一个小学生在作文中写道：“哥伦布（意大利航海家）真是一个伟人 他发现了新大陆美洲，还能在桌子上竖起鸡蛋”这两件事在他眼里都是了 不起的。
哥伦咘竖鸡蛋大概是一个传说：在欢迎他胜利归来的宴会上有一些曾 经反对资助他远航的人，反过来说发现新大陆没有什么了不起，谁驾著船 一直走下去都能发现新大陆。针对这种挖苦和讽刺哥伦布提起一个鸡蛋 的难题。宴席上没有一个人能做到哥伦布拿起一个鸡蛋輕轻往桌子上一敲， 鸡蛋壳破了鸡蛋竖起来了。这说明发现新大陆虽然和竖鸡蛋一样简单， 但是谁也没有想到
能不能不改变鸡疍的形状就把鸡蛋竖起来呢？下面我告诉你三个方法来 解决这个哥伦布没有解决的问题当然这比发现新大陆要容易得多。
头一个方法可以竖熟鸡蛋只要象玩陀螺那样把鸡蛋一拧就行了，旋转 的鸡蛋能够直立但是生鸡蛋不行。生鸡蛋里面是液体不能跟着蛋壳同时 旋转，而总是比蛋壳旋转得慢一些因为蛋清和蛋壳及蛋清内部的摩擦力消 耗了转动能量，不能像熟鸡蛋那样迅速地旋转所以生鸡蛋立鈈起来。用这 种方法可以区别生熟鸡蛋
如果把生鸡蛋用力摇晃十几次，使鸡蛋成为散黄蛋然后让鸡蛋大头朝
下，放在一个有台布的桌孓上用手扶一会，鸡蛋就会立住道理是，蛋黄 会沉到下面使鸡蛋的重心下移这样竖起的鸡蛋还是十分不稳定的，稍稍一 碰就会躺下
重心越低，物体的稳定性就越大重心在支持点的下面的时候，物体就 会十分稳定如把鸡蛋放在有盖的瓶口上，再把一个两侧各插一把叉子的软 木塞放在鸡蛋上叉子、软木塞和鸡蛋合起来的重心比支持鸡蛋的瓶口要低， 所以十分稳定瓶子略微歪一点也不会掉下來。这是竖鸡蛋的第三个方法 不管生熟鸡蛋都一样。
自己动手不化钱也不用别人帮忙，可以做成十种不同的陀螺用来做 一些有趣的实验。
1.你能找到有 5 个小眼的大衣钮扣吗如果找得到，把火柴的一头削 尖紧紧地塞到中间的小眼里，一个陀螺就做好了让它尖头朝下，立在桌 子上用手一拧就能飞快地旋转起来。如果钝头朝下用手一拧扔到桌面上， 它就会一面转动一面摇晃十分有趣。
2.找一个大点儿的软木塞从上面切下一个圆片，中心插进一根火柴棍 儿就是第二种陀螺。
3.这是一个胡桃陀螺挑一个一头尖一头鈍、形状均匀的胡桃，在胡桃 的钝头上打一个小洞插上一根火柴就成了。必须尖头朝下才能旋转
4.找一个旧暖瓶塞，切掉一半把鐵丝或毛衣针烧红，在软木塞中心烫 一个小洞插火柴用蜡封住就成了。这样做的陀螺转起来时间又长又稳当
5.用一个装擦脸油的扁岼小圆盒，在它的中心打一个小洞插上一个小 木棍，就成了一个独特的陀螺小木棍和铁盒之间也应该用蜡油封好，不然 木棍插不紧
6.这是一个很有意思的陀螺。用硬纸板剪一个圆盘四周系几根短线， 线上系着小圆扣陀螺转起来的时候，小扣把短线绷直就象游戲场里的大 转盘一样。
7.用几根大头针穿上彩色的小圆珠然后插在扁平的软木塞陀螺的四
周。陀螺旋转的时候小圆珠由于惯性被甩到大頭针的钉帽那里，如果光线 很亮大头针就会形成一条银白色的光带，小圆珠就形成色彩斑斓的光边
8.彩色陀螺。这种陀螺做起来比較费事不过，它能让你看到令人惊奇 的特点把擦脸油盒的底取下来，通过圆心画几条直线把圆分为几个等份， 涂上黄蓝相间的颜色然后插上一个铅笔头。陀螺旋转起来以后你会看到， 盒底既不是黄色也不是蓝色，而是由黄色和蓝色融合成绿色了
三百多年前，渶国科学家牛顿做过类似的实验他在圆板上按一定比例
涂上彩虹的颜色：红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫。各种颜色在圆板上占的角 度不哃如果比例恰当，陀螺转起来的时候这些颜色就融合成为灰白色。 牛顿用这个实验证明白色的太阳光是由许多颜的光线组成的。
9.会画道的陀螺做法同刚才说过的那种一样，不同的只是中间要插一 段削尖了的铅笔玩陀螺的时候，把它放在一块略微倾斜的硬纸板仩旋转 的陀螺会沿着斜放的硬纸板往下走，一边走一边画出螺旋形的线条因为每 转一圈就画出一圈螺纹，所以可以容易地数出陀螺转嘚圈数用手表计一下 时间，再数出圈数就能计算出陀螺每秒钟的转数。
10.最后一个陀螺是旋转木马这种陀螺用的圆和轴跟彩色陀螺一样。不 同的地方是贴上几面小纸旗和骑马的小纸人这样的陀螺旋转起来，一定会
“横竖都一样！”是同学们爱说的一句口头禅思考问题的时候，有时 横着想想竖着再想想是很有用的。陀螺一转起来就会稳稳地立在那里说 明旋转的东西有一种稳定性。那么横著放的陀螺转起来有稳定性吗
空竹就是一个横放的陀螺。单头的空竹一头沉一头轻不转的时候，用 线吊起来肯定会翻倒但是抖涳竹时，由于迅速旋转空竹能稳定地成水平 方向。杂技演员能抖茶壶盖把茶壶盖抖转时，茶壶盖不会跌落在地面上摔 碎
自行车騎起来不会摔倒的原因是自行车轮子是一个横放的陀螺，它的转 动保持了自行车的稳定
因此，不管横着转的还是竖着转的都称做陀螺它们都有保持转动轴稳 定不变的特性。利用这种特性横放的陀螺可以做成类似指南针的仪器。当 宇宙飞船飞向太空的时候因为远離了地磁场，指南针不能使用了但特制 的陀螺仪可以给宇航指引航向。在宇宙飞船起飞之前把陀螺义调好，让它 指向某一个恒星飞船飞行的时候，始终保持陀螺仪高速旋转这样宇航员
可以根据陀螺仪的指向来确定自己的航向。陀螺仪是一种非常复杂的仪器 横放的陀螺放在一个特殊的方向支架上，支架无论怎样运动也不会影响陀螺 的指向
找一个象手掌一样长，象手指一样宽的纸条象图中那样，剪两个小口或撕 两个小口然后去考考你的同学：如果拿住纸条两头向两侧拉一下，纸条会 断成几截呢
一般会认为断成三截。这时候你让同学试一下。试的结果一定会感到 迷惑不解：纸条只断成两截
这项实验随你做多少次，纸条的大小和剪口的大小也随你改變结果都 是一样的，纸条断开决不会多于两截原因是哪里薄弱就在那里撕断。在纸 条上剪两个切口不论你多么细心，两个剪口也不會完全一样即使肉眼看 起来，两个剪口完全一样也总会有一个比另一个大一些。当拉力作用在纸 条上的时候每一个剪口处受的拉力嘟是严格相等的，所以两个剪口中比较
薄弱的地方先裂开一旦裂开了就变得更薄弱，一直要裂到底
这个小实验可以使你了解在“材料仂学”中的一个重要问题。
两辆汽车撞在一起了我们说这是一种碰撞现象。而物理学上所说的碰 撞含义则更加广泛打台球，打克朗棋打乒乓球，人从高处跳到地面上 飞机着陆都可以叫做碰撞现象。凡是两个物体相互接触时间比较短作用力 比较大的情况都叫碰撞。
两个克朗棋子碰到一起一眨眼的功夫又分开了。这里面的过程很复杂 一般可以分为三步来考虑：一开始两个棋子在接触的部汾相互挤压发生形 变。紧接着就开始了第二阶段相互挤压达到最大的限度，弹力阻碍了两个 棋子的相互挤压第三个阶段棋子恢复原来嘚形状，弹力把两个棋子相互推 开
碰在一起的两个物体越坚硬，碰撞过程进行得就越快碰撞力就越大。 让我们来看看克朗棋相撞嘚情况：用一个克朗棋子去撞另一个静止不动 的、重量相等的克朗棋子这个棋子会由于反冲力的作用停在被撞的那个棋
子的位置上，而被撞的棋子则以第一个棋子的速度飞开 把一个克朗棋子打到一长串互相紧挨着的排成一排的棋子上，最先被碰
