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第22章 物理(2)

每一个移动电话区域中继站的电波发送范转围为30千米。如果把本地的中继站与邻近城市的移动电话中继站联网,就能建立跨市、跨省甚至全国联能的移动电话通迅网。

知识点:无线电波、中继站、交换机、通道

为什么用吸管可以把饮料吸上来

当你用一根吸管喝饮料的时候,你有没有想过:为什么用嘴一吸,水就能沿着吸管跑到我们嘴里来?这主要依靠大气压力的帮助。

我们知道,在地球的周围包着一层厚厚的空气,称为大气层。哪里有空气,哪里就要受到大气的压力。据测定,在地球的表面,每平方厘米的面积上,所受到的大气压力大约为10牛顿。

吸管插在杯子里,吸管的里面和外面都跟空气拉触,都受到大气的压力,而且内外受到大气压力相等,这时,吸管内外的水保持在同一个水平面上。我们含着吸管一吸,吸管里的空气被我们吸掉了,吸管里没有了空气,作用在吸管内水面上的压力就比吸管外面上的压力小,这样,大气压力就会把饮料压进吸管,使吸管内的水面上升。我们不停地吸,饮料就源源不断地跑到嘴里来了。

知识点:大气压力、空气、饮料

为什么钢笔能够自动出水

当你用钢笔写字的时候,纸上立刻就现出字迹。你可曾想过:为什么当你写字的时候,钢笔里的墨水源源不绝地跑出来,而你不写字的时候,墨水就不出来呢?

我们来做一个实验:将一根细玻璃管插入盛有水的玻璃杯里,水就很快地从细玻璃管中往上升,而且管子里的水面比玻璃杯内的水面还要高。这个现象叫做毛细现象。钢笔就是应用毛细原理加以设计的。它依靠笔身上一系列毛细槽和笔尖上的车缝,把笔胆里的墨水输送到笔尖。书写的时候,笔尖一碰到纸张,墨水就附着在纸上,在纸上留下了明显的字迹。

不写字时墨水为什么不流出来呢?让我们再做个小实验来说明这个问题。用一块硬纸片盖在装满水的玻璃杯上,按住纸片,并迅速地将玻璃杯和纸片一起倒转向下,再轻轻地放开按住纸片的手。只见硬纸片紧紧地吸在玻璃杯上,并托住了满满一杯水。是什么力量托住了硬纸片而使玻璃杯中的水不流出来呢?这就是大气压力的作用,正是大气压力托住了硬纸片和杯中的水。不写字的时候,钢笔里墨水不流出的道理也是一样。因为笔胆外面的大气压力比笔胆里的压力大,所以能够把墨水抵住不外流。

知识点:毛细现象、毛细槽、大气压力

为什么不倒翁不会倒

大家都有这样的经验:平放的砖头很稳定,把砖头竖立起来就容易翻倒;瓶子里装了半瓶水稳定,空瓶子或是装满水的瓶子就比较容易翻倒。从上面两个事例来看,要使一个物体稳定,不易翻倒,需要满足两个条件:第一,它的底面积要大;第二,它的重心要低。物体的重心可以认为是所受重力的合力作用点。

对任何物体为说,如果它的底面积越大,重心越低,它就越稳定,越不容易翻倒。例如:塔形建筑物总是下面大上面尖;装运货物时,总是把重的东西放在下面,轻的东西放在上面。

了解了这些知识,我们再来看看不倒翁。不倒翁的整个身体都很轻,只是在它的底部有一块较重的铅块或铁块,因此它的重心很低;另一方面,不倒翁的底面大而圆滑,容易摆动。当不倒翁向一边倾斜时,由于支点(不倒翁和桌面的接触点)发生变动,重心和支点就不在同一条铅垂线上,这时候,不倒翁在重力的作用下会绕支点摆动,直到恢复正常的的位置。不倒翁倾斜的程度越大,重心离开支点的水平距离就越大,重力产生的摆动效果也越大,使它恢复到原位的趋势也就越显著,所以不倒翁是永远推不倒的。

