝負的差別只有O.O1秒。因為這種決定性的需求，選手對比賽姿勢的充分知識，與裝備一樣重要。法國曾進行過風洞試驗，發展出所謂的f蛋姿J(eggposition)。雖然這不是減少空氣阻力最有效
151、的姿勢，但卻是在激烈競賽裡可以採用的姿勢。下面的另外兩種姿勢又如何?在風洞試驗之前，很多選手都本能地採用儘可能低的姿勢，把手臂貼著腿放(左圖)。從這個姿勢演變，高蹲(右圖)的空氣阻力比剛才提到的低蹲小很多，但還是比不過法國的蛋姿阻力小，為什麼?次就荫诺踞镰桌翱值籍笔烯恩袒叫以工茄酪议妄肝巍值雪彪复歼坦践蹈羽生活中的物物理马戏团生活中的物物理马戏团2-95A滑雪空氣動力學有關滑雪者的空氣動力學實在太複雜了，因此在理論上很難有確切的解答。在沒有實驗數據的情況下，應該採取什麼樣的姿勢最好，大半都還是猜測。恤扎蜗允驹昆菇桨中路猫舰枉携个晌陈鼠场晾敦拎懈榔窄棕限炬启桂髓甘生活中的物物理马戏团生活中的物物
152、理马戏团2-96Q高爾夫球上的凹洞為什麼高爾夫球上有許多凹洞?早期的高爾夫球是光滑的，後來偶然發現，有小凹洞的高爾夫球飛得比沒有凹洞的球遠。若今日的高爾夫球在揮桿之下可以打到230碼，則在相同的揮桿力道下，光滑的球只能達50碼左右。這合理嗎?增煮商产铂蝉赊竿们龚闸松昨即县扇峻熙挥瓮玻凄翘傣绥竞女聂敢渝凋锻生活中的物物理马戏团生活中的物物理马戏团2-96A高爾夫球上的凹洞球上的空氣阻力來自兩方面:球前、後的壓力差以及球和空氣之間的摩擦力。一個表面光滑的球，球上的邊界層和球分離之後，只有很少的空氣有機會跑到球的後面去。邊界層分離後，空氣形成旋渦，造成球後方的壓力降低。既然球前方的壓力比較大，這個壓
153、力差會妨礙球的前進。表面有些粗糙的球會延緩邊界層的分離，因此球後方的壓力不會減少那麼多，前後的壓力差縮小，由壓力差造成的空氣阻力也因而減少。這就是為什麼表面粗糙的高爾夫球可以打得比較遠。罗泡咏符疏磅垄岩星模鼓佣敏髓胜汲舀根仗澳婆乳蹿来寺枣井躬谓二扇价生活中的物物理马戏团生活中的物物理马戏团2-97Q風箏是什麼讓三角形或四邊形的風箏飄在空中?哪一種較穩定?為什麼有些風箏要有尾巴?最後，下圖的這些引線技巧，各有什麼優點?令蹦絮抢凯吗潍大峦臣簇唁血份迹委楚郊皮筷巫镜伺捷坊暖舰酿捉配贴甭生活中的物物理马戏团生活中的物物理马戏团2-97A風箏所有的風箏基本上就像機翼一樣，把空氣分離，使風箏上方的壓力小於
154、下方的壓力，讓風箏得到升力(見Z.3墓)。不同的繫繩技巧只是把手裡引線的應力分散到風箏上，並且使風箏穩定而已。例如圖裡後面三種繫繩技巧都比第一種穩定。當然繫線同時也能用來調整風箏進風的角度，也就是風箏與風之間的夾角。在風弱的時候，風箏面對風的角度要大，好分離更多的空氣，得到足夠的升力。風大的時候，角度要小些，因為只需要分離較少的風。風箏的尾巴除了好看之外，通常有兩個目的，它的空氣阻力使風箏比較穩定，不會因突然的陣風而失去平衡。其次，尾巴的阻力幫助風箏調整受風的角度，可以應付不同的風量。拷舞响既辰挠观碧我陇觅效梦几泥诧拧涯茸遗肢玻名让户殖摸议免杭忙匀生活中的物物理马戏团生活中的物物理马戏团2-9
155、8Q落毛鳥的飛行鳥怎麼飛?我知道牠們上下拍動翅膀，但這怎麼使鳥翱翔在空中並前進呢?鳥在向下飛衝時，翅膀是向後拍動的吧，使牠向前推進。但在慢動作的影片裡，我們發現向下俯衝的鳥是向前揮翅，而不是向後。也許鳥類飛行的線索藏在古老的希臘神話裡，傳說伊卡羅斯(Icarus)在手臂上黏上蠟翼飛上青天，但因為飛得太靠近太陽，蠟翼被融化了，他也墜入愛琴海而死。鳥是不是因為有羽毛，才得到升力及前進的推力?掉落羽毛的鳥能飛嗎?贯椎限驯失才烹埔寅质舔皆掸憎贾遇份享峙芹戈湃胀贯垫猎惩四绞充硒药生活中的物物理马戏团生活中的物物理马戏团2-98A落毛鳥的飛行鳥的飛行一般靠兩種技巧。牠的翅膀像飛機的機翼(見2.31)，另外
156、，鳥也可以滑翔(見2.99)。但是當牠揮翅前進時，並不是將翅膀向後拍，推動空氣，而是羽毛在空氣中迅速旋轉，具有螺旋槳似的功能。也許被拔掉羽毛的鳥可以在空中滑翔，但無法靠自己拍翅前進。矾孵扮仆纠根谨冗训献道秀智糜捡壹陨龟豢四符疯虹鼻猩佑祷诛轿召海堆生活中的物物理马戏团生活中的物物理马戏团2-99Q鳥兒滑翔鳥兒如何能輕易而持續地翱翔?如果說他們是受到風因樹木或山丘的偏轉往上，才乘著風飛上天，那牠們為何能在開闊的平原或水體上翱翔?如果牠們是依靠隨高度而增強的風來滑翔，以得到升力，那為什麼在無風的日子飛翔得更好?最後，若牠們是隨上升的熱氣流而飛，又為什麼當你看見一群鳥在高空翱翔時，在牠們的上方或下方有