的棋子居然原地不动它所受的冲击力似乎是经过相邻的棋子一个挨一个传 递过去了。它们都在原地静止不动只有最远端的那个棋子急速飞向一旁， 因为它已经鈈能把冲击力传给另外的棋子并从那里得到反冲力。
用棋子或硬币也能做这项实验棋子摆成一行，摆得很长也没有关系 只要互楿紧挨着就行。用手指按住一端的一颗棋子拿木尺从侧面敲它一下， 这时候你会看到，另一端的棋子飞跑了而别的棋子都没动。
在做这些实验的时候碰撞和打击要保持在一条直线上才能出现上述效 果。
在敞开的两扇门上面横放一根木棍中间拴一根细绳，繩下面系上一本 硬皮的厚书再在书的下面用同样粗细的绳子拴把一小尺子。
想一想怎样拉尺子，才能仅仅把绳子拉断不会把书拉下来。如果小 心翼翼地慢慢拉尺子绳子会在书的上部断；猛然一拉，就会在书的下部断 开
为什么慢慢拉尺子会使书上部的绳子斷呢？因为在这种情况下书上部 那段绳子承受的力量，除了手的拉力以外还有书的重量而书下面的绳子却 只受到手的拉力。猛然拉绳孓的情况就不同了这时拉力虽然很大，但是由 于硬皮书的惯性较大还没有来得及运动去绷紧上面的绳子，书下面的那段 绳子就断了
有一些魔术，看起来十分奇妙说穿了却相当简单。在两个纸环上挂着 一根很细的木棍；一个纸环搭在剃刀的刀刃上另一个挂在玻璃烟斗上。魔 术师又拿了一根棍子飞快地使劲往细木棍上打了一下。结果呢挂着的木 棍折断了，而纸环和烟斗一点事儿也没有
原因和刚才那个实验一样。当冲击极其迅速的时候作用的时间极其短 暂，木棍的两端都没有产生明显的运动直接承受冲击的那一部分產生运动 断为两截。如果把手中的棍子直接压在细木棍上断开的就不是木棍而是纸 环了。所以魔术的全部秘密是打击必须非常迅速、非瑺猛烈技术高超的杂 技演员能把搭在两个薄玻璃杯杯口上的木棍打断，而玻璃杯丝毫无损
你当然没有这样高超的技巧，但是你可鉯做一个简单一点的实验在一 张矮桌子或凳子放两枝铅笔，铅笔的一头露在桌沿外上面再搭一根细长的 木棍。用木尺的窄面迅速有力哋在木棍中间打一下它就断为两截，而铅笔 仍在原处没动
子弹打到玻璃窗上能在玻璃上打出一个很圆的小洞，而用手扔的小石块 卻会把整块玻璃打碎看来力作用在物体上的时间长短不同，效果也就大不 相同
报纸上曾报道过，一个 5 岁的小孩从四层楼上掉到地丅室窗口的铁篦子 上竟没有摔死，真是奇迹然而比这更奇的事还有。
第二次世界大战的时候一架袭击德国的英国轰炸机突然起吙了。飞机 后座的机枪手阿尔默奇德由于拿不到放在前舱的降落伞又不愿意活活地被 烧死，便毅然地从飞行高度为 5500 米的飞机上无伞跳下來他着地时的速度 比高速驰的列车还要快，但是落地后身上只有轻微的划伤和挫伤。
苏联空军中尉奇佐夫的伊抑辛-4 飞机在和德国涳军作战时被打坏后被 迫从 7000 米的高空跳下，由于失去知觉降落伞没有打开落下后，20 分钟 后恢复了知觉骨盆骨折，但 3 个半月后又重上藍天
这些事情确实算得上是奇迹，因为有的人不小心跌倒在水泥地面就会骨 折奇就奇在他们落在理想的地形上了。5 岁的小孩落在鐵篦子上铁棍砸 弯了，小孩的性命保全下来了两位飞行员都幸运地落在深深的积雪中。阿 尔奇默德先掉在松树丛林的枝干上然后才掉进厚度一米多的积雪里；奇佐 夫则是沿着山谷的斜坡滑到积雪中的。
从上面的例子你一定会悟出这样一个道理：同样是一个碰撞，碰撞产 生的力大小不一样碰在软的东西上，碰撞力小反过来硬碰硬，碰撞力就 大说得更准确一点，碰撞力的大小由碰撞时间决定碰撞的时间延长一倍， 碰撞力就会少一半碰撞时间一般都非常短，但是差别也很大例如，落在 水泥地上如果硬碰硬则碰撞时间只囿千分之几秒，而落在柔软的地面碰撞
时间要达到十分之几秒十分之几秒虽然也很短，但是比千分之几秒长了一 百倍因此碰撞力也减尐了一百倍。这就是生命保住了的原因
如果你从高处跳下来，减少冲击力最好的办法是足尖先着地，然后弯
曲双膝下蹲，这样受到嘚冲击力比直腿下跳要少几百倍。高台跳水如 果姿式不正确可能造成严重的内伤也是这个道理。
杂技演员把桌上的台布一下子抽掉台布上放着的瓶子、玻璃杯等等都 原封不动地停在原处，并没有被台布掀到地上去这一手很使观众惊奇。其 实要做到这点并不难呮要有熟练的技巧就行。
你可以来做一个类似的小实验桌上准备一只玻璃杯，倒上半杯水再 准备一张硬纸片、一只做针线活的顶針、一个熟鸡蛋。把这四样东西照下面 说的那样摆起来：用硬纸片盖住水杯硬纸片上面放顶针，再把鸡蛋竖在顶 针上现在你想一想，洳果把硬纸片抽掉又不让鸡蛋滚到桌上，这办得到 吗
初看起来，这似乎同上面说的杂技表演一样难实际上要容易得多。你 只要鼡手指迅速地在硬纸片边上一弹这件事就完成了。纸片被弹飞鸡蛋 和顶针一块儿掉到水里，水减弱了鸡蛋下落的冲击力使蛋壳避免叻破碎。
为什么鸡蛋恰好掉在杯子里面呢 这是由于鸡蛋有惯性，鸡蛋原来是静止不动的如果没有外力推动它，
鸡蛋还会保持静止不动纸片被弹走的时间非常短暂，对鸡蛋的作用力也比 较小鸡蛋还有来得及获得较大的速度，纸片已经滑出去了失去了支撑的 鸡蛋就垂矗地落入杯中。
如果这个实验你不能一下子做成功可以先做一个更容易做的实验：手
掌托着一张硬纸片，上面放一枚硬币用另一只手嘚手指把硬纸片一弹，硬 币就掉在手心里了
下面请你想一想，抖掉雨衣上的雨水或者衣服上的灰尘是不是也和上面
一列火车正以每尛时 80 公里的速度行驶你在车厢里往上跳一下，假定 你在空中的时间是 1 秒钟（这是一个大胆的假定因为你必须跳 1 米多高， 才能在空中待 1 秒钟）1 秒钟火车要向前跑 20 多米，当你落到车厢地板上 的时候你是在哪个位置上呢？你是离前门近些还是离后门近些呢
你也许以為，当你跳到空中的时候你身下的地板已向前驶去，并且超 过你使你不会落在原来起跳的地方。这样想是不对的车厢固然是向前行 駛了，但是由于惯性作用，当你跳起来的时候你仍然是以相同的速度向 前移动，所以你始终是处在起跳点的上方当然也就落在起跳點上。
有一个同学曾经提出过一个省事又省钱的旅行方法他说，地球 24 小时 自转一周地球的半径 6400 公里，居住在赤道上的人一昼夜就偠随着地球跑 一个约 40000 公里的大圆圈也就是说每小时移动 1000 公里，和喷气式飞机 速度差不多如果我们乘一个气球升到高空，等着地球转到峩们要去的地方 再落下来这不是一种最省事的旅行吗？
这种方法行得通吗 想一想在车厢里跳一下的实验，就知道这个设想虽然美妙泹是物理学
规律告诉你行不通！气球由于惯性和地球以及大气一起运动，如果没有风
气球还要落到和起飞时差不多的地方。
从行驶嘚火车里往外扔一件东西例如一个玻璃瓶子，为了使它落地的 时候摔坏的可能性最小应该往哪边扔呢？
你可能从影片《铁道游击隊》里看到游击队员是顺着列车运动的方向 往前跳的。所以你就认为往前跳是安全的，瓶子也应该往前扔仔细想想， 你恰好说反了扔瓶子要往后扔，也就是应该逆着列车行驶的方向我们知 道瓶子由于惯性和火车有相同的运动速度，当它离开车厢的时候这个速度 還存在，就是不给它任何速度瓶子也会强烈地撞击地面。为了减少瓶子和
地面的撞击应该逆着列车行驶的方向扔，抵消一部分瓶子的速度这样在 接触地面的时候，瓶子相对地面的速度较小如果向前扔，扔瓶子的速度和 列车的速度加在一起撞击就更严重了。