像不倒翁这样,原来静止的物体在受到微小扰动后能自动恢复原位的平衡状态,在物理学上叫做稳定平衡。而像乒乓球、足球、篮球等球状物体,在受到外力后,可以在任何位置继续保持平衡,这种状态称为随遇平衡。处于随遇平衡的物体,重心和支点始终在同一条铅垂线上,而且重心的高度保持不变。横放在桌上的铅笔,就是一种随遇平衡,不管它滚到哪儿,重心的高度是不变的。

知识点:底面积、重心、稳定、平衡

为什么在泥地上骑自行车很费力

在软软的泥地上骑自行车时,自行车的两个轮胎就像是漏了气似的,蹬起来特别吃力。这是什么缘故呢?

想想看,你在雪地里或是在泥沼地里走路时,不是也感到很难起步吗?这是因为脚踏在雪地里或泥沼地里的时候,人的体重就压在脚底那么大的一块面积上,这时候,脚对地面产生了一个较大的压强。因为雪或泥沼地的弹性系数和弹性限度都非常小,也就是说,在不太大的压强的作用下,就会发生较大的形变,而且不能自己恢复原来形状,所以脚就陷进了软软的雪或泥里了。这样,当你再想起步时,就不得不把脚抬得比平时走路时高,因此就感到比较吃力。

在泥地里骑自行车也是这样,由于车轮对地的压强,使泥地被压出的一条深沟。这样,车要前进,首先必须要把自行车的轮子从沟里抬起来。而且泥地越软,车轮陷得越深,深沟对车轮前进的阻碍越大,使自行车前进所需要的推力也越大。所有这些因素都要求人对自行车的踏脚施加更大的作用力。因此,在泥地上骑自行车特别费力。

知识点:压强、弹性系数、形变、阻碍

为什么湿的手套和袜子不容易脱下来

每个人都有这样的经验:手套和袜子湿了以后就不容易脱下来。这是什么缘故呢?

手套和袜子在干的时候,织物本身比较松,同时它们对手和脚的附着力也很小,所以我们可以很方便地把它们脱下来。可是,手套和袜子湿了以后,由于水的表面张力使织物绷紧了,同时,水对手套、袜子和手、脚又都有一定的附着力,就像胶水似的把它们“粘”起来,所以就不容易脱下来。

刚洗过的脚不容易穿上袜子,也是这个道理。因为刚洗过的脚,皮肤上还附着很多不易觉察的小水珠,它会“抓”住袜子,不让袜子穿上去。

知识点:附着力、表面张力

为什么风筝能飞上蓝天

在风和日丽的时候,许多人都喜欢到郊外或公园去放风筝。当五彩缤纷、造型各异的风筝在蓝天上翱翔,人与大自然融为一体时,对放风筝和看风筝的人来说,都是一种美的享受。

那么,风筝为什么能飞上蓝天呢?如果你留心观察就会发现,风筝总是迎风而飞,而且风筝的“身体”总是斜向下的,这就是风筝能飞上天的关键。首先,风筝总是迎着风飞,风吹在风筝上,就会对风筝产生一个压力,而且这个压力垂直于风筝的面。因为风筝的面是斜向下,所以迎面吹来的风对它的压力是斜向上的。风筝的重量很轻,空气的这种向上的压力足以把风筝送上蓝天。在风很小的时候,放风筝的人常常牵着风筝线迎风奔跑,或站在原地不断地拉动风筝线,利用勒线来调整风筝面向下倾斜的角度,这都是为了增大空气对风筝的向上压力,使风筝飞得更高。

风筝有大有小,形状也是各种各样的,它的下边往往还加了一些纸条或穗做成的尾巴。从物理学角度来说,这是为了使风筝的重心向下移,可以提高风筝的平衡性能,使它飞得更加平稳些。

知识点:迎风、斜向、压力、重心、平衡

为什么自来水管有时会发出隆隆响声

当你用完自来水,突然关上水龙头,有时会听到水管里发出隆隆的响声,这响声究竟是怎么一回事呢?