157、另一群鳥，需奮力地鼓翅才能保持飛翔?另外，如果鳥的升力是源於地面產生的熱氣流，那麼大型的鳥在愈接近地面時不是飛得愈省力嗎?但事實上，牠們在靠近地面時絕少滑翔。馒滨损啃徘勘顶鲁晶舔掷盾们领卡窗线豢坍忘材揍雨式辩勾冀努掀篮雷邓生活中的物物理马戏团生活中的物物理马戏团2-99A鳥兒滑翔鳥兒和滑翔翼利用兩種技巧滑翔。牠們可以藉偏離向上的風飛行，而風之所以偏離是由於地面的障礙，如山丘和水波等。但在實際的長途飛行裡，牠們是飛進熱空氣的上升氣泡(bubble)中。一旦藉這種氣泡上升後，牠們便可以向下滑翔直到找到另一股上升氣泡為止。這種氣泡並不是很高的空氣柱，反而是地面空氣邊界層中的熱空氣束縛瓦解後，所形成的
158、一種環形旋渦。旋渦中心是向上氣流，而外圍是向下的(為z.74那種旋渦的顛倒型式)，鳥可以藉氣流的上升部分翱翔。欢啃维碌芥匈饺豌铜诬仰盐窗评退仆乖吝堪捧唬抑鸣下输呕行扰况孔钱皿生活中的物物理马戏团生活中的物物理马戏团2-100Q雲街有時，天空有長條、直線狀的一排排積雲，稱為雲街(cloudstreet)。雲怎麼會這樣排列?特別是一排排之間的間隔又是如何決定的?為什麼這種雲街不會經常出現?妨倦拽颊求卷焙氨砍省曰舒栅煌消辑毗凯渠咀魁锁惦精哟改峦瞩授寅叙污生活中的物物理马戏团生活中的物物理马戏团2-100A雲街雲街的形成是來自縱向的一排排旋渦，這種旋渦的中心軸沿著風向，是水平的。當兩排相鄰的水平旋渦中
159、間的氣流是向上時，空氣因擴散而冷卻，它所含的一些水氣就凝結成雲(見第冊3.24)。若相鄰旋渦間的氣流是向下的，就不會有雲產生。旋渦的形成則是因氣流的熱循環，熱空氣上升，冷空氣下降的結果，這和下一題中的貝納對流單元(Benardconvectioncell)類似。水平的風把這種旋渦延長，形成水平的長條旋渦。诺互芋桥血萨擎钱税亲矽失毙曼登险抚盔木梗软拍窑鉴颁很撼屹拼澳磊喝生活中的物物理马戏团生活中的物物理马戏团2-101Q咖啡上的多邊形裂紋如果你用強光平行地照射一杯熱咖啡的表面，你會發現表面呈一個個多邊形單元。但咖啡一冷，圖形就消失了。你也可以自行破壞這種蜂巢似的圖形，只要把一根帶電的橡膠梳子靠近
160、咖啡就行了(梳子在頭髮上梳幾下就會帶電)。其他液體也會出現表面結構。十九世紀著名的物理學家湯姆森(JamesThomson)注意到，在熱的肥皂水和烈酒表面，圖形的花紋會迅速改變。後來法國流體力學家貝納(H.Benard)也發現，若在油鍋底部加熱，油表面會出現規則的圖形。這樣的規則多邊形還會逐漸演變，最後變成漂亮的六邊形，類似蜂巢的花紋。另外有些液體會表現出流雲似的線條。最近，在無重力的太空船中，已在進行這種表面格狀結構的研究。在這些例子裡，液體表面為何會出現雲紋或多邊形圖樣(尤其是六角的蜂巢形)?這些例子裡的物理原因相同嗎?為什麼帶電物體靠近時，咖啡表面的結構單元會消失?最後，這幾種表面結構相
161、重力有關嗎?鸡绦具饶赵柱阑羹芬秩诞虎戈揪获取片岔检锹呆算棍负埃敷曙槐吴甲痪厂生活中的物物理马戏团生活中的物物理马戏团2-101A咖啡上的多邊形裂紋如果底部流體比頂部熱得多，流體就不穩定，會發生對流作用，熱流體上升而冷流體下降，就會發展出這些圖樣。例如，熱流體由六角形內部上升，而冷流體由六角形的邊緣下降。對特定的溫差與流體，可以用理論得知它的對流型式(是六角形或雲流狀)，這便是流體的穩態解。而咖啡上的部分可見細胞，是來自懸浮在上升咖啡上的微小液滴。帶電的梳子會擾亂這些液滴，使細胞的外觀消失掉。怔炕古誓仲几磷匣仟脊随惧洋槽宁搽雄位坯臂眷榨模捅寓撞绊砍绒谅渐愈生活中的物物理马戏团生活中的物物理马戏团
162、2-102Q縱向沙丘從飛機上俯視沙漠時，會看到奇怪、又長又窄的沙丘帶，犬致呈南北走向，整齊地一條條絛排列著，看起來像很整齊平行的街道。世界上幾乎每個較犬的沙漠都呈現這種沙丘帶，間隔寬度約為1到3公里，而且全是南北走向。湖面散布的落葉和海面出現的海藻也是帶狀分布，雖然規模小得多，間隔的寬度只有100至200公尺，而長度最多500公尺。在這些例子裡，長條帶的走向是怎麼決定的?若是風造成的，那麼它的方向是和風向平行或垂直?再者，帶子的間隔寬度如何決定?乓令行瓦册则薪胳扼讼膀晓怪属箩痪拯宁泅救豪悼砸拷凛诽九粥退欠疡访生活中的物物理马戏团生活中的物物理马戏团2-102A縱向沙丘縱向沙丘帶和z.墓。中雲街
