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生活中的物理发现

2017-11-13 13:15

来源:网络

作者:网络

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风筝为什么能升上天?

每年的春天,北京的风筝会一下多起来,无论是天安门广场,还是新建的立交桥边的空地上,都有不少的大人小孩兴致勃勃地把五颜六色、各式各样的风筝放上天空。这些风筝在蓝天上翩翩起舞,十分壮观。但是你知道风筝为什么会飞上天吗?


有人说风筝是风吹上天的,说的不全对,纸片被风吹上天不一会儿就自己落到地面来。风筝被线拉着与风吹来的方向有一定的角度,当风刮到风筝上的时候,由于风筝的阻挡风的方向发生改变,风筝给风一股力量,使风转变了方向。根据牛顿第三定律,作用力与反作用力的大小相等,方向相反,分别作用在相互作用的两个物体。风也就给风筝一个反作用力,这个力使风筝向上,向远方飘去,这时只要适当地放开拉住风筝的细线,风就把风筝送上了天空。当人拉紧细线,细线对风筝的拉力与风对风筝的作用力方向相反,不让风筝远去。风筝在这两个力的作用下,悬在半空中。


如果风速太小,风对风筝的作用力不足以支持风筝的重力和细线的拉力,风筝就会从高处向下跌落。一般靠近地面的风力较小,必须设法使风筝达到一定的高度,才能自动上升到更高处,线在空中飘浮。因此人们往往拉着风筝迎着风跑,或登到高处使吹到风筝上的风速大一些,使风筝飞升上天。

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乘飞机时,乘务员为什么要发给乘客口香糖?

当你乘飞机旅行时,乘务员总是要在飞机起飞前发给你口香糖,这是不是为了给你的旅行增加甜蜜的味道?不是,而是为了减轻你在飞行中的不适。

我们知道大气层空气的密度是变化的,大气压强随着高度的增加而减少。虽然我们的大型民航客机的机舱是密封的,但是在飞机起飞、降落和航行中,机舱内空气的压强还是会有较大的变化。


人在地面时,地面的大气压强为1个大气压左右,人的耳咽管及内耳道内空气的压强也是一个大气压左右,当飞机升入高空之后,机舱内的空气压强降低,而内耳及耳咽管封闭着一个大气压的气体,造成鼓膜内外有个压强差,使鼓膜受到从内耳向外耳的压力作用,使人感到头晕、恶心,甚至于出现呕吐等不舒服的症状。这时只要张开嘴,作咀嚼、吞咽动作,耳咽管就会开启与空气相通,使内耳中的空气压强与机舱内的气压相同,使加在鼓膜上的压强差消失。为了帮助你能打开你的耳咽管减轻乃至消除由于气压变化给你带来的不适,乘务员发给你口香糖,是为了让你轻松地、甜蜜地渡过这个难关。


我们从这个实例中可以知道,当你周围环境的气压作较剧烈变化的时候,主动张嘴,使内、外耳压强保持一致,是保护耳朵的好办法之一。

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为什么公共汽车后面的窗子是不打开的?

当你坐在疾驰的公共汽车中的时候,是否发现,汽车的后窗总是关闭的,这是怎么回事,为什么在很热的夏季,都不打开车的后窗呢?


如果有一条小鱼在茫茫的大海里游泳,水面是不会产生什么波浪的。如果大鲸鱼游来就会激起滚滚的浪花。这是由于鲸的身体很大,它要占据很大的体积,当他往前游的时候,它离开的地方就会有水补充进来,因此,鲸的尾部常常出现巨大的浪头。


公共汽车也是这样的,在车身刚经过的地方,就要有空气来补充,因此,空气就由两旁和后面这些地方涌来,形成一股涡流。空气的涡流卷起地上的尘土,紧跟在汽车后面,卷起一个大灰柱;这就是我们看到的汽车后面的飞扬的尘土。如果我们把公共汽车的后面的窗子打开,那么空气必然夹带着尘土,一个劲地往车里挤。因此,公共汽车后面的窗子,大多是不打开的。

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公共厕所里的自动冲水水箱为什么能定时冲水

在公共厕所里常见到定时自动放水冲洗的装置,它是根据虹吸现象制造的卫生设备。


虹吸现象在日常生活中常见。拿一根装满水的长橡皮管,两头用手捏住,把它的一头插入放在桌子上的水桶里,让橡皮管另一端挂在水桶的外边,挂在外边的橡皮管较长。松开捏着皮管里两端的手,水桶里的水就会源源不断地流出来,直到水桶里的水位降到管子口的下方为止。这是因为橡皮管里灌满了水,大气压强压着水流入橡皮管,由于橡皮管的出水口低于桶里的水位,产生了压强差,水就顺着管子流了出来。这就是虹吸现象。


打开水龙头,向高悬于厕所房顶的水箱内注水。当注进的水的水位,低于虹吸管上端弯曲的部分因为管内有空气不会发生虹吸现象。当注进水位高于水管上方弯曲部分时,水管内灌满了水,发生虹吸现象,水箱的水自动地冲出来冲洗下水道,直到水位下降到弯管进水口之下。接着又开始第二次储水的过程。水储满了之后又发生虹吸现象,只要进水量调得合理,就能保证水槽定时,定量冲水。

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早晚的天空为什么是红色的?

