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第12章 物理学科问题(4)

作家威尔斯曾经写过这样一部科学幻想小说的:一位非常臃肿肥胖的人,多方想法减轻他的体重。这篇小说的主人公恰好有一种神奇的药方,吃下这种药会使胖子减轻体重。这个胖子向他要了药方,照着把药服了下去,于是,当那位主人公去探望这个朋友的时候,下面这出乎意外的事件使主人公大吃一惊。书中写到:我敲了敲房门,门许久没有开。我听到钥匙的转动声音,然后,听到了派克拉夫特(胖子的名字)的声音:

“请进来。”

我旋动门柄,打开了房门。自然,我以为一定可以看到派克拉夫特了。

可是,你猜怎么样——他不在房里!整个书房都零乱得很,碟子和汤盆放在书本和文具中间,几张椅子都翻在地上,可是派克拉夫特却不在这儿……

“哦在这儿哪,老兄!请把门关上。”他说。这时候我才发现他。

这个人竟在天花板底下、靠门的那个角落,好像给人粘在天花板上似的。他的脸上带着恼怒和惊恐的表情。

“如果有些什么差池,那么,您,派克拉夫特先生,就会跌下来把头颈跌坏的,”我说。“我倒情愿跌下来呢。”他说。“像您这样年纪和体重的人,竟然做这种运动……可是,真的,您是怎样支持在那儿的呀?”我问。

突然我发现竟是一点也没有什么支持他,他是飘浮在那上面,就像一个吹胀了的气球。

他用力打算离开天花板,想沿墙壁爬到我这儿来。他抓住一只画框,但是那画框跟着他过去了,他就又飞到了天花板底下。他撞到天花板上,这才使我明白,他的膝肘各部之所以沾上了许多白粉的缘故。他重新用更大的细心和努力,想利用壁炉落下来。

“这个药方儿,”他喘息着说,“简直太灵验了。我的体重几乎完全消失了。”这一下,我一切都明白了。

“派克拉夫特!”我说,“您其实只需要治好您的肥胖病,但是您却一直把这叫做体重……好,别忙,让我来帮助你吧。”我说,一面捉住这位不幸的朋友的一只手,把他拖了下来。

他想站稳在什么地方,就在房间里乱蹦乱跳。真是一件不可思议的怪事!这就跟在大风里想拉住船帆的情形一样。

跳得非常疲惫的派克拉夫特说:“请把我塞到那个很结实,很笨重的桌子底下去……”

我照他说的这样做了。可是,虽然他已经给塞到桌子底下,还仍旧在那儿摇晃着,跟一只系着的气球一样,一分钟也不肯安静。

“有一件事情要提醒您,”我说,“您千万别想跑到屋子外面去。如果您跑到屋外去了,那您就会飞升到高空去……”

我暗示他可以学会在天花板上用两只手走路,这大概不会有什么困难的。

“我没法睡觉。”他抱怨说。我教给他在铁床的钢丝网上缚好一个软褥子,把一切垫在床上的东西用带绑在那上面,把被也扣在铁床的边上。

人们给他搬了一架木梯进来,把食物放到书橱顶上。我们还想出了一个绝顶聪明的办法,使派克拉夫特能够随时落到地板上,这办法很简单,原来《大英百科全书》是放在敞开着的书橱的最上一层的,胖子只要随手拿两卷书在手里,他便会落到地板上来了。

我在他的家里整整待了两天,两天里,我用小钻和小锤想尽办法给他做了一些奇怪的用具,给他装了一条铁丝,使他能够去按铃唤人,等等。

我坐在壁炉旁边,他呢,挂在他自己喜欢的那个角落上,正在把一张土耳其地毯挂到天花板上去,这时候我起了一个念头:“哎,派克拉夫特!”我喊道,“这些事情,我们都多做了!在你衣服里面装一层铅衬里,不就一切都解决了吗!”派克拉夫特高兴得差一些要哭出来。

“去买一张铅板,”我说,“衬在衣服里面。靴子里也要衬上一层铅,手里再提一只实心铅块做成的大手提箱,那就行了!那时候您就不必再待在这儿,简直可以到国外去旅行了。您更用不着担心轮船出事,万一出了事只要把身上的衣服脱去一部分或者全部,您就可以在空中飞行。”

上面所说的初看仿佛跟物理学上的定律完全符合。但是,这篇故事里也有一些问题应该提出来。最重要的一点是,即使体重全部消失了,胖子也并不可能升到天花板底下去!

