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了不起的物理 版權信息
- ISBN:9787512719613
- 條形碼:9787512719613 ; 978-7-5127-1961-3
- 裝幀:一般膠版紙
- 冊數(shù):暫無
- 重量:暫無
- 所屬分類:>
了不起的物理 本書特色
一讀就停不下來的超酷物理科普書 跟科學家一起揭秘物理真相 破解200多個腦洞物理問題
了不起的物理 內容簡介
信號燈為什么是紅色的?磁懸浮列車是如何工作的?雪落在水里有聲音嗎?阿基米德真的能撬起地球嗎?我們能看見鏡子嗎?用拳頭砸空火柴盒會發(fā)生什么?……200多個源自生活的腦洞問題,揭秘問題背后的物理真相,一本書幫你升級物理知識體系,學會理性思考和科學看待我們生活的世界。
了不起的物理 目錄
了不起的物理 節(jié)選
潛水艇是怎樣做到上浮和下潛的? 潛水艇有壓載水艙,向壓載水艙注水之后,潛水艇的重量就增大了,這時它的重力大于水給它的浮力,潛水艇逐漸下潛。當潛水艇上浮的時候,高壓空氣漸漸把壓載水艙中的水擠出去,使壓載水艙重新充滿空氣,這時它的重力小于水給它的浮力,潛水艇就會上浮。 因此,潛水艇的上浮和下潛都是通過改變自身的重力來實現(xiàn)的。我國自主設計研制的深海載人潛水器“蛟龍”號利用的就是這個原理,它在無動力的條件下自主下潛與上浮。在下潛試驗前它會搭載合適重量的壓載鐵,進入海水后開始下潛。到達作業(yè)深度時,“蛟龍”號會拋掉部分壓載鐵,使重力和浮力平衡,進行勘探。完成任務后,“蛟龍”號再次拋掉壓載鐵,浮力大于重力,使它上升。 為什么水不會流進潛水鐘里面去? 潛水鐘是一種無動力潛水裝置,早期的潛水鐘開口在下,外形與鐘相似,故此得名。現(xiàn)代的潛水鐘是全封閉結構,船只運載潛水鐘到達預定地點后,將其懸吊下沉到海底,潛水員的頭盔連接導管,由管子將空氣從海面上送進來。 我們可以做一個小實驗來模擬潛水鐘,把一個玻璃杯倒過來,扣在水底,用手壓住杯子。這時,我們會發(fā)現(xiàn),玻璃杯里幾乎沒有水進去。這是因為杯子里有空氣,阻止了水進入。 我們也可以用玻璃漏斗來做這個實驗,方法是把漏斗倒過來扣到水里,并用手指堵住上面的漏口,此時水也不會流到漏斗里。但是,如果我們把手指移開,由于空氣流通,盆里的水就會立刻灌到漏斗里去,直到漏斗內外的水面相平為止。由此可見,空氣并非是“不存在的”,它真實地存在于空間中,如果沒有其他地方“藏身”,它就會待在自己的地盤上,所以水不會流進潛水鐘里去。 為什么紙片能夠承受住水的重量? 一張紙片壓在裝滿水的杯口上,慢慢地將杯子倒過來,水并不會流出,是什么原因造成的呢? 這是因為有氣壓,氣壓是指作用在單位面積上的大氣壓力。氣壓的力量十分驚人,我們在杯子里裝滿水,那么杯子里的空氣比外面的稀薄很多。杯子里的空氣密度比外面的空氣密度小得多,所以產生的壓力也比外面的小得多。而空氣從紙片下面給紙片的壓力可大多了,我們甚至可以把這樣的玻璃杯從一個地方端到另一個地方,哪怕幅度大一些,水也不會流出來。如果你把這樣一杯水端給別人喝,他肯定會覺得非常驚奇。 兩艘平行行駛的輪船為什么會相撞? 1912年秋天,“奧林匹克”號海輪發(fā)生了這樣一起事故,它正在大洋上航行時,距離它只有幾百米的“豪克”號小船,好像被一股看不見的力量牽引著筆直開了過來。