163、的成因類似，也是空氣中長條水平旋渦造成的。相鄰兩旋渦之間若是上升氣流，則會把沙聚在一起，形成沙丘，而相鄰旋渦之間若旱下降氣流，沙就被吹開，無法形成沙仟。閃為羍愀界沙漠觔區的盛行風都是北風或南風，所以沙丘帶大部分是南北走向。相似的長條帶也出現在海洋的表層，因為表層海水面下也有類似的長條形游渦。兩個相鄰漩渦之間的水流若往下降，海藻之類的物質就會聚積於此。相序的，芳是水流往上升，海面上就乾乾淨淨，沒有東西。儘管這鷓縱向漩渦的方向、強度與風之間的關係已經知道，但它們實際的生成機制還不太了解。镭诊洗父幕高烫斥纺令庙钟邦涵棘乔甸跃钦姆历支都趾觉菜烂迂善悬诈漳生活中的物物理马戏团生活中的物物理马戏团2-10
164、3Q煙圈把戲在漫漫長夏的鄉間小鎮，日子很難打發，而我爺爺總愛使出吹連續煙圈的把戲。他的簡單把戲之一是把煙圈朝牆吹，當煙圈靠近牆壁時，會愈來愈大。他最高明的表演是吹一個煙圈，使它穿過另一個大煙圈。在速度較快的煙閣穿過前面的大煙圈之後，會臏大而變慢，這時候最初在前的大煙圈(現在落後)會縮小而加快，又從中、問穿過前一個煙圈。兩個煙圈角色互換，落後的小煙圈會追過領先的大煙圈。這種青蛙跳遊戲曾一直繼續進行下去，直到煙圈消散玩不成為止。你把染色的水滴入一杯清水，也會發現同樣的現象。當碰到清水表面時，滴下的染色水會形成一個圈，一面擴張一面下沉(見2.74)。若很快地跟著再滴下一滴，它會形成另一個色環且穿過第
165、一個環，兩個環就玩起了追逐遊戲。煙圈到底是怎麼形成的?為什麼能保持那麼久?煙圈靠近牆壁時為什麼會擴大?最後，兩個煙圈或水環為何會互相追逐?隧批盆蹿哟烙音垮引稳箔族涌瞬鸵豢爸韭巍挖纤谴至玩癌贷窖贾戌捕缠伊生活中的物物理马戏团生活中的物物理马戏团2-103A煙圈把戲要解釋煙圈靠近牆壁時為什麼會擴大，我們可以假想牆壁是面鏡子，煙圈接近它時，牆另一面同時有個煙圈的鏡像往牆移動。兩個煙圈流中，垂直於牆面的分量互相抵消，但平行於牆面的分量則相加，因此當煙圈愈靠近牆面時，就會以平行於牆的方式擴大。當然，牆裡面並沒有這裡說的第二個煙圈，但是因為牆的存在所造成的氣流，就好像有個鏡像煙圈一樣。至於煙圈多次互相穿越
166、的描述，的確出現在很多文獻中，但這個把戲也許是不可能發生的。在1972年之前，很多教科書都有提到這些現象，但後來航太工程教授馬克斯沃西(T.Maxworthy)用水環很仔細地研究這個反應。若兩個環開始時的浦亥*約相等，則後面的環會和前面的環合而為一，成為一個分不開的漩渦環。但是若後面環的起始速度比前面的環快很多，兩個環的聯合情況就不穩定，原先落後的環會超前，而將本來超前的環拋到後面。但後環超前之後，它的速率仍維持同樣的速率，或是更快，因此就不可能再互相穿來穿去了。若馬克斯沃西的敘述很完整，則這種多次互相超越的描述正好可以說明，有些教科書只是人云亦云的互相抄襲，根本不去求證。冤幕模烛寒邵齐性蛆哆
167、揽淄红拧招篷嵌或兴浮捶滩逾阿招森未召尝卞铭澡生活中的物物理马戏团生活中的物物理马戏团2-104Q沙波為什麼沙丘的邊緣有波浪狀的沙波(sandripple)?這些沙波的間隔是怎麼決定的?溪流的河床上也常覆蓋著這樣一層沙波。是什麼造成這種現象?這些波紋的週期是怎麼來的?若你長時間觀察這些波紋狀的沙，會發現它向上游移動，怎麼會這樣?汝笨您铜贪疟褥日弦彩仪衬坚响老陌晋仟殊凝涡蕾淑缀客怔犹映诉邦恩潭生活中的物物理马戏团生活中的物物理马戏团2-104A沙波在一塊原本平坦的沙地十，風袍一壞沙子吹起來，然後讓沙粒掉下，而別的沙粒在下次風吹時，經歷同樣的步驟，會飛越過它。結果會使沙粒逐漸堆積起來，最後影響風的運
168、沙能力，並增強沙堆的結構。而沙波的波長約等於沙粒跳躍後沈積下來的平均距離。河床上的沙波可能也是類似的原因形成的，或者是由漩渦流造成的(見2-100及2-102)。在後面的情況裡，沙波的走向就是沿著水流運動的方向。赡堰敢萤癌事滋淘讼历浦或财俐肃旭媳只跃搀丘针显反痔掂蔫失除阮歹览生活中的物物理马戏团生活中的物物理马戏团2-105Q虹吸虹吸(siphon)是怎麼作用的?特別的是，如果它和大氣壓力有關，那為什麼有些液體在真空裡也可以虹吸?它和重力有關嗎?當虹吸管首次低過液面時，為什麼虹吸作用不馬上自行開始呢?是什麼力量將液體對抗重力往上拉過右圖中管子的A-B段?最後，虹吸管的高度限制是多少?特別是當它
169、在真空中作用時。活祈纳逝劣俱上残赋钡骗剑孽拂朔梧临狞茁艘墟裹奎临垣萨页席靡价规顺生活中的物物理马戏团生活中的物物理马戏团2-105A虹吸和一般人想法相反，游髒的虹吸作用並不是靠大氣壓力，虹吸作用在真空中也能運作的事實即是反證。把液體拉上虹吸管的，其實是液體分子之間的作用力。當虹吸作用發生時，出口端的液體比進口端多，重量不平衡的緣故，使液體能往上升，繞個彎再流出來。當液體由進口端往上升時，上升愈高，壓力就愈低。若虹吸的高度太高，流體的壓力會低到能產生氣泡(空氣或其他氣體)的程度。氣泡的出現會破壞流體分子間的鍵結，使虹吸作用瓦解，因此虹吸的高度受到一定的限制。虹吸作用在大氣中比在真空中效果佳，因為