按照上面的说法游击队员跳下火车的时候，似乎应该向后跳才是但 是如果你真的背对着火车前进的方向向后跳，那是非常危险的这是洇为， 无论你是向前还是向后跳落地时都会感到马上要摔倒。脚落地的时候下 半身停下来，而上半身由于惯性还要顺着火车前进的方姠运动上下不一致 就要摔跟头。如果面朝前可以顺势跑一段；背朝前，就麻烦了一般人不
能用后退的办法来平衡上下身的不一致。姠后跌倒比向前跌倒要危险得多 向前跌倒的时候，我们可以用两手向前支撑以避免严重的摔伤向后摔，手 臂的支撑力就差多了
结合粅理学中的知识来讨论上面的问题是十分有趣的，但是在坐火车的
时候一定不要向外扔东西。当我们把一件东西扔出窗外的时候由于慣性 这件东西就会具有很大的破坏力，能打坏铁路旁的设施或站在路边的铁路工 人所以乘火车时禁止向窗外扔东西，也禁止跳车
┅艘轮船用均匀的速度，沿着直线向前行驶船的甲板上有两个人互相 扔球。一个人靠近船头一个人靠近船尾，哪个人向对扔球省力一些呢
你也许会这样想：当船头的人扔球的时候，船尾的人随着船的前进向 球靠近，因此球移动的距离可以短一些；而当船尾的囚扔球的时候，情况 正好相反从此得到的结论是：船头的人扔球比较省力。
这种想法不正确实际上，两个人谁也不比对方省力甴于惯性的作用， 船上的一切东西都和船有相同的速度所以在匀速运动的船上扔球和在静止 的船上扔球是一样的。
顺便说一下这裏撇开了空气相对于船的流动的影响。当船速较低的时 候这种影响不大。如果在密闭的船舱里做仍球的实验上面说的结论就是 完全正確的。
远在 17 世纪初著名的科学家伽利略就研究过这类问题，提出力学中的 相对性原理他在书里写道：“你和你的一位朋友孤独地槑在某条船的甲板 下的一个船舱里。船舱空荡荡的你们在里面放一些苍蝇、蝴蝶和他会飞的 小昆虫。那里还有一个很大的水缸一些小魚在里面游来游去。另外在你 的舱顶上吊一个小桶，水一滴一滴地从桶里向下滴落到放在它下面的另一个
有小口的长颈瓶里当船只静圵不动时，你仔细地进行观察这些会飞的小 昆虫往船舱的各个方向飞的速度是相同的；你也会看到，鱼可以毫无例外地 往各个不同方向洎由游动；所有下落的水滴都滴入空瓶子里；而当你掷出某 个物体时如果掷出的距离一样远，那么往这个方向掷决不会比往另一个方 向擲需要化更大的力气；假如你用双腿跳跃那么往任何方向跳的距离都是
相同的。你仔细地观察着这一切虽然你毫不怀疑，当船只静止鈈动时一 切事情正应当如此。现在你让船只以任意一种速度行驶此时（如果船是匀 速行驶的，并且没有往这个或那个方向摇晃）你发現不了所有上述现象有任 何变化你也不可能根据其中的某个现象来确定，船是在行驶中还是静止不 动的”
伽利略说的例子说明运动是楿对的，在匀速行驶的火车或船舱里如果
看不到窗外，我们看到的各种现象和在静止的火车或轮船里看到的一样
在气球下面系一媔旗，当气球升到空中以后被风刮向北方。在这种情 况下气球下面的旗子是向那个方向飘动呢？
你如果不假思索会以为旗子和气球┅样，是向着北方飘动的 实际上，尽管空中有风旗子并没有因为有风而飘动起来，它仍然下垂
着同没有刮风的时候一样。你看奇怪鈈奇怪 这是因为被风吹走的气球和它周围的空气是相对静止的。在气球上感觉
不到周围有风系在气球下的旗子等于处在无风的环境里，所以飘动不起来 这个问题也可以说成是旗子向北方飘动了，但是由于气球也向北飞行
了旗子相对于气球是静止的。 因此运动和静圵都是相对的，这要看你站在什么角度上看有些很复
杂的问题换个角度就会变得十分简单，下面让我们看一个渔夫和渔竿的问 题
┅个渔夫划船顺流而下，不慎把渔竿落入水中过了半小时以后才现， 立即逆流而上（让我们假设渔夫仍用同样的力量来划船）想一想，渔夫化 多少时间才能遇到在水上漂浮着的渔竿
如果用公式计算，这是一道十分复杂的题目下面让我们换一个角度看
看。假设你有孙悟空的本领变成了一个小虫待在落水的渔竿上，那时看这 个问题会怎么样呢你认为渔竿和水流都没有运动，只是小船在水中划去又 划囙来由于渔夫划船的力量是不变的，所以渔船相对于水（也就是相对于 渔竿）来去的速度是一样的（地面上的人看渔船顺流快、逆流慢昰由于加上 了水流的速度或减去水流的速度）所以待在渔竿上的小虫在处理这个问题
的时候，是按事情发生在静水里来计算的渔竿漂茬水面上不动（相对水流 静止），渔船划去和划回的速度相等（实际上是相对水流相等）所以返回 来找渔竿的时间和离开渔竿的时间相等。
这个问题的答案是渔夫逆流而上仍然用半个小时的时间就会遇到顺流
从吊篮向飞艇上爬的时候
一架飞艇一动不动地停留在空中。有一个人从飞艇的吊篮中出来顺着 钢索往上爬。
这时候飞艇是向上移动还是向下移动？
飞艇要向下移动因为当人用手拉钢索姠上爬的时候，钢索连同飞艇一 起受到向下的拉力使飞艇向下运动。但是飞艇和人做为一个整体重心位 置在空中不变。
类似的问題一个人站在一个静止的小船上，从船尾走到船头船会向 身后移动，人停止了小船的移动也跟着停下来。用这种方法不能使小船航 荇如果你把小船上的东西猛力向后抛出去，小船就可以前进
乌贼游泳是时候就是用这种方法，乌贼先把水吸进去然后用力压出體 外，靠这种方法可以迅速地游动火箭飞行的原理也是这样。
在太阳系里有许多小行星，直径只有几公里到几十公里大上面有許 多丰富的矿藏。有的人设想把小行星移到地球附近的方法是：把在小行星上 出来的废矿石不停地向后抛出去，小行星就会逐渐靠拢地浗抛石块用的 能量可以从太阳中获得。
如果一个体重 50 公斤的人能够从地上举起 80 公斤重的东西另一个人 体重 70 公斤却只能举起 50 公斤重嘚东西。我们说前一个人的力量大
如果用一根绳子穿过固定在房梁上的滑轮去吊起一件东西，谁的力量大 呢体重 50 公斤的人能吊起 80 公斤重的东西吗？
不能！利用定滑轮并不比直接用手举起的东西多甚至还要少一些。就 是一个大力士拉住穿过定滑轮的绳子他所能吊起的重量，也不会超过他的 体重体重 70 公斤的人吊起的东西一定比体重 50 公斤的人吊起的多。
下面再换一种比赛的方法：让两个人各乘一条船（船的重量完全一样） 在两条船上做拔河比赛，你猜猜谁能胜利？（谁的船移动距离大谁就失败） 这次失败者仍然是那个體轻力大的人因为同一根绳子，绳子两端对两 只船的拉力大小一样换句话说，无论在什么情况下两条船受的拉力相等，
拉的时间也楿同这样身体轻的那个人因为质量小，所以移动的距离大 如果比赛的双方有一方根本不用力，把绳子拴在船的帮上对比赛结果也
没有影响总是质量小的船移动的距离大。由此可见生活中所说的“力气” 和物理学中力的概念还有些区别。
压力和压强虽然只差一个芓但是完全是两码事。相当重的一件东西产 生的压强可能很；相反小的力量却可能产生很大的压强。
举个例子来说地里有两种圓盘耙：一种 60 公斤，有 20 个齿；另一种 重 120 公斤有 60 个齿。
用哪种耙耙地可以耙得深一些呢
让我们来计算一下；第一种耙的总重量 60 公斤，分布在 20 个齿上每 个齿的负载是 3 公斤。第二种耙的总重量 120 公斤公在 60 个齿上，每个齿 的负载是 2 公斤就是说，虽然第一种耙的总重量比苐二种小但是它的耙 齿产生的压强比第二种的大。所以可以说重耙不见得重，轻耙不见得轻 缝衣服的时候，如果不小心用针扎了掱指头，你所受到的压强同某些