*終,兩艘船不可避免地撞在了一起。 這是因為在大海上,輪船之間會相互吸引。這可以用伯努利定理來解釋,當兩艘船平行航行時,一條水道就形成了。在一般的水道里,是水在動,溝壁不動的。而在航行時,是水不動,溝壁在動。在這種情況下,外側的水的壓力會使兩艘船相向而行,并且質量小的船移動的幅度更大,這就是大船快速駛過時會出現(xiàn)特別大的引力的原因。 為什么船在航行時,船頭部分會出現(xiàn)向外散開的波浪? 液體在一定粗細的管子里流動時,只要流動速度達到某個特定的值,也就是臨界速度,液體就會發(fā)生渦流現(xiàn)象。露天的河床以及海平面上海水的運動形式也是渦流前進的,如果用測量儀器精確測量河里的水流,可以發(fā)現(xiàn)河水在做渦流運動。如果物體被水淹沒,物體的表面就會形成渦旋狀,所以輪船在航行中,船頭部分的平靜水面上就會出現(xiàn)向外散開的波浪。 為什么降落傘可以救人性命? 我們看到降落傘的傘面非常大,它所承受的負荷也非常大。沒有風時,它會慢慢降落;有風時,它就會落到遠處去。 為什么降落傘可以飛起來呢?這正是由于空氣的存在,阻礙了降落傘的掉落。要是沒有傘面的話,人就會以非?斓乃俣鹊舻降厣。也就是說,傘面加大了負荷物的受力表面積,但是又沒有增加重量。用比較大的傘面增加自由落體下降時的阻力,傘面的表面積越大,空氣阻力就會表現(xiàn)得越明顯。降落傘減小了下降時的速度,使下降到地面的速度達到人體能夠承受的速度,這就能使從高空落下的人存活。 為什么冬天經(jīng)常有水管凍裂的現(xiàn)象? 在冬天,如果我們灌滿一瓶水放到室外,會得到滿滿一瓶冰嗎?如果我們真的這么做,就會發(fā)現(xiàn),我們得到的并不是一瓶冰,或者說,不是一瓶完整的冰。冰是有了,但瓶子卻被冰撐破了。 這是為什么呢? 因為水的密度比冰大,同等質量下,密度變小,體積會變大,產生的作用力非常大。如果包裹冰的金屬不夠堅固,冰甚至可以讓金屬斷開。有人曾經(jīng)做過類似的實驗,水結冰后可以撐破一個5厘米厚的鐵瓶。所以在冬天經(jīng)常有水管凍裂的現(xiàn)象,就是這個原因造成的。這也可以解釋冰會浮在水的上面,因為冰比水輕。如果水結冰后體積變小,冰就會沉下去,而不是浮在水面。 為什么熱氣球愛好者可以乘坐熱氣球在空中飛行? 在任何熱的物體旁邊,都會有一股向上運動的熱氣流。像其他的物體一樣,空氣被加熱后,體積也會膨脹。也就是說,當熱氣球被加熱后,它內部的空氣密度會變小,也就是空氣變輕了。而熱氣球外部的空氣比較冷,也就是空氣的密度比較大、比較重。相同體積的熱空氣比冷空氣輕,所以冷空氣就會把熱空氣往上面擠,并占據(jù)熱空氣的位置,這樣就產生了浮力。 熱氣球還可以通過改變燃燒的間隔時間,調整球囊溫度,來控制熱氣球的上升和下降。把球囊內的空氣加熱后,就會有很多熱空氣從球囊內排出去。此時,氣球變輕,重力小于浮力,氣球逐漸上升。停止加熱球囊內的空氣后,冷空氣又進入球囊。此時,氣球的重力增加,重力大于浮力,熱氣球就會下降。 為什么冰刀可以在冰面上滑行? 當壓力足夠大的時候,冰塊會融化,只不過由于溫度低于0℃,融化的冰又會迅速地凝結。正是由于這個原因,人們可以在冰上滑冰。