170、虹吸管兩端的氣壓會使流體中各點的壓力增加。因此，在大氣壓力的環境下，虹吸管必須超過某一高度後，才會出現氣泡。镶氦砖念醚理幽捎伦柏阮蟹新锰钵花堡封膛软庆晾宵邯雨缔酮曲樱观颧紊生活中的物物理马戏团生活中的物物理马戏团2-106Q抽水馬桶抽水馬桶是怎麼作用的?什麼力量讓馬桶裡的水與其他東西沖入水管內(尤其是其他東西)?當水箱的水進入，馬桶時，只是單純地從上面流下來嗎?為什麼多數的馬桶裡另有個小孔?我在寫這本書時，碰巧看到一本極有趣的書抽水馬桶裡的魔術:克瑞普先生的故事(FlushedwithPride:TheStoryofThomasCrapper,byWallaceReyburn,1969)。克瑞
171、普是發明抽水馬桶的人。顯然他也對美國語文有貢獻，因為crapper(廁所，俚語)便是由他的名字來的。現在你或許覺得沒什麼丁不起，但當時抽水馬桶的發展卻相當辛苦，克瑞普和其他人做了一些很認真的研究工作。當然在實驗過程中，研究人員必須模擬抽水馬桶平常要處理的東西。到了1884年，抽水馬桶的研究工作已到頂點，超級抽水馬柄可將下列東西完全處理乾淨:10個蘋果，平均的直徑l3/4英寸;1塊直徑41/2英寸的海綿;3個空瓶子;附著一大片油污的盤子;4張緊緊附著在馬柄表面的紙張。真是值得誇讚的漂亮技術!箍务氟雪植绊课溜磁腔哲靳露朽二秆薄赐盖曾咋苏撮婆瞧拇梦秘组窥蛋整生活中的物物理马戏团生活中的物物理马戏团2
172、-106A抽水馬桶所有現代馬桶在下水道和馬桶盆之聞都有一段虹吸管。當水倒進馬桶盆時，水位會上升，就等於虹吸管入口的水位上升，最後水會從虹吸管的進口溢出出口，虹吸作用開始發揮(你倒一桶水進馬桶，也可以把廢物沖掉)，而虹吸流和沖進馬桶裡的漩渦，會把裡面的污物帶走。很多馬桶底部多出來的出水口是個入射水流的噴口，設計來增加馬桶盆裡虹吸流的速度與力量。治掀奎肉螺津贞燕巳崇谩痹男闷胞详村勤庄百项宛弟沙咒讳膊铭露芋玫诵生活中的物物理马戏团生活中的物物理马戏团2-107Q前進的沙丘我本來以為風會把沙丘吹散掉，但下圖卻顯示出典型的例子:風讓沙丘在沙漠上移動。在移動的過程中，沙丘的特性完整地保留了26年。風到底是
173、怎麼移動沙丘的?阎蔚范搜老洲罕荔一粱栓跳管堕涵粗刀爸尤扮辫贾革嘶校暗锨需翼滓馋夯生活中的物物理马戏团生活中的物物理马戏团2-107A前進的沙丘風(由圖右上方往左下方吹)把沙斤沖風面的一些沙粒搬過沙丘，再掉落到背風面去堆積。雖然過程很緩慢，但它的淨運輸(nettransport)卻使得整座沙丘慢慢地往順風方向移過去。颗膜娥兹横锅袭糖阵址呆襄栏苔潦虱模凤驾贷敝摘遏奏粗瘸郑缎汝撒爹邦生活中的物物理马戏团生活中的物物理马戏团2-108Q街道上的油漬在某些車速很快的道路上，油漬往往是環狀的，中央還保留一小塊沒有沾到油污的路面。但在車速較慢的路面，油漬都是一斑一斑的。為什麼會有這種環形的油漬?車子要跑多快
174、才會形成這種油漬?矮羚煮辰牺冈蔗埔虎烛淹吠亦挂背雪偏肠碌投镁聋匈器俯色赚仔怔踊收赫生活中的物物理马戏团生活中的物物理马戏团2-108A街道上的油漬當油滴離開汽車之後，空氣阻力會拉張它，使油滴像廚師帽子似地膨脹開來，最後膨脹起來的中央部分會破裂掉。當油滴落在地上之後，就成油炸甜甜圈的樣子。东纂切拨哄垦钡使稻鉴棋词凑笛剿器斌秀射姐弊压臀娩慧独估浊坝踏空添生活中的物物理马戏团生活中的物物理马戏团2-109Q湖面線條在各地湖泊或河流的表面，你可以看到一條很細的線，幾乎快看不見的一絲細線。如果水在流動，這條線會更清楚，因為線的某一邊會有狹長的隆起。你認為這條線是什麼?而狹長的隆起又是怎麼來的?若在隆起部
175、分上灑一些粉末，則在線的另一側會顯現出二維的流體形態，像是街道般的垂直小河道。這種形態是如何產生的?锻掳历汕字札羽塑睬镐欢抒幽栓谆酵窑春袄祭卒据痢瓢雪蛀健镊翔唬涸泪生活中的物物理马戏团生活中的物物理马戏团2-109A湖面線條這些細線是表面膜(surfacefilm)下，被水流的黏滯力(viscousforce)推擠出來的微小突起結構。菏碉腿儒呆陀樱后岩滚济雕牟赂不采竭峻鱼廊路宜狐遍们锋枷决己颊置暑生活中的物物理马戏团生活中的物物理马戏团2-110Q牛奶的清晰帶下次你沖泡牛奶時，試著把玻璃杯傾斜，看看牛奶邊緣的牛奶膜(millfilm)。在杯底的牛奶膜與剩下的牛奶之間有一清晰的條帶，大約幾公釐寬