事实是这样的:根据阿基米得原理,派克拉夫特只有在他衣服连同口袋里的物体的总重力比他那肥胖身体所排开的空气的重力小,才能“浮起”到天花板底下去。要算出一个人的体积所排开空气的重力也不难,只要我们知道人体的密度大约跟水相等。我们平均体重大约是60千克,可知同体积的水重也是这么多,而空气的密度一般只有水的1/770,这就等于说,跟人体同体积的空气大约重80克。我们的派克拉夫特先生,再胖也恐怕不会超过100千克,因此,他所排开的空气最多也不会超过130克。那么,难道这位先生的衣、裤、鞋、袜、日记册。怀表以及别的小东西的总重力会不超过130克吗?当然不止。那么,这位胖子就应当继续停留在房里的地板上,虽然相当不稳定,但是至少不会“像系着的气球那样”,浮到天花板上去。他只有在完全脱掉衣服之后,才真正会浮上去。如果穿着衣服,他只应当像绑在“跳球”上的人一样,只要稍稍用一些劲,比方说轻轻地一跳,就会跳到离地面很高的地方,如果没有风,就又慢慢地落下来。

看来,我们要变成一片羽毛,自由自在地在天空上飞翔,并不是一件简单的事情。

近视眼如何看东西

我们知道,患近视的人不戴眼镜的话,是看不清楚比较远的东西的;但是他们在不戴眼镜的时候究竟能看见些什么,他们所看到的东西究竟是什么情形,这却是正常视力的人难以理解的。但是患近视的人既是那么多,去了解他们所看到的周围世界是什么样子,也应该是一件有益的事情。

首先,患近视的人(没戴眼镜)永远不可能看到线条分明的轮廓,一切东西对他们来说都有模糊的外形。一个视力正常的人,向一株大树望去,能够清楚地在天空背景上辨出个别的树叶和细枝。患近视的人却只看到一片没有明显形状的模糊不清的幻觉般的绿色,细微的地方是完全看不到的。

对于患近视的人,人的面孔要比正常视力的人所看到的更年轻更整洁,因为面孔上的皱纹和小斑疤他们都看不见,粗糙的红色的皮肤也像是柔和的苹果色。我们有时候会觉得奇怪,某人判断别人的年龄往往会差了20岁;对于美的鉴别力,很奇怪,他时常一直把头伸到我们面前来向我们看,仿佛从来不认识一样……这一切常常不过是由于他近视的缘故罢了。一个患近视的人不戴眼镜跟你谈话的时候,他根本看不清你的面孔,至少他所看到的,跟你所预料的不同:在他面前只是一个模糊的轮廓,看不出面孔上什么特点,因此,一小时后假如他再碰到你,他已经不认识你了。患近视的人辨别一个人,大多是根据对方的声音,而不是根据对方的外形。他们在视觉上的缺憾是从听觉的敏锐上得到补偿的。

研究一下夜里的情形对于患近视的人是怎么一回事,也是很有趣的事情。在夜里的灯光下面,一切光亮的物体,像电灯。照得很亮的窗玻璃等等,对于患近视的人都变成很大,他所看到的就是不规则的光亮斑点和一些黑影。街灯在患近视的人看来只是两三个大光点,笼罩了街道上别的部分。他们看不见驶近的汽车;看到的只是两个明亮的光点(头灯),后面只见黑漆漆的一大片。