當滑冰者利用自身的體重壓在冰刀上的時候,冰刀下的冰受到壓力作用就會融化。于是,冰刀就滑行了起來。當冰刀滑到下一個地方,冰還會融化,冰刀會繼續(xù)滑下去;咚街,冰刀所接觸的薄冰層就會融化成水。但是,一旦冰刀滑過去,剛剛融化的水又會結成冰。所以,雖然嚴寒的時候冰是干的,但在冰刀的作用下卻能融化成水,并起到了潤滑的作用,使冰刀向前滑行。 為什么下雨時先看到閃電再聽到雷聲? 聲音和光的傳播速度是不一樣的,聲音的傳播速度是340米/秒,光的傳播速度是3×108米/秒,因此光在空氣中的傳播速度要快得多,大概是聲音的100萬倍。聲音的傳播速度比光慢,所以它從聲源傳到你的耳朵需要一定的時間,而光幾乎一瞬間就能到達你的眼睛里。下雨時,當雷聲還在向耳朵傳播的時候,閃電已經(jīng)進入你的眼睛里。這時你就會誤以為閃電出現(xiàn)的實際時間比雷聲早。 為什么有時候漏斗中的液體漏不下去? 當我們用漏斗把液體灌到瓶子里的時候,要時不時把漏斗拿起來一下,否則,液體就可能漏不下去了。這是為什么呢?原來,瓶子里有空氣,如果不把空氣排出來,就會對漏斗里面的液體產生壓力,導致液體漏不下去。當液體流進瓶子里后,瓶子里面的空氣會在液體的壓力下收縮。但是,如果空氣被壓縮到一定程度,會產生一個很大的壓力,這個壓力大到足夠把液體擋在漏斗里,不讓液體向下流。因此,我們要時不時把漏斗拿起來一下,以便讓瓶子里的空氣排出來。這樣,漏斗里的液體才會繼續(xù)流下去。 擺鐘走慢了該如何調整? 擺鐘是一種時鐘,是由荷蘭物理學家克里斯·惠更斯在1656年發(fā)明的,F(xiàn)在我們在博物館或名人故居經(jīng)常可以看到它的身影。如果擺鐘走慢了,如何調整鐘擺,才能使它正常呢?反過來,如果擺鐘走快了又該如何調整呢? 對于帶鐘擺的擺鐘來說,鐘擺越短,擺動的速度越快。這一點,我們可以用系重物的繩子來驗證一下。根據(jù)這一原理,很容易就可以得出上面問題的解決方法。如果擺鐘走慢了,稍微縮短一下鐘擺的長度,擺鐘就正常了;如果擺鐘走快了,就反過來,增加鐘擺的長度。 在體重秤上向下蹲的瞬間,體重秤是向上運動還是向下運動? 向上運動。 人在體重秤上受到向上的支持力和向下的重力。當我們蹲下時,肌肉會把我們的身體向下拉,同時,它也會向上拉我們的雙腳。下蹲的瞬間產生向下的加速度,這就導致體重秤受到的壓力變小。重力大于支持力,重力不變,所以支持力變小,人對秤的反作用力就會變小,進而體重秤的讀數(shù)變小,體重秤會向上運動。 一個普通人是否能通過固定滑輪抬起100千克重的東西? 其實,即便借助固定的滑輪,你所能拉起的物體重量也不會比空手抬起的重量大,甚至比空手抬起的重量還要小一些。另外,當你通過固定的滑輪拉物體時,你所能拉起的物體重量一般不會比你的體重大。一個普通人的體重一般不會大于100千克,所以,你不可能通過這個方法拉起100千克的物體。固定的滑輪只能改變運輸物品的方向,卻并不能省力。 為什么拖拉機能在泥上平穩(wěn)行駛,人和馬卻很容易陷進泥中? 每平方厘米的接觸面積上所受到的壓力越大,物體越容易陷進去。對于履帶拖拉機來說,雖然它自身的確很重,但是分攤到履帶上的壓力卻比人腳和馬蹄上的壓力小多了。所以,我們就很容易理解,為什么人和馬很容易陷入泥濘的土地里,而履帶拖拉機卻不會。 在前進的火車車廂里向上跳,落地時會落在哪里? 