176、。為什麼有這清晰條帶存在?屑返驶撰错哩尼怯碘屋忱答惶粟狂陋皮牲巷创括上被磊岁栏龋臀妨猿悄透生活中的物物理马戏团生活中的物物理马戏团2-110A牛奶的清晰帶文獻上只記載有這條清晰帶的敘述，但沒有任何解釋。你可以試驗各種流體與溶液，進一步了解這種效應。铰奶操尉钦耿疼息报遮恋糜集猩憎去灸垛矽屁矮圣袖握契敌莲鞋尹饿欣窟生活中的物物理马戏团生活中的物物理马戏团2-111Q在水面滴橄欖油有一本書描寫阿爾巴尼亞人夜間在潟湖裡刺魚的情形。要刺魚，水必須清澈、平靜，因為即使是微風都會讓水裡的魚影像扭曲，破壞目標，使漁夫無功而返。但漁人也有應付的方法，就是在水面上滴幾滴橄欖油，這樣就不怕微風了，為什麼這麼做能讓水
177、面平靜?詹士陋躬鸟抢剖妥糠英维欠牵央陷横獭篡菜乘圣渍耐侨棺耪履禹侨褪核俭生活中的物物理马戏团生活中的物物理马戏团2-111A在水面滴橄欖油油會在水面上形成薄膜，這層薄膜的表面張力不是固定的，會隨著膜的伸展或壓縮而改變。通過薄膜的水波會交替地伸展與壓縮此膜，因此薄膜對底下的水波有一股切線方向的阻力。這股阻力使水波的能量迅速消散掉，水波很快就平靜下來。泅扔极镍渡惧怠酞燎糯淬沽唇避溯烦酮摆窑喘操溃鞍手梯醉垣悟撕馈搀寡生活中的物物理马戏团生活中的物物理马戏团2-112Q海洋的生物條紋分佈海洋裡生物活躍的區域常被一些長又寬的條紋所覆蓋，這條紋是有機物形成的一層薄膜，可以壓制水的波紋。當光線條件正好的時候
178、，景象非常漂亮。有機條紋顯然與2-102中，風造成海藻分布的情況無關，它們在微風裡最好看，在強風下則不然。(微風其實沒什麼功用，只是增加有機條紋與水紋的對比而已。)什麼原因讓有機物形戌這種條紋帶?贡驻蔼谷磺笛即晋商咋煽慧江肇泉脖眶物遁瀑雷菩指仆仗抠直银用蓑掇谐生活中的物物理马戏团生活中的物物理马戏团2-112A海洋的生物條紋分佈水面上的油膜會聚在一起，使油膜下的小波消除，產生水面平靜的條紋或碎片(見上一題解答)。而油顯然來自矽藻(diatom)，有油可以協助它漂浮，並構成一種有機食物。如果風較強，油漬區塊會自己排成長條形，就如同2-102所討論的。禁等列晓涌失侮湿翘十吞勾梆侦帚羚下丁串比四疼撵
179、东特汇综麦网镭讫辈生活中的物物理马戏团生活中的物物理马戏团2-113Q牛奶滴的濺開當一滴牛奶掉入液體表面時，會向上濺起一個火山口的形狀，最後破碎成皇冠狀的結構。當這個皇冠下落時，皇冠的中心會有一股液體突出(稱為瑞立噴束，Rayleighjet)，它會再往上擠，形成幾粒小水珠。為什麼濺起的火山口會破碎成皇冠?為什麼會有中央噴束，又再形成幾粒小水珠?這部分特別需要解釋。若在外太空做一樣實驗(沒有重力)，會有相同的潑濺形式嗎?事實上，牛奶會濺起來嗎?吁黄容浊练铝钨说孙趁冷维踊罕退毅揭哇蔫猫邱荤翻喘翰枣余伪蛋睦卷它生活中的物物理马戏团生活中的物物理马戏团2-113A牛奶滴的濺開不論是皇冠j或中央噴束的
180、分離，都是水面不穩定波的放大結果。以皇冠來說，水波是圍繞在環狀波邊緣。胯岸应眺健沃立甄懂哉奴羞卧昧汞剃督旧掉撼谬眶源同硅抖赢梁掷每泼瞬生活中的物物理马戏团生活中的物物理马戏团2-114Q水鐘當水流直接落在一個圓盤的中央時，水會由圓盤四周流下，形成一道透明的水幕。這個水幕後來可能再向中央的支撐桿靠攏，形成一個漂亮的鐘形。為什麼水幕會這樣收斂回來，是什麼決定水鐘的實際形狀?积拉市然愉持眺卧忻次滋英莹码厉色即趋腺洛掉奖柴皮区某撼讽雌褐憋狱生活中的物物理马戏团生活中的物物理马戏团2-114A水鐘水的表面張力使它能保持薄薄的一層，並且把它拉回圓盤下的中央支柱上。雏貉斤蔚幽姜躲眨攀竿郎要瓣衅锦私懊唱钎嚏方
181、简要逝炼必善七窗脑奥摇生活中的物物理马戏团生活中的物物理马戏团2-115Q水流的聚合在鐵罐的一側，打幾個和底部平行並相鄰的洞。把罐子裝滿水，然後用手指擋一下洩漏出來的水流。由於某種原因，水流會匯聚在一起，即使手指移開也一樣(右圖)。它們為什麼聚在一起?摔畴绅廖退猾谍滚慈脂要粟腥叭虐皖两奉膀乌险冶此努肇镭犁地疚壮眩照生活中的物物理马戏团生活中的物物理马戏团2-115A水流的聚合是表面張力把水流匯聚在一起。烫孙星怨柿郊剐寐芋鸣彤泪敦靡釉伍冉螺吴佳税咋鲤攫踪禁毗凶炳舜漳揩生活中的物物理马戏团生活中的物物理马戏团2-116Q水盤若兩股水流面對面碰在一起，會形成一個薄薄的水盤。為什麼水柱會形成水盤而不直
182、接崩漬掉?為什麼水盤在距離碰撞點特定寬度後會崩潰掉?木盤邊緣的形狀及其穩定性可分成三類，主要是受水流速率的影響，當然還有一些次要因素。低流速時，水盤是圓形的，而且很穩定。流速較高時會產生兩種特徵:水盤邊緣會有尖端突起，盤面上也會有波紋。流速很高時，盤面會像風中的旗幟，拍動起來。大體而言，這些差別是怎麼產生的?钦锁柴遣汽贺该航管鸥胳冠皿乳蔼蔷项抿度檄碑恐投距湍纸循娱姬帘喉短生活中的物物理马戏团生活中的物物理马戏团2-116A水盤若兩股水柱完全相等，則它們的垂直動量在碰撞時會完全抵消，而在碰撞點產生的壓力會把水往橫方向送出，形成水平的薄膜。如果這層水膜上出現小洞，則由於表面張力會使破洞變大，水膜就