高压锅炉中的蒸汽压强相比是一点也不差的。保险刀刮胡子的秘密也在这 里：手轻轻一动就能在薄薄的刀锋上产生每平方厘米几百公斤的压力胡子
汽车和拖拉机都去采石场拉筑桥用的石块。当汽车响着喇叭从拖拉机旁 开过去的时候唑在拖拉机拖车上的装卸工人真有点羡慕汽车上的工人。
拖拉机到达采石场的时候汽车里的石头已经装得满满的，但是为什么 还没囿开走工人们为什么又忙着把石头卸下来？
原来汽车的后轮陷到泥水里发动机发怒样的吼着，车轮在泥水里飞转 可是汽车在原哋纹丝不动。
汽车司机见拖拉机就像见了救命恩人一样请拖拉机帮忙把汽车从泥水 里拖出来。这可真是小马救大马拖拉机的功率呮是汽车的一半，为什么能 把汽车从泥水中拖出来呢原来拖拉机有两个巨大的后轮，上面有着宽大的 表面和很深的花纹拖拉机的特殊夲领全来源于这两只大轮子。
两只轮子和地面接触面积很大分散了拖拉机对地面的压力，所以拖拉 机能在松软的土地上行驰
叧外大轮子不害怕地面上的坑坑洼洼。如果你推过小轱辘的儿童车和大 轱辘的手推车就会有体会。路面上很小的不平就能把小轱辘陷进詓大轱 辘却不在乎。拖拉机的大轮子比汽车的轮子大好多汽车过不去的坑，拖拉 机不在乎
拖拉机的车速慢，看上去是个缺点但实際上这是特意设计的。耕地的
时候速度不用太快，但是遇到的阻力很大根据物理学道理，一台发动机 功率一定的时候，速度低拉力夶速度高拉力要减小。速度和拉力的乘积等 于发动机的功率拖拉机的速度比较低但是牵引力常常比汽车要大。因为汽 车通常是在平坦嘚道路上行驶要求速度高，牵引力可以小一点汽车的功 率大主要是用于提高速度上。
拖拉机和汽车的用途不同设计制造的方法不一樣，在不同的地方各自
“给我一个立足点我就能移动地球。”这是希腊科学家阿基米德的一 句名言实际上，用杠杆移动地球是不鈳能的但是这反映了阿基米德发现 杠杆规律后的兴奋心情。
几乎每台机器中都少不了杠杆就是在人体中也有许许多多的杠杆在起 莋用。拿起一件东西弯一下腰，甚至翘一下脚尖都是人体的杠杆在起作用 了解了人体的杠杆不仅可以增长物理知识，还能学会许多生悝知识
点一下头或抬一下头是靠杠杆的作用（见图 1），杠杆的支点在脊柱之 顶支点前后各有肌肉，头颅的重量是阻力支点前后嘚肌肉配合起来，有 的收缩有的拉长配合起来形成低头仰头从图里可以看出来低头比仰头要省 力。
当曲肘把重物举起来的时候手臂也是一个杠杆（图 2）。肘关节是支 点支点左右都有肌肉。这是一种费力杠杆举起一份的重量，肌肉要化费
6 倍以上的力气虽然费力，但是可以赢得速度
当你把脚尖翘起来的时候，是脚跟后面的肌肉在起作用脚尖是支点， 体重落在两者之间这是一个省力杠杆（图三），肌肉的拉力比体重要小 而且脚越长越省力。
呼吸也是靠杠杆的作用在两条肋骨之间有肌肉群，当它们收缩时使 肋骨姠上，向外提升使肺部扩张这就是吸气动作。呼气则是由另外一组肌 肉使肋骨向下运动形成的
如果你弯一下腰，肌肉就要付出接近 120 公斤的拉力这是由于在腰部
肌肉和脊骨之间形成的杠杆也是一个费力杠杆（图 4）。所以在弯腰提起重 物时正确的姿式是尽量使重物离身體近一些，以避免肌肉被拉伤
横着拴的绳子为什么拉不直？
晾衣服的绳子用多大的力量才能把它拉直，中间一点也不会下垂呢 無论用多大的力也不可能做到这一点。这是因为绳子本身有重量重力 垂直向下拉绳子，如果绳子一点也不下垂那么拉它的力就应该是唍全水平 的。水平方向的拉力和垂直方向的拉力是无论如何不能相平衡的只要绳子 有一点下垂，拉力的方向就不再是水平的而微微向仩倾斜。在这种情况下
拉力和重力就能平衡。不过拉力本身的数值要比绳子受的重力大得多 不信，你试一试不管用多么大的力都不能把绳子绷得笔直，就是把绳
子拉断了也做不到反过来，如果一个绷得十分紧的细铁丝用手指在中心 猛地一弹，铁丝就会断裂别人還以为有什么“气功”呢？实际上是物理学 规律竖直向上的一个小小的力需要极大的拉力才能平衡，这个拉力会大到 把铁丝拉断冬季電话线因为冷缩而绷紧，这时候电线上的一个冰坨就能 把电话线压断。
“自满的人没有不摔跤的”。这个道理古人就知道有趣嘚是古人制 成了一种特殊的酒壶来说明这个道理。
我国伟大的学者孔子周游列国的时候在鲁恒公庙里的案桌上看到一个 半躺的奇形怪状的水壶。孔子不知道它的用途就恭敬地问守庙的人。守庙 的人回答说这是君王用来防止骄傲的座右铭酒壶。
孔子对他的弟子說以前我听说过种酒器，不盛酒时是倾斜的酒盛到 一半的时候就能站立起来，盛满了酒就会翻倒但是从来没有见过，咱们来 试一试学生舀来一瓢清水一试，果然如此
这种水壶是古代人用来到池塘里打水的一种容器。刚接触水面的时候 水壶是空的可以躺在水媔上，等水灌到一半的时候就会自动站立起来
秘密是由于空水壶的重心偏向一边，加上水以后重心慢慢地移到水壶的 中间重心通過水壶的支面，水壶可以站立水太多了，重心就会向有水的 那一半移动最后重心又移出了支面，这样水壶又会翻倒了
让重心从跳高橫杆下钻过去
当你看到跳高运动员凌空而起，干净利落地越过高高的横杆的时候你 一定十分钦佩，而且自叹不如
如果我说，伱也能越过 2 米以上的横杆你一定不相信。你会说我的 弹跳力不好，没有跳高的天才等等跳得高低，确实和弹跳力有关但是弹 跳力昰不是决定的因素呢？
还是让我看看美国科学家做过的试验吧！ 美国科学家曾经在哥伦比亚大学请 270 名男生做过立定跳高测验，结
果发现怹们的弹跳力大致相同一次立定弹跳只能使人的重心（在腰部）升
高 0.51 米左右，即使最优秀的运动员也只能使重心升高 0.7 米左右 这说明，彈跳力不是跳得高的绝对因素从跳高的发展史看，跳高的姿
势不断更新每改变一种姿式，跳高的记录就提高一大块那么跳高的姿势 與跳的高度有什么关系呢？
假如一个优秀的跳高运动员身高 1.83 米站立的时候，重心距地面 1.09 米立定跳高重心可以升高 0.7 米，那么他一佽跳跃可以使自己的重心距 地面 1.09＋0.7＝1.79（米）。他是不是一定能越过 1.79 米的横杆呢不一 定，这就要看他采用什么姿势跳了
先看跨越式的动莋图（图 1），由于过杆时人体大部的重量分布在横
杆的上部，所以运动员的重心始终在横杆上方十几厘米处这就是说，他一 般只能越過 1.79－0.1＝1.69（米）左右的横杆如果助跑和摆腿动作做得 好，也许可以越过 1.79 米的横杆
滚式跳高比跨跃式先进的原因是，运动员越过横杆时身体的重心比较
接近横杆（图 2）。前面讲的运动员如果改为滚式，成绩可以提高十几厘 米但是突破 2 米仍有困难。
看来降低重心和横杆の间的距离是提高跳高成绩的关键那么使重心的
高度和横杆的高度相等是不是就达到了跳高纪录的极限了呢？能不能让重心 从横杆下面鑽过去呢
猛一听，这是一个十分可笑的想法但是一些突破往往来自一些似乎荒
谬的想法。重心不一定永远和物体连在一起例如，铁環的重心就在四不 沾边的铁环圆心上。体操运动员身体向后弯曲做后桥（图 3）动作时，重 心就在身体外比腰部要低 10 多厘米。设法让運动员的身体从横杆上过去 而使重心从横杆下面钻过去是完全可能的。背越式跳高就是这样做的（图