我们知道,自来水是在自来水厂经加压(或水塔)送入到各家各户的。由于水很难被压缩,经加压后的水在水管里流动具有很大的冲击力,水压越大,冲击力也越大。当你突然将水龙头关闭,正在流动的水流就会因撞上水龙头里的阀门,而受到阀门的反作用力,使水流向回流动,同时在阀门附近产生局部真空区域,因该区域压强远小于水管里的压强,水又流了回来,这样,水流在水管里来回冲击。如果冲击得猛烈,水管本身又没能很牢固地固定在墙上,就会使水管发生振动,发出隆隆的响声。水压越是高的区域,发生此类情形的可能性就越大。

为了避免水管产生振动和响声,在安装水管时,一定要将水管牢牢地固定在墙上。如果你在使用自来水时,遇到了这种情况,可将自来水龙头重新拧开,然后再慢慢地将水龙头关紧。

知识点:自来水、振动、水压

为什么小溪会潺潺地响

小朋友都喜欢吹气球,气球吹得太大了,它会“叭”的一声破掉。为什么气球吹破的时候会“叭”的一声响呢?原来,声音是由物体的振动引起的。当气球里的气体装得太多了,压力很大,它们就要冲破这层橡皮薄膜喷出来,这时气体发生了强烈的振动,就发出了“叭”的一声。

小溪为什么老潺潺地响?这个问题似乎跟我们吹气球没有什么关系,仔细一分析,道理却是一样的。因为小溪的水从高处往下流时,会将一部分空气裹在水里,在水里形成了许多小气泡,小气泡破裂时就发出响声。同时,小溪里的水冲到石块或凹凸不平的地方,也会引起空气的振动,空气振动就会发出声响来。在山石陡峭的峡谷里,这种潺潺的水声还会在山谷回荡,不绝于耳呢。

知识点:声音、振动、流水、气泡

为什么笛子能吹奏乐曲

口琴、小提琴、钢琴等乐器,能奏出各种乐曲,我们不感到奇怪,因为口琴里有簧片,小提琴有琴弦,钢琴里有粗细不同的钢丝,正是簧片、琴弦、钢丝等物体的振动,产生了各种声音,奏出了好听的乐曲。

一根竹管做的笛子,里面什么东西也没有,仅在竹管上开了几个洞,怎么也能吹出乐曲来呢?

声音是由物体振动引起的。簧片、琴弦或钢丝振动了能发出声音,同样的道理,液体和气体发生激烈振动时,也会发出声音。

笛子里面虽然是空空的,可是它里面着一条看不见的空气柱,当它受到外力激扰的时候,就会按一定的频率振动而发出声音。空气柱越长,频率就越低,发出声音的音调就低;空气柱越短,频率就越高,发出声音的音调也就越高。当你把嘴唇放在吹口上,吹出一条又扁又窄的气流去激扰笛子里面的空气柱,笛子就发出声音了。如果将六个按孔统统按住,笛子里面就形成一条最长的空气柱,发出的声音音调最低;如果你依次将离吹口由远及近的按孔放开,空气柱就一次比一次短,发出的声音也就一声比一声高。吹奏笛子的人就是根据乐曲的需要,放开或按住不同的按孔,使空气柱忽长忽短,吹奏出好听的乐曲。

演奏者还可以用“超吹”的吹奏法,即增加吹压,可以吹出比原音高八度的声音。例如,吹do音,指法不变,运用超吹的吹奏法,可以吹出高音的do。所以,笛子虽然只有六个按孔,但是在技艺高超的演奏者手里,却可以吹奏出各种美妙动听的乐曲来!