早晨和傍晚,在日出和日落前后的天边,时常会出现五彩缤纷的彩霞。朝霞和晚霞的形成都是由于空气对光线的散射作用。当太阳光射入大气层后,遇到大气分子和悬浮在大气中的微粒,就会发生散射。这些大气分子和微粒本身是不会发光的,但由于它们散射了太阳光,使每一个大气分子都形成了一个散射光源。根据瑞利散射定律,太阳光谱中的波长较短的紫、蓝、青等颜色的光最容易散射出来,而波长较长的红、橙、黄等颜色的光透射能力很强。因此,我们看到睛朗的天空总是呈蔚蓝色,而地平线上空的光线只剩波长较长的黄、橙、红光了。这些光线经空气分子和水汽等杂质的散射后,那里的天空就带上了绚丽的色彩。 


俗话说"早霞不出门,晚霞行千里",这就是说,早晨出现鲜红的朝霞,说明大气中水滴已经很多,预示天气将要转雨。如果出火红色或金黄色的晚霞,表明西方已经没有云层,阳光才能透射过来形成晚霞,因此预示天气将要转晴

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死海不死

在亚洲西部,离地中海不远的地方有一个内陆湖,叫做死海,死海里没有一条鱼,它的名字由此而来。为什么没有鱼呢?因为死海的水太咸了,每百千克海水中含盐二十千克以上。死海海水的密度太大了,比人体的密度大得多(人体的密度在1000kg/m3左右),所以人的身体只要有一半多浸没在水面之下,所受到的浮力就等于人受到的重力。人在死海里游泳时,可以躺在水面上看报纸,要想沉入水中可就要费好大的气力,潜入水中还会被海水托出水面。  


死海的海水中矿物质很丰富,可以用来治疗一些皮肤病和湿疹。是世界上著名的游泳风景点和疗养地之一。

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人靠什么走路

在平坦的马路上,谁都可以迈开大步向前走。一个健康的人,走路并不是什么难事,因而也没有想过人是靠什么走路的。听了这个问题,有的人会觉得好笑。人只要有气力,抬腿,迈步,不就可以往前走了吗?


而事实上,问题并不那么简单。请你试一个动作:挺直身体,背贴着墙站在地上。把一只脚抬起来,向前迈步,只要身体不离开墙壁,这只脚是跨不出去的。如果抬起来的脚向前迈出去一步,那么,回头一望,身体已经离开墙壁。这说明,身体向前移动了。


人身体向前移动的时候,一定依靠了一种外力。或者说,是这种力推着人前进的。如果这种外力比较小,走路就会遇到困难,比如,在光滑的冰面上,人们就不敢迈大步,而只能小心翼翼地挪动双脚。现在,请你回答,后脚蹬了一下地。从物理的角度来分析,那是人体给了地面一个向后的力,与此同时,地面也给了人体一个向前的力。正是这个力把人体向前推了一下。脚蹬地面,这是作用力;地面给人体一个向前的力,这是反作用力。这个反作用力表现为摩擦力。在一般情况下,作用力和反作用力正好相等,因此,我们走路并不觉得困难。可是,人在冰面上走,冰面过于光滑,给人的摩擦力要小得多。这样,如果你仍然像在地面上走路那样使劲,向后蹬的力与摩擦力不平衡,后脚要向后滑,人就会跌跤。

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“开水不响,响水不开”?

生活中大家可能都有这样的体会:烧开水时,水开前响声较水开后响。为什么“开水不响,响水不开”呢?注意观察一下就会发现:水中没有出现气泡时,是听不到响声的,而气泡的产生就会伴随着响声的出现。由此可见,烧开水时发出响声与水中气泡的产生是密不可分的。要揭开“开水不响,响水不开”之谜就要从气泡身上找原因。


原因之一:气泡的产生过程对响声大小的影响

水中溶有少量空气,容器壁的表面小空穴中也吸附着空气,这些小气泡起气化核的作用。水对空气的溶解度及器壁对空气的吸附量随温度的升高而减少。当水被加热时,气泡首先在容器壁上生成。气泡生成之后,气泡内部的容器壁部分实际上是处于“干烧”状态,而气泡边缘与干烧部分之间处于激烈的汽化过程。由于水继续被加热,这个过程中不断地向小气泡内蒸发水蒸汽,使泡内的压强不断增大,结果使气泡的体积不断膨胀,气泡所受的浮力也随之增大。当气泡所受的浮力大到一定程度时,便离开器壁开始上浮,整个过程的声音就象往烧红的铁上倒水一样,试想一下:无数个这样的剧烈汽化响声汇合在一起会产生什么样的声音?