甚至连夜里的天空,患近视的人所看到的也跟正常视力的人大不相同。患近视的人只能够看到的,不是几千颗星,而只有几百颗星。但是这几百颗星在他看来却像一些很大的光球。月亮在患近视的人看来显得非常大而且好像非常近;“半月”在他看来形状很复杂,很奇怪。这一切歪曲以及仿佛放大的原因,当然是由于患近视的人的眼睛构造上有了毛病。患近视的人眼球太深了,它收到的外面物体上每一点所发的光线,不能够恰好集中在视网膜上,而是在网膜的前面。因此光线射到眼球底部的视网膜的时候,已经又散了开来,以致造成了模糊的像。

我们身边那么多近视眼患者,如果,懂得了近视眼形成的原因,对预防近视会有一定的帮助。

静脉输液时的滴点速度因何稳定

你知道为什么医院作封闭式静脉输液时,要求在输液过程中,保持滴点的速度几乎不变吗?通过观察医院作封闭式静脉输液用的部分装置,结合气体压强、液体压强的知识我们可以说明其道理。

输液时,医生先将葡萄糖液瓶倒挂,然后将通气管上的通气针插入,这时通气管与葡萄糖液瓶内部连通,葡萄糖液有一部分进入通气管内。但我们注意到进入的量并不多,通气管内的液面远比葡萄糖液瓶内的液面要低。接着医生就把点滴玻璃管和输液管连好,然后将输液管通过针头与葡萄糖液瓶内部相连。调节橡皮管上的夹子,葡萄糖水就开始均匀地一滴一滴在点滴玻璃管内下落了。

首先,当插入通气管后,为什么通气管内的液面远低于葡萄糖液瓶内的液面。由于葡萄糖液瓶内的空气是密闭的。当通气管和葡萄糖液瓶内接通时,部分葡萄糖液已进入通气管,这样葡萄糖液瓶内部的液面就有所下降,瓶内空气的体积就会增大,压强就要减小。正是由于瓶内空气压强减小,小于外界大气压,所以导致了通气管内的液面与葡萄糖液瓶内液面之间出现了上述的高度差。

其次,我们来分析输液时葡萄糖液瓶内的压强情况:我们知道,液体压强是随深度增加而增大的。液体越深压强越大,这样液流速度就越快。在输液开始后,葡萄糖液瓶内的液面持续下降,瓶内空气压强减小,因而通气管内的液体由于受到外界稳定的大气压强的作用,很快被压回到葡萄糖液瓶内。当通气管(包括针头)内没有了葡萄糖液后,其针头顶端开口处的小液片就刚好在上下都是一个大气压强的作用下平衡。小液片的上部受到向下的压强是瓶内空气压强以及葡萄糖液产生的压强。小液片的下部受到向上的压强是外界大气压强。当瓶内液面继续下降而导致瓶内空气压强略有下降时,小液片就不再平衡,它让开一个“缺口”,气泡就冒上了瓶内空气之中。瓶内空气量增多,压强就稍有增大,通气管针头顶端开口处的小液片又在上下都是一个压强的作用下重新平衡。

这样,在整个输液过程中,通气管针头顶端开口处的小液片受到的向下的压强基本保持在一个大气压强的水平,不会因瓶内液面的下降而变化。由于通气管针头顶端所处水平面液体的压强基本保持不变,因而在它下面一定距离的点滴玻璃管上端口液体的压强也基本保持不变。这样,就对稳定滴点速度起到了积极作用。

输液是生活中的一件常见的事情,可是,我们很少有人去探讨滴点速度是否稳定的问题,上面的分析,希望能对你有所启示。

用不正确的天平正确称量

试问,如果要得到正确的称量,什么东西最重要,是天平还是砝码?也许你要回答两种东西同样重要,那你就错了:你可以用一架不正确的天平做出正确的称量,只要你手头有正确的砝码。用不正确的天平进行正确的称量,我们现在简单的介绍两种方法。