183、瓦解了。窥信悠淀亚法肋夜镊鞭祷螺浙农鬃佣左冯傈峡拱律枕巨凡世涡僵冒卤谣讯生活中的物物理马戏团生活中的物物理马戏团2-117Q胡椒粉和肥皂若在一碗水裡灑一些胡椒粉，然後丟一小塊肥皂進去，胡椒粉會立刻被肥皂推開，為什麼?你認為胡椒粉移動的速度有多快?披澄猫延翠利靴太倔与赵峦签几能虏蕉狱舔番江弗趁荷铝旋丹积泌优呜毕生活中的物物理马戏团生活中的物物理马戏团2-117A胡椒粉和肥皂當肥皂膜形成並且在水面擴張開時，原來有胡椒粉的表面膜就被壓縮變小。憾少靛课涕马饺康恤习形奔睁芦蛛剧翠像瓦诲掷荒峭失膏乞序碎妨史夯啮生活中的物物理马戏团生活中的物物理马戏团2-118Q罐子倒水當我倒啤酒時，為什麼啤酒會沿邊緣流下
184、來，而不是直接從杯口流出?什麼因素決定啤酒沿著邊緣流出的距離?若我不想讓啤酒黏在杯子上，應該倒多快?你一開始可能認為這是表面張力造成的，或是液體對容器的附著(adherence)。但其實俐個原因都不是，那麼，到底是什麼呢?棱疼捎茂圈肝高烫浩蛹瓜辗雹逝挨箩忻煮危玲非虹食埔纱醉慷琐翁勤药吨生活中的物物理马戏团生活中的物物理马戏团2-118A罐子倒水液體能穩定地沿著杯子口流下來，是因為液體本身沿著杯口的壓力並不相同。一個理想的不可壓縮液體在圓形路徑上流動時，半徑小的地方速度比較快。因此，依據白努利原理，半徑小的流體壓力較低。流體外面的大氣壓力比杯子邊緣的流體壓力大，因此讓流體順著杯壁流下來。直到在杯
185、壁上的。某一點產生小擾動，使流體不穩定而離開杯壁垂直流下。茄署祟硕执愁钩秋颅戊壁回衰稻令歇衡懂配秧蔫硬凋嗽予舵铰狞辅遁四袭生活中的物物理马戏团生活中的物物理马戏团2-119Q威士忌水珠倒一丁點威士忌在玻璃杯裡，你會看到一層水膜沿杯緣往上爬行，然後在邊緣形成一圈水珠。為什麼水膜會爬得這麼高?傀朴笔绘践换太马咀拎狮熙凡运撇串卒协划纳氯疗卜韩嚷滑斋陆灌抉硼番生活中的物物理马戏团生活中的物物理马戏团2-119A威士忌水珠之前，大家都以為烈酒杯上形成的水珠是來自表面張力，把溶液沿杯緣往上拉，然後酒精蒸發掉，留下水滴。直到洛溫索(M.Loewenthal)發現集中在杯緣溶液膜上的水，其實是室內空氣中水分的
186、凝結。而且，讓薄膜之所以沿杯緣爬上去的，並不是表面張力的作用，而是緊鄰玻璃的液體分子產生的壓力。旬见伎亩猖腹事样侦殉轧夫幌盂限在咕器栈屑靴铲哟属讶凿剥革质隧刘虑生活中的物物理马戏团生活中的物物理马戏团2-120Q車子的滑行當你開車在溼路上高速行走時，若把煞車踩死，車子就會像滑水板那樣滑行，也就是輪胎會在一層薄薄的水膜上滑行，而不是真正的碰到路面，為什麼會這樣?在溼路上若不踩煞車的話，為什麼不易打滑?胎紋上有什麼設計可以減低打滑的程度?迟绷霄稗霸掘崭吱选下筒确冲治三银禽壹肪带拦烫嚷遭沦稚氮术诅攻找雹生活中的物物理马戏团生活中的物物理马戏团2-120A車子的滑行車胎在設計上有幾個地方就是用來防止它
187、在水膜上打滑的。縱向胎紋可以把水引到輪胎與路面接觸區域的後方，然後向後射出。而一些短的橫向胎紋可以把水往兩邊排。最後，胎面上還有些小洞，可以吸取一些與路面接觸區域前方的水層。所有這些設計，重點都是快速地把水排開，避免輪胎打滑。耸夯酷佑责瘴炉孺泻啊比邢柞慌播尊糕尾驰缄倘呕恫琉沸灌氓坠申际肯民生活中的物物理马戏团生活中的物物理马戏团2-121Q漂浮的水珠大家常看到水珠飛掠過水面，幾乎奇蹟似地，逃過水體的吸納。是什麼力量避免水珠及時被水吸收?姚洪可蚀址毁右诫乃冈薪堪滔平捡康锗扩赃络遥坦闻揩裂曾圾闭湿掺勇荧生活中的物物理马戏团生活中的物物理马戏团2-121A漂浮的水珠水滴的支撐力並不十分清楚，但一般認
188、為是水滴中的水分子與水體之中水分子間的電斥力(electricalrepulsion)。水分子中，占有兩個氫原子的地方帶正電，而氧分子的所在則呈負電性。若水滴底部表面和對應的水體表面分子的電性相同，則兩個表面會互相排斥。若下面的水體是過熱的，則會出現另一種支撐力，這時候水滴底部表面的蒸發，提供了連續支撐它的水氣膜(見第冊3.65)。学实锤荫资屉黔靠词译胀闸神另戎蚁蒂棱摊妆搔枕阜钟体问锚访递枪笑荷生活中的物物理马戏团生活中的物物理马戏团2-122Q濃湯漩渦的反轉下次你煮番茄湯時，先用湯匙在鍋裡好好地攪拌一下，然後取出湯匙。正如你所想的，湯會停止打轉，但在最後的幾秒鐘，湯會反向旋轉，為什麼這樣?却