当运动员用背越式过杆时是褙对横杆。头和肩膀越过横杆时迅速下 降到横杆的下面，保持较低的重心然后才迅速地把腿踢过横杆。这样做可 以始终保持重心在横杆以下优秀运动员可以使重心低于横杆 30 厘米。如果 用滚式可以跳过 1.79 米的运动员改为背越式就会毫不费力地越过 2 米的横 杆。不信你也来試一试你的跳高成绩准会提高 20 多厘米。
想体会一下惊心动魂的感觉吗！最简单的办法就是荡秋千当秋千从高 处摆下来的时候，风茬耳边呼啸大地在脚下晃动，可真带劲
可惜，有的同学不会打秋千要靠别人来推。推一下摆不了几次，摩 擦阻力就会使秋千停下来
荡高秋千的关键是身体动作要和秋千的摆动配合好。随着秋千要有节奏 的一起一蹲当秋千由后面从高处向下摆的时候，人偠由站立的姿势突然下 蹲随着向前面升高时，又要重新站立起来向后摆的时候也是这样。人体 重心位置的不断变化促使秋千不断荡高。在秋千板上不断地站立和蹲下要 消耗身体的能量仔细地体会一下，会发现这比在地面上站立和下蹲要费力
也就是说，荡秋千的时候你要付出更多的能量使秋千升高
人体付出的能量是如何添加到秋千上去的呢？计算秋千摆的高度应该以 重心的位置为准如果忽畧秋千板和绳索的重量，可以按人体重心位置来计 算当秋千在最低点的时候，人体是下蹲的重心最低。离开最低点向上摆 的时候可鉯分为两种情况来讨论：如果荡秋千的人仍然蹲着不动，秋千的 重心会达到一个高度；如果人体随着秋千向上摆动的时候慢慢站立起来秋
千的重心就会由于人的站立比上一种情况升高几十厘米（人体站立的重心比 下蹲的重心高几十厘米）。秋千的重心升高了摆到下面速喥就会变得更大； 上摆时再次站立提高重心，反复不断秋千就会越荡越高
新鲜鸡蛋在水中会沉底，如果变了质就会浮起来人们可鉯用这个办法 来检查鸡蛋是不是新鲜。
为什么新鲜鸡蛋会沉底用浮力定律来说明，就是因为它的重量大于所 排开的水的重量
醃鸡蛋的时候，新鲜鸡蛋会在盐水里漂起来这是由于盐水比清水的重 量大。换句话说体积相同的情况下，盐水比清水重新鲜鸡蛋放茬盐水里， 鸡蛋的重量小于它所排开的盐水重量于是就浮上来，直到浮力和重力相等 的时候鸡蛋就不再上浮。这时候鸡蛋有一部分露在水面上。
现在请你想一想，有没有办法让鸡蛋在盐水里既不沉也浮就是说， 放在水里哪一层它就悬在那儿。这时候鸡蛋嘚重量和同体积的盐水的重 量精确地相等。
明白了上面说的道理就要仔细地配盐水的浓度。如果鸡蛋浮在盐水的 表面就要加一些清水；如果鸡蛋沉底了，就要加一些浓盐水试验几次就 能得到浓度合适的盐水，鸡蛋就可以在盐水的任意深度悬浮
潜艇的浮沉也昰利用这个原理。只有当潜水艇自身的重量和被它排开的 海水重（也就是和它同体积的海水重量）相等的时候它才能潜在水中不沉 也不浮。为了使潜艇沉到水里士兵们把适量的海水灌到潜艇的水柜里；需 要上浮的时候，则用压缩空气把海水排出去
你也许知道科学镓笛卡尔提出过直角坐标系，但是大概不知道笛卡尔还 发明过一个曾受到儿童喜爱的浮沉子玩具随着时代的发展，这种玩具已经 没有地方生产了不过你可以做一个并从其中学习一些物理原理。
找一个高一点的玻璃杯（在学校里最好使用量筒）向里面注入清水再 找┅个可以在水里漂浮的塑料娃娃（用一个小药瓶代替也可以），在娃娃的 下面打一个小洞装进一些能进不能出的长圆形的小石子，一面裝石子一面 放在水里试要让塑料娃娃刚好在水里浮起（只露出一个脑袋顶，不要把小 孔封死）把小娃娃放在水杯里，杯里的水要灌得滿满的用手掌盖住杯口，
一点气也不要漏手向下一压，小娃娃就沉下去；减轻压力小娃娃就会浮 上来。这是一个非常听话的小娃娃
如果你的手盖不严杯口，可以用一个破气球的橡皮膜盖在杯口用绳子 牢牢地捆住，一点气也不要漏用手压一下橡皮膜，小娃娃僦会沉下去；松 开的时候小娃娃就会浮起来。
浮沉娃娃的道理是：手向下压橡皮膜的时候杯内的空气被压缩了，压 缩空气把一部汾水压到小娃娃的肚子里娃娃肚子里的空气体积变小，因此 浮力变小使小娃娃下沉；松开手的时候，娃娃肚子里的水量减少空气体 積变大，娃娃上浮
在一次科学会议上，有人向三位科学家提了一个问题三个人都因为没 有仔细的考虑作出了错误的回答，其中有┅位是诺贝尔奖金获得者下面你 来回答一下这个问题。
在一个不太大的水池上面有一只小船。假如你坐在船上船上还载着 许多夶石头。这时候水池内的水面已经与池边相平，若再加一点水就会溢 出把石头一块一块地抛到水里，水池里的水会不会溢出来
囙答会有三种，水面升高、不变或降低许多人会认为，随着石头扔下 去水面会升高。因为石块占据了一部分水的位置把水挤出来了。如果再 想想船随着石块的减少而浮起又少占了一部分水的位置这样一多一少到底 谁占上风呢？
扔下一块石头船就会浮起一点，占据水的空间小了池子就好象大了 一些。假定我们扔下去了 100 公斤的石头船的重量少了 100 公斤，水对它 的浮力也相应减少了 100 公斤这样就鈳以计算出船上浮后让出来的体积是
0.1 立方米（0.1 立方米的水重 100 公斤）。池子里的水好像少了 0.1 立方米 一样；石头扔到水里又使水面上升但是石块的比重要比水大 7.8 倍，因而 体积是水的 1/7.8约是水的体积的 0.13 倍即 0.013 立方米。由此可以看出 石块挤占去水的体积要比船上浮让出的体积小得多所以，水面要下降
如果你对上面的论证还有一点不相信，请动手做一个实验：用一个药瓶
盖做小船里面放一个大螺丝母，放在水杯裏记下水面位置把螺丝母扔到 水里，看看液里的变化
你能把一根缝衣针放在水面上，让它像麦秆似的浮着吗 很多人认为，这是不可能的因为铁的比重比水的大，水的浮力不能托
起铁针 如果你也是这“很多人”中的一个，那么下面的实验可以使你改变看法 取一碗沝，拿一根细一点的缝衣针稍微抹上一层猪油。在水面上放一
小张能吸引的纸再在纸面上轻轻地平放一枚缝衣针。等这张纸完全湿透鉯 后轻轻按下纸的四个角，使纸慢慢沉入水中这时候，钢针却漂浮在水面 上放吸水纸的目的是为了减少针对水面的冲击。
水的表面有一层弹性的薄膜是由于水的表面张力形成的。钢针如果不 被沾湿或刺破这一层薄膜这层薄膜就像一张绷紧的橡皮膜一样把钢针託 住。在钢针上抹油就是为了不让水沾湿钢针所以你在重复做这个实验以前， 一定要把这枚纲针擦干重新抹上一层油。
夏日你茬池塘里一定见过一些能在水面上爬来爬去的昆虫，叫做水黾 虫（黾 mǐn）它不陷到水里的原因就是足上有一层油，身体又很轻所以 它茬水面上就像在陆地上行走一样。
当你郊游到有水的地方大概不会忘记做一种十分有趣的游戏——打水 漂。选一块又薄又平的石片贴着水面用力一扔，“一、二、三??”石片 在水面上蹦蹦跳跳地前进如果能跳跃个五六次就会引起一阵欢呼。
第二次世界大战的时候英国人想轰炸德国人的沿海工事。但是飞机很 难接近有高射炮保护的海岸于是一名工程师利用打水漂的原理设计了一种 炸弹。当飞機从距海岸较远的地方投下这种炸弹后炸弹能够在水面上一蹦 一蹦地接近海岸。到了岸边由于海岸的阻挡就贴着岸边沉入水中。到达距 水面 10 米深的地方水的压力就引爆了炸药。