响声是由于气泡的产生而出现的,更重要的是:沸腾后,气泡会迅速上浮,这种剧烈汽化过程的时间要比沸腾前要短,响声自然就小了。


原因之二:气泡上浮过程中的变化对响声大小的影响

在沸腾前,容器里各水层的温度不同,容器壁附近水层的温度较高,水面附近的温度较低。气泡在上升过程中不仅泡内空气压强随水温的降低而降低,泡内有一部分水蒸汽凝结成饱和蒸汽,压强也在减小,而外界压强基本不变,此时,泡外压强大于内压强,于是,上浮的气泡在上升过程中体积将缩小。在继续加热的过程中,气泡产生和膨胀就越来越多,越来越大,但当气泡上升到温度较低的地方时,气泡中的水蒸气又要凝结成水,体积又逐渐地减小。那么在这样的过程中,随着温度的升高,气泡的体积一会儿膨胀一会儿缩小,又不断的上浮,在水的中、上部会产生一种振动,当水温接近沸点时,有大量的气泡涌现,接连不断地上升,并迅速地由大变小,使水剧烈振荡,产生较大的响声。


在水的温度达到沸腾的温度时,由于对流和气泡不断地将热能带至中、上层,使整个容器的水温趋于一致。水的内部急剧汽化,气泡内水蒸气达到饱和,密度大气压高,在上升过程中其体积不仅不会缩小,而且还继续增大。这时气泡所受的浮力也在它上升过程中增大,气泡就由底部一直上升到表面而破裂,放出水蒸气和空气。由于此时气泡上升至水面破裂,对水的振荡减弱,响声自然也就小了。


由此可见,“开水不响,响水不开”是很有物理道理的。

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“热得快”的奥秘

“热得快”是生活中常用的一种电加热器,可以用来烧开水、热牛奶、煮咖啡等,快捷而方便。


“热得快”的加热螺圈通常是用一种较细的金属管绕制成的,管内装有电热丝,然后灌入氧化镁粉之类的绝缘材料,把电热丝封装固定在管中间,使它不与管壁接触。电热丝的两端再分别与电源线相接。通电后,电流从电热丝中流过,电热丝便发热。如果把“热得快”浸没在液体中,热量通过液体很快散发出来,这样使液体很快被加热,而且也不会烧坏电热丝。如果让“热得快”在空气中干烧,热量不易散发,金属外管会很快烤焦,甚至烧红,管内的电热丝便会烧断。所以,使用时应先将“热得快”放入液体内,液体最少应淹没加热螺圈(手柄及电线不能浸入液体中),然后再接通电源。加热完毕,也应先断开电源,过一小会,待“热得快”温度降低后,再从液体中拿出,擦干收藏。


由于“热得快”中的电热丝是用镍铁合金制成的细丝,一般较脆、容易震断。因此,“热得快”不能剧烈震动,如果表面有水垢或附着物,可用小毛刷轻轻刷掉,不要用硬物敲击或用小刀刮削。“热得快”一旦断丝便无法修复,只有换新的了。

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冰棍“冒汽”

炎热的夏天,热气逼人,吃上一根冰棍才舒服呢!你注意过吗,冰棍从冷藏箱里拿出来往往还冒“汽”哩! 真有趣,通常只有热的东西才冒汽,冰棍为什么会冒汽呢?


夏天的气温比冰棍的温度高得多,冰棍一遇到空气就要融化,融化时要从周围的空气中吸收大量的热,使空气的温度下降。平时空气里含有一定量的水蒸气,由于温度突然降低,就达到饱和或过饱和状态。也就是说,冰棍周围的空气由于温度降低,便容纳不下原来所含的那么多水蒸气了。在这种情况下,多余的水蒸气就结成微小的水珠,形成一团团飘浮着的雾状水滴,经光线照射,就成了白色的水汽。


云、雾、雨、雪形成的原因也是这样。江河湖海里的水,受到阳光照射后,不断地变成水蒸气,飘散在空气中,含有水蒸气的空气受热上升,升到一定高度,遇到冷空气,就凝成一团团悬浮的小水滴,这便是云。靠近地面的水蒸气,遇冷也能结成一团团悬浮的小水滴,这就是雾。所以云和雾在本质上是相同的。在合适的条件下,云里的小水滴不断地合并成大水滴,直到上升的气流托不住它的时候,便降落下来,形成雨。如果是冬季,这些水滴就结晶成雪花漫天飘舞。不过,空气中饱和水汽的凝结,必须有它凝结的“核心”才行,这个核心就是飘浮在空气中的尘埃,它是促进云、雾、雨、雪形成的必要条件之一。