知识点:振动、乐曲、空气、音调

夏天为什么自行车容易爆胎

夏天,自行车在马路上疾行的时候,忽然“啪”的一声,车胎爆裂了。这对骑车人来说是很麻烦的,他必须把自行车推到自行车修理站去修补一番。如果这位骑车人知道空气受热膨胀的道理,他就能设法避免这样的事故。

夏天,不但空气很热,就是地面也被太阳烤得很热。车胎里的空气受热膨胀后,不断地冲击着车胎,想跑出来。如果恰巧碰到这个车胎里的空气打得太足,或者车胎上有薄弱的地方,那么它就会一涌而出,把车胎挤破。

夏天的早晨和中午,室内和室外的温度相差很大。你早上在家把车胎里的气打足了,骑到马路上一跑,车胎里的气受热膨胀了,便急得要找条路跑出来,最后只得把车胎挤破了。

所以,在炎热的夏天,你千万不要把车胎里的气打得过胀。

知识点:自行车、车胎、膨胀

为什么饺子煮熟以后会浮起来

北方人爱吃的饺子和南方人偏爱的馄饨,都是人们用薄薄的皮子把馅子紧紧包住捏实以后制成的。生饺子下锅以后,都沉在锅底。然而,煮熟以后,饺子又会一个一个地浮到水面上来,这是为什么呢?

原来,生饺子比较密实,密度比水大,放在水里自然会沉下去。而随着水温的升高,馅儿和皮儿吸饱了热水以后会渐渐膨胀起来,体积也随之增大。特别是馅子的空气膨胀程度更大,于是熟饺子的整个体积会变得比生饺子大很多。等到饺子充分膨胀,它的密度变得比水小的时候,饺子就开始上浮。有烹调经验的人,只要打开锅盖看一下饺子是否都浮起来,就可以知道饺子的生熟程度。

知识点:饺子、密度、膨胀

为什么粥烧开了会溢出来

一锅水烧开了,水蒸气“咕嘟、咕嘟”往外冒,可水并没有溢出来,而一锅粥烧开后,就会溢出锅外。这是什么原因呢?

当锅里水温达到沸点的时候,水就会沸腾,产生水蒸气。一开始,水蒸气会在水里形成小气泡,随着水蒸气的迅速增多,气泡越来越多,越来越大,并上升到水面破掉,就把水蒸气带出了水面,而不会在水中积聚起来。所以,水煮开了,不容易溢出来。

而烧粥就不大一样。米粒的主要成分是淀粉,当米和水放在一起烧的时候,米粒的淀粉会溶于水中,变成热的淀粉糊,这种液体的黏度和表面张力都比水大。因此,当锅里的粥烧开了,水蒸气跑出来形成气泡的时候,气泡外面就包了一层这种淀粉膜,淀粉膜黏糊糊的,具有较大的表面张力,不容易破掉。随着水蒸气的增多,水泡也越聚越多,越升越高,当它们升到锅子边缘时,就溢出锅外了。

知识点:水蒸气、表面张力、黏度

为什么煮熟的鸡蛋浸过冷水后

蛋壳就容易被剥掉

鸡蛋是由硬的蛋壳和软的蛋白、蛋黄构成的。在通常情况下,鸡蛋煮熟以后,蛋白和蛋壳粘在一起,不易分离开来。但是,人们常常先把鸡蛋煮熟,然后立刻浸入冷水,再剥去蛋壳就方便多了。这是什么原因呢?

原来,除了少数几种物质以外,一般的物体都具有热胀冷缩的特性。不同的物质材料,热胀冷缩的程度是不同的。在温度剧烈变化时,蛋壳和蛋白的热胀冷缩步调很不一致。在高温烧煮时,蛋壳受热快,蛋白传热慢,因此蛋壳膨胀的程度相对大一些。一旦浸入冷水时,蛋壳又急剧受冷而收缩,蛋白还处在原来的温度而没有来得及收缩,这时候,有一部分蛋白就会被蛋壳挤进蛋的空头处。当蛋白因温度降低而收缩时,因为体积的缩小而使蛋白脱离了与蛋壳的粘连,从而使蛋壳很容易地被剥掉了。

知识点:鸡蛋、热胀冷缩、物质

为什么冬天从嘴里呼出的气是白色的

运动员经过剧烈的奔跑和跳跃以后,常常会大口大口地呼气。你注意过吗?他们呼出的气是白色的,这种现象在冬天的室外格外明显。空气本来是无色透明的,为什么他们呼出的气却是白色的呢?

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