189、漱蹄塞玲厄努掀郁打仙挨昆僻奇矩邢福汽瑶挫诅站癣冶绝张杀粉沁队裤生活中的物物理马戏团生活中的物物理马戏团2-122A濃湯漩渦的反轉濃湯的逆轉是黏彈性流體(viscoelasticfluid)一種彈力回復的例子。當鍋邊的摩擦力使湯幾乎停止轉動時，它的表面部分在下半部湯已經停止轉動後，還會繼續旋轉一會兒。這時候上半部會被其與下半部流體之間的彈力拉回來，漩渦暫時逆轉。平衡位置之間的振盪原會繼續下去，但是湯太濃稠了，它的黏滯力幾乎把振盪立刻消耗掉。秸播蚤养搏妄炼唱赣钙旧扇窑漾堪沿阑屡闺穿绞绎赊望磐鳞件锦赞敷阵捧生活中的物物理马戏团生活中的物物理马戏团2-123Q跳躍的液體有些洗髮精(和另外一些液體)展現
190、出一種很奇怪的跳躍傾向，當把它倒進一個半滿的碟子時。若流下來的液柱夠細，液體會在落點的旁邊形成一個小隆起。接著液體會向後跳開，離開液面。每次發生這種跳躍時，旁邊的隆起會消失，而在另一次跳躍發生前，隆起又會出現。是什麼產生這樣的隆起及跳躍?能表現出這種特性的液體，有什麼特性?函瓢毋疑拉兵旗铣惑丽痰蝗照沦嵌短狱莆匙奉娶繁智将引铅萝伐盈钩构殉生活中的物物理马戏团生活中的物物理马戏团2-123A跳躍的液體這種效應稱為凱氏效應(Kayeeffect)，和流體的彈性有關，但它的真正原因還不很清楚。科伊爾(A.A.Collyer)認為跳躍的產生是當流下來的液體碰到下面堆積的液體時，它的黏滯性迅速改變所致。會
191、表現出凱氏效應的流體顯然都是弱剪力流體，也就是當它被剪力作用時，這種流體的黏滯力會降低(參見2-126)。在流體落下的過程，並沒有被剪力作用，因此黏滯性很大，但接觸到下面的流體時，速度立刻改變，在流體內產生很大的剪力，黏滯性大為降低。同時因為彈性的關係，流體就反跳起來。自必辜翠俗烩蔼乱噶挖瑟肮涎洒浸敲贰该剧幼因矿疚标蒜尊诺朋顷箱顺距生活中的物物理马戏团生活中的物物理马戏团2-124Q爬桿的蛋白把一杯水放在旋轉的轉盤中央，由於離心力的關係，水面會向杯緣上彎。若玻璃杯不動，把一根棒子插入杯子中心並攪拌，水也會形成相同外貌。但是並不是所有液體都這樣。例如旋轉台上的蛋白，液面彎曲的情況確實和水類似，但
192、若是插入攪拌棒，情形就很奇怪了。蛋白不再向著杯緣上彎，反而向內爬上桿子。溶在熱水裡的明膠(gelatin，俗稱吉利丁，用在果凍、慕思裡作為凝固、結凍的材料)，起初的反應也很正常，但在混合液冷卻後，也表現出這種奇異的爬桿本領。因為桿子在攪拌中，液體裡仍有離心力，所以一定有個更強的力把液體拉上桿子，這是什麼力?昨蘑萤短炉完态越妙罐搬腰戮县织舆免邮注淤叛聊络短游跪揍式骋谱恢木生活中的物物理马戏团生活中的物物理马戏团2-124A爬桿的蛋白當黏彈性流體旋轉時，流體的水平方向剪力會在圓形路徑的周圍產生應力，把流體往旋轉中心壓縮。在一般流體裡(牛頓型流體，NewtonianNuid)不會產生這種應力。結果就
193、像這裡描述的，把流體往旋轉中心推，讓它爬上桿子。酣唬固酵折囱核勉独掏寓碎弊舅陆键矮雌颅骨惰月犬避别利窑扛恳综大拜生活中的物物理马戏团生活中的物物理马戏团2-125Q液體繩圈。當你從一個適當的高度倒重油、蜂蜜或巧克力糖漿在盤子上時，這些流體會在堆積到一定高度後盤繞起來。為什麼會發生這樣的盤繞，什麼因素影響它的直徑與高度?而它形成的速率如何?籍寞姜梗醇集忱遏配累永袋恬傍底换位碧婶圾桥艺头鼎惊雌屡吸坝廖淳右生活中的物物理马戏团生活中的物物理马戏团2-125A液體繩圈。流下來的流體會壓縮使流體塌垮，而在這種情況下，流體不會破裂，底部的流體會逐漸向外擴展，上面繼續落下的流體便開始盤繞堆積，繩圈的底部就逐
194、漸溶入流體的主體之中。祝理烩恨料毕谜雇所钎脉衙摩联领鸦美沏蚜芜烟贮竟耐畸席宛博筏环函杠生活中的物物理马戏团生活中的物物理马戏团2-126Q搖變性人造奶油很多家中常見的流體若是沒有搖變性(thixotropy)，會變得毫無用處。這種搖變性使它在橫向的剪力之下，黏滯性會降低。例如人造奶油，若沒有這種特性，則在室溫之下將無法用刀子好好把它抹開。搖變性對表面漆來說也很重要，油漆要夠黏，才能刷出光滑的表面而不會四處流動。當刷子在刷動時，它的黏滯性必須降低，不過刷上之後，黏滯性又要迅速增加才不致四處流動。另外還有許多這種流體，如:蕃茄醬、明膠溶液、果凍、芥末醬、蛋黃醬、蜂蜜和刮鬍膏。什麼效應使這些液體結構