云雾的秘密,使英国物理学家威尔逊受到很大启发。经过研究,他于1894年发明了一个叫“云雾室”的装置,它里面充满了干净空气和酒精(或乙醚)的饱和汽。如果闯进去一个肉眼看不见的带电微粒,它就成了“云雾”凝结的核心,形成雾点,这些雾点便显示出微粒运动的“足迹”。因此,科学家可以通过“云雾室”,来观察肉眼看不见的基本粒子(电子质子等)的运动和变化情况。同时,还发现了不少新的基本粒子。威尔逊云雾室,为研究微观世界作出了卓越贡献,1927年,他因此荣获了诺贝尔物理学奖金。

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电冰箱门上的星标

星标的数目代表不同的温度范围。温度对冰箱中食物的储藏时期又有怎样的关系呢?


电冰箱内有恒温器(thermostat),以控制电源的断续,使箱内温度保持在一定的范围内,以免过冷而耗电。双门的电冰箱,门上有星形标志,以表示冷凝格(freezercompartment)的温度等级。

1颗星:表示温度不高于-6℃,食物可贮藏十天。

2颗星:表示温度不高于-12℃,食物约可贮藏一个月。

3颗星:表示温度不高于-18℃,食物约可贮藏三个月。

4颗星:表示温度不高于-20℃,食物约可贮藏三个月外,还可以冻结鲜食物。

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香脆的爆米花

“砰!”随着一声巨响,爆米花的香气便飘散开来。爆米花个大粒圆,酥脆芳香,是很受小朋友欢迎的一种膨体食品。大米经过爆米机一加工,体积陡然胀大好多倍,难怪人们风趣地把爆米机称作“粮食扩大器”哩!

那么,米粒是怎样被扩大的呢?


我们知道,密封在容器中的气体,都有一个特别的脾气:温度增高,压强就增大。给爆米机加热的时候,密封在罐里的空气的压强逐渐增大;同时,装在里面的大米逐渐被加热,贮存在米里的水分也逐渐蒸发出来,聚积在铁罐内。罐的温度不断升高,罐内的气压越来越大,这种高压阻止米中水分继续蒸发,使残存在米中的水分也逐渐升温升压,一个个米粒象憋足了气的小气球,只因为受到罐内气压的约束,它们才不能爆开。当罐内气压升高到2—3个大气压的时候(这从气压表上可以看出),便停止加热。这时,爆米花的师傅拿一条长布袋套在爆米机的口上,然后打开盖子。说时迟,那时快,在一声巨响中,大米喷到布袋里了。高温高压的米粒突然进入气压较低的环境中,憋在米粒中的高温高压水分,失去了约束力,便急骤膨胀,使米粒迅速胀大,变成了爆米花。


透过爆米花,使我们看到了“高温高压”的巨大力量。节日的焰火、鞭炮,工地上的爆破,工厂里的蒸汽锤,大力士蒸汽火车头……它们那种有声有色的表演,都是“高温高压”导演出来的。随着科学技术的发展,它已成为生产上的强大动力

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为什么熟鸡蛋能竖立旋转

把一只煮熟的鸡蛋放在桌上旋转,如果用力合适,它转着转着就会竖立起来,而生鸡蛋就不会这样。英国和日本科学家对这一现象作出了物理学解释。


把熟鸡蛋在旋转过程中竖立起来,这看上去是违反物理规律的,因为它的重心升高,整个系统的能量似乎增加了。科学家在英国《自然》杂志上报告说,事实上是熟鸡蛋的部分旋转能量在蛋壳与桌面之间的摩擦力作用下转换成了一个水平方向的推力,使熟鸡蛋的长轴方向改变,在一系列的摇晃震荡中由水平变为垂直。而生鸡蛋的内核是液态,会吸收旋转能量,使它不能转化为推力,因此生鸡蛋在旋转时不会竖立起来。


科学家说,产生这一现象的关键是蛋壳与桌面间的摩擦力要恰到好处。在完全光滑的桌子上,旋转的鸡蛋不会竖立起来。而桌面太粗糙了也不行。此外,鸡蛋的旋转速度也要合适,在大约每秒10转的临界速度以下,鸡蛋不会竖立起来。科学家还发现,鸡蛋能否竖立起来与其旋转的初始方向没有关系,而且鸡蛋也能以任一端立着旋转。

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