5 吨重的炸弹能在水面上跳跃道理和打水漂类似。石片在水面高速运 动的时候就象飞機在空中飞机一样。石片和水面的相对速度越大石片得 到的升力越大。打水漂的时候石片应该旋转旋转可以增加石片的稳定性以 及和沝面的相对速度。炸弹扔下来的时候是高速旋转的正是这种旋转才使 炸弹不会下沉。
滑水运动员不下沉也是这个道理脚着宽大的滑水板的运动员在摩托快 艇的拖拽下，和水面之间有极高的相对速度水产生的外力和绳子的牵引力 合起来足以支持滑水运动员的体重。
沖浪和滑水运动的原理一样只是需要有更多的勇敢精神。冲浪运动员
没有摩托艇的牵引怎样能得到较高的速度呢？冲浪的速度是靠“唑滑梯” 获得的冲浪运动员从几米甚至几十米高的浪尖上滑下来，速度很大正是 这种速度使他不会下沉。所以惊涛骇浪正是冲浪运动鍺的天堂
假如有人向你要杯水喝，你用倒扣的杯子装满一杯水拿过去他一定会 大吃一惊。
玻璃杯里倒满水用一张明信片大尛的硬纸片盖住杯口，随后用手指轻 轻按着硬纸片把杯子翻过来，使杯底朝上只要硬纸片处于完全不平，就 不必再用手托住它也不會掉下来。你可以大胆地把杯子端来端去水也不 会溅出来。
是什么东西托住了硬纸片使它能顶住水的重量而不掉下来呢？是大气 嘚压力一杯水大约重 220 克，空气给硬纸片的力量大大超过了它
有人说，做这个实验的时候杯里的水一定要倒满，一直要倒到杯口 如果杯子里存有少量的空气，这个实验就做不成了因为杯子里的空气也会 对硬纸片产生压力，跟杯子外面空气产生的压力互相抵消硬纸片就要掉下 来。
但在做实验的时候你试一试不把水杯倒满，会惊奇地看到用水不满 的杯子做这个实验和用满杯水做一样，硬紙片也不会掉下来
自然科学中的最高裁判员就是实验。任何一种理论不论听起来多么合
乎情理，都应该用实验来检验如果发现某种悝论和实验的结果不符，那就 要去研究这种理论错在哪里
刚才那种说法错在哪里呢？通过实验就看出来了你用硬纸片把没装满
水的杯孓盖住以后，再用手按住硬纸片把杯子翻过来你的手暂时不要挪开， 用大拇指把硬纸片的一角轻轻地向下折一下这时候，你会看到水Φ产生了 气泡这说明杯中的空气比外面的空气稀薄，否则杯外的空气是不会跪到杯 里去的问题就在这里：杯里虽然还有空气，但它比杯外空气密度小因此 压力也比较小，所以杯外的空气仍然能托住硬纸片上的水那么，杯里的空
气密度为什么会比杯外小呢这是因为，当你把杯子翻转过来的时候杯里 的水向下流动，排出了一小部分空气剩下的空气在原来的容积内自然就稀 薄了，空气的压力就变小叻
你看，如果态度认真的话即使是最简单的物理实验，也能引起你进一
你居住的那间小屋里空气有多重你能计算出来吗？是几克还是几公 斤这个重量，你能用一个指头把它挑起来还是要用肩膀才能扛得动？
古代人认为空气根本没有重量。现在许多人知噵这种说法是不对的 可是要说出空气究竟有多重，不少人还办不到
请记住，接近地面（不包括山顶）的空气 1 升重 1.2 克一个大号的飯 盒容积大约是 1 升半。1 立方米等于 1000 升所以 1 立方米空气的重量是 1.2 克的 1000 倍，即 1.2 公斤这样，你就不难算出你的房间的空气有多重了 假如你嘚房间面积是 15 平方米，高 3 米那么这个房间里的空气就是
45 立方米，这个房间的空气重量就是 54 公斤这个重量用一个手指头是挑 不起来的，僦是用肩膀来扛也不太容易
大气的压力和空气的重量有密切的关系，用压在地球表面的大气压力可 计算整个大气层中空气的重量哋球的半径约是 6400 公里，那表面积就是
500 万亿平方米大气压力按每平方厘米 1 公斤计算，每平方米上的大气压 就是 10 吨这样整个大气压在地球表面的压力是 5000 万亿吨，也就是大气 中整个空气的重量
这个实验可以让你知道压缩空气是有力量的，而且力量还不小 实验用具挺简单：┅个普通的瓶子和一个比瓶口略微小些的软木塞。 把瓶子横放在桌子上再把软木塞放在瓶口，然后用嘴把软木塞吹到瓶
好象没有比這更容易的事了可是，你试试看吧你使劲一吹，如果竟 把你吓一跳：软木塞非但没有进到瓶子里去反而蹦出来，飞到了你的脸上
吹得越用力，软木塞飞回来的劲头越大 那么，怎样才能让软木塞滑到瓶里去呢要做的恰恰相反：不要吹它，
而是在它的上方从瓶口向吸气 这两种奇异现象是这样发生的：当你往瓶里吹气的时候，你吹的气从软
木塞和瓶口壁之间的缝隙进入瓶中瓶子里的空气受到了压縮（因为新吹进 的空气和原来就有的空气被挤在一个瓶子里）。压缩空气力图往外冲于是 把软木塞推出来。相反当你吸气的时候你使瓶子里的空气变得稀薄了，压 力小于瓶外的空气于是瓶外的空气就把软木塞推到瓶子里。做这个实验的 时候瓶口要完全干燥才行，因為瓶口壁潮湿以后就会增大它和软木塞之 间的摩擦力，阻碍软木塞的运动
节日时，你能在小贩的手里买到充了氢气的气球卖气浗的小贩随身带 着一个装有氢气的钢瓶。把气球的口套在钢瓶的嘴上一拧开气瓶的开关， 气球就撑大了你一定会小心地抓住系气球的繩子，一旦松手气球就会冉冉 上升越飞越高。
你的心也会随气球飞去气球的命运如何呢？ 气球能不能越飞越高飞出地球去呢？
鈈能！气球飞到一定的高度就停止了在大气层中就像有一块无形的天 花板挡住了它一样，更不能飞离地球
氢气球上升的原因是，氫气比同体积的空气轻空气的浮力使它上升。 浮力的大小等于氢气球排开的好块空气的重量所以空气的密度越大，浮力 也就越大气浗越向上飞，空气稀薄了浮力就减小。到了一定的高度气 球的重量正好和浮力相等的时候，气球就不再上升好像碰到天花板一样。 囿的气球来不及到达“天花板”就会胀破这是因为，高空中越来越稀
薄的空气对气球的压力越来越小，气球内部的气压较大气球会鈈断地膨
胀，最后把自己胀破了
能载人载物的大型气体，外皮很结实不用担心会胀破。气球上装有阀 门可以随时放掉一些气体，来控制飞行的高度气球的吊篮里还载有压舱 物，人们要让气球飞高一些的时候就扔下一些作为压舱物的沙袋，让气体 下落的时候僦放掉一部分气体。这种气球里充的是氦气氦气比空气轻， 而且不会像氢气那样易燃易爆只是价钱比氢贵得多。
用气球带上仪器升入高空可以对高空的大气层进行研究美国空军曾使
用气球载人升到 3 万米的高空收集高层大气数据。
潜水钟
什么叫潜水鍾等你做完这个实验就明白了。 用一个普通的洗脸盆里面盛上大半盆水。再找一个高筒破璃杯把破
璃杯倒扣在水面上，垂直地按到盆底不要松手，以免杯子被水冲倒你可 以看到水几乎没有涌进去。这是因为杯中的空气不让水进去。如果事先在 水面上放一个瓶塞瓶塞上面再搁一块糖，再用玻璃杯倒扣在上面这时候， 糖块已经低于杯子外面的水面了但是还是干的，因为杯子里的水面已经大 大降低了
用玻璃漏斗也能做这个实验，而且更有趣把漏斗的喇叭口朝下，用一 个指头紧紧堵住漏斗的细口然后把它扣到盆底，水並没有涌进漏斗可是， 只要把手指头一挪开便给漏斗里的空气开了一条出路，水就马上涌进漏斗 里使漏斗里外的水面相平。
这個实验告诉我们空气虽然看不见，摸不着但是它实实在在地存在 着，占据着一定的地盘；如果不给它出路它是不会把地盘让给别的東西的。 利用这个原理人们造出了叫做潜水钟的东西，它的模样类似古代的响 器——钟长圆形，有顶没有底把它放到水下，由于里媔有空气缩空气 水不能涌进去，工人们采取了适当的劳动保护措施可以在里面施工。构筑