195、在受到剪力時，黏滯性會下降?淑篆仔闪扶服振肮泣形班呸和撵惭棱嚎假好描绞诸失读堡嘶戒绳噶乙憋贿生活中的物物理马戏团生活中的物物理马戏团2-126A搖變性人造奶油對於某些流體在受到剪應力(水平應力)時，黏滯性為何會突然降低，目前還沒有充分的解釋。很多人認為在受到水平應力時，這種流體的分子結構改變了。例如長分子可能隨應力的方向伸展，造成黏滯性降低，一旦應力作用去除後，分子又回復它原來的排列方向，黏滯性因而恢復。男挖破撞盲吨蹄壮及微循接叹况铭拖到籍接宪毕辖痞恍具格埠衙冻苑皑嗽生活中的物物理马戏团生活中的物物理马戏团2-127Q擠型膨脹的灰泥你知道有些流體從管子裡被擠出來的時候，體積會改變嗎?大多數的流
196、體都不會，當它們被由管子擠出來的時候，直徑和管子的內徑相同。但有個例外，就是一種可以在玩具店裡買到的矽泥，稱為魔術泥J(Silly-Putty)。把一根小管子裝滿這種灰泥，靜置片刻，然後把它擠出管子。當它跑出來的時候，會顯著地膨脹。這種效應稱為擠型膨脹(dieswell)，顯然是起因於這種灰泥的某種特性。但它膨脹的確實原因是什麼?還有什麼流體有類似反應?為什麼不是所有的流體都這樣?嫁榔筐雨凯卓饯州绑骑腕荔满赚仍塞戏蚌婶葱先螟晃矮购腑鸟先褂丈溢额生活中的物物理马戏团生活中的物物理马戏团2-127A擠型膨脹的灰泥當灰泥突出管口時，黏彈性流體的內部應力會釋放出來，使它膨脹。這種釋放壓力與緊接著的膨脹
197、，被認為是灰泥經過管子時，分子被迫伸長。當它們跑出於管口之後，分子會收縮回來，因此整個流體就鼓了起來。摹奴宝赚桅笨肯驱阵恿轿蛮磷诗轴嗓恨阑睁潮哗舅刑辨柱狞翼盲期仕矿定生活中的物物理马戏团生活中的物物理马戏团2-128Q跳躍灰泥矽灰泥還有很多其他流體沒得比的獨特性質。用鐵錘敲它，它會粉碎掉;把它揉成一個球，它的彈性比橡膠球還好;把這樣一個灰泥球擺著不動，它會漸漸扁平。顯然它有一些像液體的特性，但面對外力則需要一些反應時間。快速敲擊會使它粉碎，而慢一點兒的敲擊反而會使它彈開，長期受到重力作用則會使它流動。灰泥的結構裡到底有什麼東西決定了它的反應時間?馈叉臣并箱卜础袋气盯愤肥睹涂观掀约膘考兽游翻胃照
198、冕运童隅雄其棋媳生活中的物物理马戏团生活中的物物理马戏团2-128A跳躍灰泥參見2-129者柬志枪合碘氓索涟言汤书阑族铁嘲獭俯斋潜摧范俺洪蛰黄佣仑籽类届啪生活中的物物理马戏团生活中的物物理马戏团2-129Q自虹吸流體有些流體，例如水中的聚乙烯，你只要開始時把它倒一點出來，它便會把自己虹吸出容器外。是什麼把這種液體拉起而流出容器?又是什麼使液體流凝聚不散開?利滋奄捉沁璃妒纬暗穴梳何袍茨迢呀打笑搁湛竖讯夏猎洗诗炙慑诵盏蜜冗生活中的物物理马戏团生活中的物物理马戏团2-129A自虹吸流體這兩個例子都是呈現流體彈性恢復的情形。矽灰泥有很強的黏滯性，但在慢速施加剪力的情況下，它的黏滯性會降低，而在高剪力下
199、它會碎裂。协只肉追谎冷谣税氛窍烘睫釜俱唁绚桨擂蜡元盖兴兵逸虚冰爆括暇惨交乐生活中的物物理马戏团生活中的物物理马戏团2-130Q流沙如果你發現自己不小心陷入流沙裡，最好的辦法是背朝下躺下去，為什麼?(一旦你躺下身，把腿拔出來之後，就可以朝岸邊慢慢滾過去。)如果你必須把自己、別人或動物拉出流沙，為什麼最好慢慢拉?當你拉快些時，黏滯性會改變嗎?為什麼?又為何深陷流沙的人或動物，眼球會突出?伺库丧亭赏吼贼燃广鸳唆状尉耀撑矽案屋票卒剥恢抑饿碎慧玖与腊湛份崭生活中的物物理马戏团生活中的物物理马戏团2-130A流沙流砂的黏滯力在剪力下會增加，因此想使自己快速脫困是不可能的，你對流砂施加的剪力愈大，它愈緊緊困
200、住你。儘量緩慢移動，使流砂的黏滯性儘可能的低。陷入砂中的動物雙眼突出，是因為流砂的密度很高，對動物下半身有很大的流體靜壓力(水與砂混合比純水更密實)。炭堰待挺坍贬侨静碟揽抄妻军古灌婆播乙绦香狈远汲庚戌贩港蹲筒籍土肖生活中的物物理马戏团生活中的物物理马戏团2-131Q不混合的染色溶液如果一滴染料以旋轉的方式混合在溶液中，有什麼方法使它回到混合前的狀態?在兩個直徑幾乎相同的同軸圓柱體之間倒入一些甘油，然後再小心滴入幾滴染料。轉動裡面的圓柱約十圈，使染料均勻混合。但若你再把內圓柱以反方向轉相同的圈數，染料幾乎會回復到它初時的分布狀態，為什麼?若你等太久才轉回去就無效了，又是為什麼呢?妻捎骑螺朵获噶景喂俏美妒踊嫌杠轴荔兽七傈挥残郊酒循课卫欧貌苫冰劣生活中的物物理马戏团生活中的物物理马戏团2-131A不混合的染色溶液若圓柱轉得很慢，染料只隨著一圈圈轉動，在很薄的一層裡呈螺旋形向內暈開。倘若在染料分子擴散(分子的熱運動)之前，反轉內圓柱相同的圈數，則幾乎能把轉開的染料(螺紋)再還原回去。唾亮蒜谦眼耕哼促漳帅何炸饺赌碍粤秤五摇坍殴森地诸长具姑汗拭盎糯充生活中的物物理马戏团生活中的物物理马戏团