第一种方法是俄罗斯的化学家门得列耶夫所提出的。第一步,把一个重物放到天平的一只盘上——什么重物都可以,只要它比要称的物体重一些就好。然后把砝码放在另外一只盘上,使天平的两边平衡。现在,把要称的物体放到放砝码的盘上,从这只盘上逐渐把一部分砝码拿下来,使天平恢复平衡。这样,拿下的砝码的质量,自然就等于要称的物体的质量,因为就在这同一只天平盘上,拿下的砝码现在已经由要称的物体代替了,可知它们是有相同的质量的。

这个方法一般叫做“恒载量法”,对于需要一连串称量几个物体的时候特别适用,那些原来的重物一直放在一只盘里,可以用来进行全部的称量。

另外一种称量的方法是这样的:把要称的物体放到天平的一只盘上,另外拿些沙粒或铁砂加到另外一只盘上,一直加到两边平衡。然后,把这物体拿下(沙粒别去动它),逐渐把砝码加到这只盘上,加到两只盘重新恢复平衡为止。于是,盘上砝码的质量自然就是要称的物体的质量了。这个方法叫做“替换法”。

刚才我们说的是天平,那么,弹簧秤只有一个秤盘,要怎么办呢?很简单,也可以采用同样简单的方法,假如你手头除掉弹簧秤以外,还有一些正确的砝码的话。这儿用不到沙粒或铁砂,把要称的物体放到秤盘上,把弹簧秤所指示的重力记下。然后,把物体拿下,逐渐加上砝码,一直到弹簧秤指出同样的重力为止。这些砝码的重力,自然就等于要称的物体的重力了。

现在你明白了吧,即使没有正确的天平,我们也同样能够进行正确的称量。其实,只不过是我们转换了一下思维方式而已。

鸟居然能击落飞机

我们知道,运动是相对的。当鸟儿与飞机相对而行时,虽然鸟儿的速度不是很大,但是飞机的飞行速度很大,这样对于飞机来说,鸟儿的速度就很大。速度越大,撞击的力量就越大。

比如一只0.45千克的鸟,撞在速度为每小时80千米的飞机上时,就会产生1500牛顿的力,要是撞在速度为每小时960千米的飞机上,那就要产生21.6万牛顿的力。如果是一只1.8千克的鸟撞在速度为每小时700千米的飞机上,产生的冲击力比炮弹的冲击力还要大。所以浑身是肉的鸟儿也能变成击落飞机的“炮弹”。

1962年11月,赫赫有名的“子爵号”飞机正在美国马里兰州伊利奥特市上空平稳地飞行,突然一声巨响,飞机从高空栽了下来。事后发现酿成这场空中悲剧的罪魁就是一只在空中慢慢翱翔的天鹅。

在我国也发生过类似的事情。1991年10月6日,海南海口市乐东机场,海军航空兵的一架“014号”飞机刚腾空而起,突然,“砰”的一声巨响,机体猛然一颤,飞行员发现左前三角挡风玻璃完全破碎,令人庆幸的是,飞行员凭着顽强的意志和娴熟的技术终于使飞机降落在跑道上,追究原因还是一只迎面飞来的小鸟。

瞬间的碰撞会产生巨大冲击力的事例,不只发生在鸟与飞机之间,也可以发生在鸡与汽车之间。

如果一只1.5千克的鸡与速度为每小时54千米的汽车相撞时产生的力有2800多牛顿。一次,一位汽车司机开车行使在乡间公路上,突然,一只母鸡受惊,猛然在车前跳起,结果冲破汽车前窗,一头撞进驾驶室,并使司机受了伤,可以说,汽车司机没被母鸡撞死真算幸运。

原来,鸟真的可以击落飞机,鸡也真的会使汽车发生意外,如果我们懂得了运动和速度的关系,我们就不会觉得惊讶了。

穿得越多不一定越暖

寒冷的冬季,有的人喜欢穿得鼓鼓囊囊,以为穿得越多越暖和,难道这种做法是正确的吗?下面我们来分析一下。

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