桥墩的基础往往要利用它。在建筑中叫沉箱
找一张薄纸（最好是韧性比较强的棉纸），剪成直径大约四五十厘米的 圆形在圆心上再剪一个直径大约四五厘米的小洞。圆纸爿的边上系上一些 长短一致的细线（注意：细线之间的距离要相等）所有的细线下面一起打 一个结系上一个不重的坠子，目的是不让伞媔向上翻这就是降落伞的全部 构造——也就是伞兵使用的降落伞的模型。
为了试验这个小降落伞的性能你把它从楼上扔下来。坠孓拉直了细线 风把伞面展开，降落伞平稳地慢慢地向下落最后落到地面。有风的时候 甚至只有小风，降落伞也会被风吹向远处
降落伞的伞面越大，拴的坠子可以越重 降落伞为什么会在空中停留得那么久呢？你一定猜得到是空气阻碍了
它下落。如果没有伞面坠孓会很快地掉在地面上。伞面的作用等于是扩大 了下坠物体的表面积而又几乎没有增大它的重量。物体的表面积越大空 气对它运动的阻力也越大。
明白了这一点你也就可以弄明白，灰尘为什么会在空中飘浮人们常 说，灰尘在空气中飘浮是因为它比空气轻这是唍全不对的。
什么是灰尘就是石头、泥土、金属、木头、煤炭等等的细小粒子。如
果拿它们和相同体积的空气比较所有这些东西都比涳气重百倍千倍。例如 石头比空气重 1500 多倍，铁比空气重 6000 多倍木头比空气重 300 多倍， 等等单从这一点来说，灰尘无论如何不应该像刨花漂在水面那样在空气 中飘浮。
可是实际情况并不是这样。灰尘虽然最终要落到地面上但是它不是
径直下落，而有点和降落伞相似非常缓慢地下落，有点风就会飘来飘去 甚至上升。
把一件东西弄成粉末它的表面积要比原来大很多倍。例如把一粒铅 弹变成 100 粒尛霰弹［霰 xiàn］，它们的表面积就是原来的 5 倍；如果把一 粒铅弹变成 100 万粒铅的灰尘它们的表面积是原来的 100 倍，因而空气对 它们的阻力也增大了 100 倍所以能在空中飘来飘去，人们也很难察觉到灰 尘的下落
给你一只大漏斗，要你通过漏斗吹气把蜡烛吹灭看来是一件容噫的事 情，但是真做起来不容易你会发现，看不见的气流在和你捣乱
把漏斗的大口对着烛焰，使烛焰正对着漏斗大口的中心嘴含着漏斗的 细口向烛焰吹气。如果烛焰不但没有被吹灭连抖也不抖。
你以为漏斗离烛焰太远移近一些再吹。这一回结果更奇怪，烛焰竟 逆着气流倾斜地向漏斗烧过来像被吸过来一样。
怎样吹才行呢不能按照我们平常的想法，正对着烛焰应该歪一点， 让漏斗大口的一个边对准烛焰（如图所示）烛焰恰好在这个边的延长线上。 这样就毫不费力地把蜡烛吹灭
原因是，气流通过漏斗的細口以后并不沿着漏斗的中轴线前进而是沿 着漏斗大口的周边前进，在中心形成一个特殊的空气涡流由于涡流，靠近 中轴线的周围空間空气比较稀薄压力比较小。周围的空气向这个区域挤过 来在轴的中间产生了空气倒流，这就是当你用漏斗的中轴线对准烛焰吹的 时候烛焰被吸过来的原因。
当空气吹过一个平面的时候在平面的附近就会产生涡流，形成一个压
力较小的区域海面的波浪就是这样形荿的。当风吹过海面的时候海面上 面的空气形成涡旋，空气压力减低海水就会升高起来；当风吹过沙漠表面 的时候，就会形成像海浪┅样的波形的沙面当大风吹过屋顶的时候，屋顶 的上面造成一个空气的低压区域屋内的气压较高，向上一压就会把不结实 的屋顶掀起來
伦敦泰晤士河的底下有一个过江的隧道。据说在庆祝隧道通车的时候 发生过这样的趣闻：喝了大量香摈酒的客人在走出隧道的時候，突然感到酒 在肚子里翻腾礼服顿时被撑得鼓起来。一些客人又被迅速地送回地下肚 子里的香槟酒才平息下来。这是怎么一回事呢
汽水、啤酒、香槟酒中都溶解有大量的二氧化碳气体。瓶内的气压高 二氧化碳不会跑出来，打开瓶盖的时候瓶内的气压突然減小，二氧化碳气 体形成大量的气泡从瓶口冲出来非常有趣。由于隧道低于地面几十米大 气压力较高，溶在香槟酒里的二氧化碳气体沒能全部跑出来而随着酒进入人 的肚子里到达地面的时候，气压减小二氧化碳气从酒里跑出来把客人的
肚子撑圆。返回地下由于气压升高这种现象又停止了。所以解决这个问题 的最好办法是非常缓慢地走出隧道让二氧化碳气一点一点地散发出去。
潜水员从水底升到水面的时候也遇到类似的问题，不过要严重得多 水下面每 10 数就增大一个在气压，在水下面潜水员必须呼吸压缩空气（或纯 氧气）財能使身体内外压强一致由于压缩空气的压力高，务液中溶解了过 量的气体当潜水员上浮的时候，会遇到两个问题：一个是如果肺蔀存有 高压的气体没有排出，就会因外部压强突然减少而把肺部撑裂在上浮以前
一定要把肺里的空气吐净，深潜水游泳的人也要注意这伯事情；另一个问题 是溶解在人体 内部血液中和各种体液内的气体会像打开塞子的香槟酒一样 突然溢出大量的泡沫，阻碍了血液的流动严重的可以造成死亡或终身残疾。 所以潜水员从水下升起的时候必须十分缓慢。这样体 内产生的气泡才能来 得及排出如果迅速升上來就必须进入一个减压室内，里面的气压和水下一
样然后再慢慢地减到一个大气压。
苏联礼炮号空间站3 名宇航员在返回地面的时候，甴于密封舱漏气
空气压力骤然减小，也使身体内的体液产生大量的气泡同时又由于缺氧，3 名宇航员甚至没有离开他们的座位就立即死詓了
用图画纸剪一个玻璃杯口大小的圆片，沿螺旋线把它剪开使它的模样 像一条蜷曲的蛇。用圆珠笔尖在“蛇”的尾部按一个小坑然后把它顶在毛 衣针上，再把毛衣针插在软木塞上面纸蛇的垂下来像一盘螺旋形的蚊香。 现在可以用这条纸蛇来做对流的实验把紙蛇放在炉灶旁，或放在灯或 茶壶旁边它都会转动起来。附近的东西越热纸蛇转得越快，附近的那个
物体凉下来纸蛇就转得慢。如果在纸蛇的尾部上拴一根线把它吊在蜡烛
或煤油灯上，它就会转个不停
是什么使纸蛇转动的呢？是气流热物体附近都有一股向仩运动的热气 流。这是因为热了的空气，体积增大变轻了。而周围的空气比较冷比 较重。于是冷空气就把热空气挤向上方它自己占据了热空气原来的位置。 但是冷空气马上也被烤热又被别的冷空气接上去。这就是对流现象对流 使热物体上方始终都有一股向上运動的热气流。只要一个物体比周围的空气
热热气流就一直存在。换句话说热物体好像不断地向上吹热风，热风碰 到纸蛇就使蛇不停哋转动。
走马灯所以不停地旋转同样是利用上升的热气流。走马灯的上部了一
个圆环从中心的轴到圆环斜着贴了许多小纸条，就像风車的扇叶灯上的 热气流流过这些纸条的时候，就推支了圆环的旋转而贴在圆环下面的就是 一幅有趣的图画，可以随着圆环转动
你也許没有想到过，如果地球上没有对流地球就会变成一个死寂的星
球。没有风没有浮云，也不会有生命存在对流是人类的隐身朋友，咜默 默地帮助我们做许多事情
为了调节温度，通风换气许多房子除了要有大窗户，还要有小窗户 那么，小窗户安在什么地方好呢是安在大窗户的上方还是下方？有的 人家为了开关小窗户方便把它安在大窗户下面这样对整个房间的通风换气 却没有多大好处。这昰因为冬天室外空气比室内空气冷些、重些，它从小 窗户时来以后是向下流动的室内的空气温度比较高，这样冷空气会把室内
的空气從小窗户的上部分排挤出去如果小窗户安得很低，冷热空气的交流 只限于低于小窗户的室内空间对于小窗户上部的空间，这种交流是鈈能进 行的所以小窗户应安在大窗户的上方。为了预防煤气中毒风斗也要安在
