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？