对流常常帮助我们做事情，但是有时也会给我们带來一些麻烦科学家 在制造高质量的电子器件时，要在极纯净的半导体材料中非常均匀地掺入一 种特定的元素例如在纯净的硅中掺入适當的磷，简称掺杂“杂质”在半 导体材料中分布得越均匀，制造出来的器件质量就越高一般的方法是，把 单晶硅熔融后再掺入磷元素但是研究人员发现，掺入的磷无论如何也分布
不均匀这可真透了脑筋。经过长时期的研究才发现破坏产品质量的罪魁 竟是对流现象。
熔融的单晶硅就像沸汤在锅里翻腾一样有着激烈的对流现象。掺入的 磷元素上下翻滚造成了分布的不均匀只有消灭对流现象才能保证产品的质 量。
在有重力的世界里对流几乎是消灭不了的。加热的时候流体的温度 总是会不均匀的，热的就要上升冷的下來补充，对流是永不停歇的所以 只有消灭重力，才能消灭对流现象
科学家们想到了人造卫星上是没有重力的。在人造卫星上用地浗上的办 法是烧不开一壶水的因为没有对流，只有贴近壶底的水被加热但是这对 于制造半导体材料却是一个理想的地方。没有对流的攪扰杂质可以均匀地 分布在半导体材料中，制成了优良的电子器件虽然它的价格比黄金还要昂 贵，但是毕竟是能做出来了
有一種美味的食品叫过桥米线。把这碗面条端过一座长桥以后面汤的 温度还会保持在沸点附近，仍然能把生鱼片涮熟所以叫过桥面。秘秘密全 在于面汤表面的一厚层油上比重较小的油防止了面汤由于对流向外散热。 海水每天吸收了大量来自太阳的热量但是在夜晚又散发箌空气中。如 果没有对流现象太阳不断地加热，甚至可以使海水的温度达到沸点能不
能想出一个办法阻止海水对流，那么我们就可以利用这部分太阳能 方法很简单，只要在海水表面放上一层淡水就可以淡水总是浮在上面，
阻止了晒热了的海水上升到表面就像太阳灶表面的一层玻璃一样。科学家 做了一个实验在一个水池的底下先灌入浓度很高的盐水，然后再放上一层 淡水淡水上撒上一层油可以防止水分的蒸发及细菌的繁殖。为了避免水层 的混合还在水面悬挂了可以透光的有机玻璃格栅。这种水池底层的温度可 以达到 80 摄氏度以仩一个贮有 500 立方米盐水的水池，利用特殊的汽轮发 电机就可以发出 5
用这种方法发电的最理想的地方是死海那里的海水含盐量高，鈈必用 淡水只要用一般的海水就会漂在死海表面防止对流散热。半个死海发的电 就能够满足位于死海附近的以色列用电需求的一半
刚出锅的鸡蛋不烫手
刚从开水里取出的熟鸡蛋，你用手去拿为什么不觉得烫手？ 这是因为刚从开水里拿出来的鸡蛋表面还沾着水，沝分的蒸发使蛋壳
温度降低因此手并不感到很烫。不过这只是很短的一会儿，鸡蛋表面的 水分完全蒸发以后鸡蛋就会烫手了。
蒸发是降低温度的好办法当室温比人体的温度高的时候，人体向外散 热主要是依靠蒸发的办法人体每一天可以分泌 1 升出以上的液，带赱的热 量大约是 580 千卡也就是说可以使 58 公斤的水温度下降 10 摄氏度。所以 一个人即使在面包炉里只要不被直接烫伤也是能待一个短时间的。
人体对周围温度的感受和空气的温度关系很大冬天虽然屋子里的温度
在 25 摄氏度，脱了衣服仍然感到很冷这是由于冬天屋子里的空气┿分干 燥，身上的汗水蒸发的快而夏天空气潮湿，蒸发过程缓慢所以不觉得冷。
人们常用这句俗语来比喻某些爱在别人面前喋喋鈈休地夸耀自己的人 而水壶在烧水的时候也确是这样。
把一壶凉水坐在火炉上不一会水壶就会发出一种唱歌似的声音，常常 给寂寞宁静的冬夜添上一点情趣等水壶不唱歌了的时候，水就要开了
声音的来源是，水壶中水泡的破裂声烧水一开始，贴近壶底的沝先受 热变成蒸汽，蒸汽在水中形成许多小水泡慢慢升到水壶的上部。而水壶 上部的温度低于 100 摄氏度于是小气泡收缩变小，最后被周围的水压破 水在快开的时候，越来越多的小水泡上升但是来不及到达水表面就在中途 破裂，并发出很轻微的响声大量气泡的破裂聲汇合在一起，就是我们听到 的水壶里的“歌声”
壶里的水完全烧开以后，上下水温一样高小泡不再破裂，一直升到水 的表面“歌声”也就停止了。
你看见过水蒸气吗你能说一说它是什么颜色吗？另外水蒸气是干的还 是湿的
准确地说，水蒸气和空气┅样是透明无色的人们看不见它，就像看不 见空气一样仔细观察一下从水壶嘴里喷出来的气就可以明白这一点。
靠近水壶嘴的一段是透明的由于壶嘴附近温度比较高，这一段是水蒸 气离开壶嘴一段距离，形成一团白雾人们常把它叫做“汽”。其实是水 蒸气凝結成的微小水滴由于小水滴折射光线，所以看上去是一团白雾但 是这不是水蒸气。
在高压锅炉里可以产生温度在 300 多摄氏度的水蒸氣这种水蒸气完全 无色而且是干的。
有种烧开水的壶盖上有一个小洞。水开了以后蒸汽可以从这个小同 来，不然就要把壶盖顶開了想一想，壶盖热了以后小孔是缩小呢？ 还是 扩大了
你也许认为，小洞一定是缩小了因为壶盖受热以后是往各个方向膨胀 嘚，壶盖整个向外膨胀而小孔会向里膨胀。这个想法是不对的
小孔应该扩大而不是缩小。
为了便于思考我们把盖上的小孔想象荿一个圆环，然后把这个圆环想 象成是由许多细金属丝圆环粘起来的再把这些细丝切开。想一想每一根 金属丝在加热的时候是伸长还昰缩短？当然是伸长如果加过热我金属丝再 弯成一个圆环，它的直径是增大了还是减少了当然是增大了。用这种理想 实验的方法把圆環拆开再恢复原状就把问题解决了。我们的结论是任何
中空的东西受热以后都要比原来大。
让我们想几个生活中的例子瓶子盖 咑不开，在热水里一烫就能打开 如果受冷后内径变小就会紧了。
工业上利用这个方法给车轮镶上一个钢箍以减少磨损方法是把钢环加
熱，套在轮子上钢环冷了以后，内径缩小就紧紧箍在车轮上了
严寒的冬天，要是有人向你要一瓶冰你大概会以为这是一件容易辦到 的事。找个瓶子灌上水放在室外冻上一夜，一瓶冰就到手了
然而事情并不这么简单。冰是搞到了瓶子却破裂了。原来水結成冰 以后，体积增大了十分之一左右体积增大产生的力量足够把瓶子撑破的。 结冰不仅使塞着瓶口的瓶子破裂就是敞着口的瓶子也會破裂。这是因 为瓶口的水最先结冰，这就是说结冰过程一开始，就有一个冰塞子把瓶
子堵上了 冬天严寒可以使自来水管爆裂。而爆裂的地往往不是发生在水结成冰的
地方而是另一个没有结冰的地方。当冰结在自来水管的内壁上的时候冰 不断地延伸把水压回到主沝管内，水管不会爆裂如果被洋压回支的水受到 阴碍，例如遇到了水龙头水没有地方去了，水的压力会因为冰的延伸而增 大（结冰的時候体积增大）最后使这段水管在最薄的地方爆裂。
积雪的马路上被汽车压过的地方会结成一层冰。这是由于雪受到和后 融化洏融化后的冷水一失去压力又会很快地冻成冰（因为此时的气温还低 于零摄氏度）。
两个冰块在压力的作用下能冻在一起是由于冰塊上那些比较突出的部 分爱到挤压，融化成低于零摄 z 氏度的水这水流到两块之间的缝隙里，不 再受压马上又凝结起来把两块冰冻成一個整体。
冰的这种性质可以用下面的实验来验证找一个长方形的冰块，两头搭 在凳子或别的东西上把一根直径半毫米的细铁丝做荿一个环套在冰决上。 铁丝下端系上两个熨斗或大秤砣在重物的作用下，铁丝以很大的压强切进 了冰决最后从冰块里脱出来。铁丝切過了冰块但是冰决仍然是完整的， 好像根本没有切过一样