仍然會落在起跳的位置。 有人可能認為,跳到空中的時候,地板跟車廂會一起向前行進,所以會落在車廂后面的某個位置。 一切物體在沒有受到外力作用的時候,總保持原有的運動狀態(tài)或靜止狀態(tài)叫作慣性。一切物體都具有慣性,車廂確實在前進,但是由于慣性的作用,你也在前進,并且你的行進速度跟車廂是相等的,所以你會落在起跳的位置。 為什么從冰上爬行過去比較安全? 冬天,河水或湖泊中的水會結成冰,當冰不夠厚時,人們總是從冰上爬過去,這是為什么呢?原來,對于爬行在冰上的人來說,雖然不會因為趴著而使體重變輕,但是由于跟冰面的接觸面積變大,所以每平方厘米受到的壓力就會變得很小。也就是說,壓強變小了。這樣冰面就不容易裂開,人就不會掉下去。 有時,人們甚至會找一塊寬大的木板,躺在上面滑冰,這樣就更安全了。另外,冰能承受多大壓力和冰的厚度有關。冰的厚度超過一定值時才能承受一個人的體重。 誰能更輕松地把球拋給對方? 兩個人分別站在正在行駛的船的兩端,向對面拋球,如果船的行駛速度是均勻的,也就是進行勻速直線運動,那么這兩個人可以同樣輕松地把球拋給對方。行駛的船與靜止的船沒有任何差別。有人可能以為,靠近船頭的人會遠離球,靠近船尾的人會靠近球。實際上,由于慣性的作用,球和船的速度是相同的,船上的人和球的速度也是相同的。所以,每個人都一樣輕松,誰也不會占便宜。 拉繩子時,如何保證繩子的中部不下垂? 當我們沿水平方向拉直繩子,不管多么用力,都不可能使繩子的中部不下垂。繩子的中部之所以會下垂,是因為繩子始終受到重力的作用,而我們給的作用力不在垂直方向上,這兩個力的合力不可能達到相互抵消,也就無法使繩子的中部不下垂。 比如,不管使多大的力,我們也不可能把吊床完全拉平。人躺在上面時,在人的重力作用下,一樣會下垂。總之,我們作用在水平方向上的力無論多大,都不可能完全拉直繩子,我們只能盡量減小下垂的程度。除非在垂直方向向上拉繩子,否則,繩子的中部一定會下垂。 向車窗外扔玻璃瓶,如何保證玻璃瓶更不容易碎? 你可能聽說過,如果我們從行駛中的車上向下跳,沿著車運動的方向往前跳會更安全一些,因為這樣跳更不容易摔傷。所以,我們似乎可以推理出,在汽車行駛過程中應該把瓶子往前扔,這樣落地時瓶子所受到的沖擊力*小。 但是實際上,這一推理是錯誤的。我們應該把瓶子往后扔,也就是跟車廂運動方向相反的方向。這時,我們給瓶子的速度會抵消瓶子慣性帶來的速度。于是,當瓶子接觸地面的時候,它的速度會減小。如果往前扔瓶子,情況正好相反,瓶子得到的速度是兩個速度的疊加,瓶子獲得的速度反而變大了,它所受到的沖擊力也就變大了,因此更容易破碎。 為什么鐵軌之間要留空隙? 在鋪鐵軌的時候,在鐵軌之間必須留空隙,而不能把它們緊緊地連在一起,否則鐵軌就無法正常使用了。這是為什么呢? 我們都知道,物體具有熱脹冷縮的特性,鐵軌也一樣。夏天的時候,在日曬的作用下,鐵軌會變長。如果不預留空隙,鐵軌就會相互擠壓,進而發(fā)生變形,甚至會把用來固定鐵軌的道釘擠脫落。預留的空隙也要考慮冬天的情況,冬天時,天氣比較寒冷,鐵軌會收縮,鐵軌之間的空隙會變大。為了保證火車的正常運行,鋪鐵軌的時候,一定會根據(jù)當?shù)氐臍夂驐l件來計算空隙的距離。 掉進玻璃瓶里的軟木塞為什么不會在倒水時被水帶出來? 生活中你可能遇到過這樣的情況:一塊軟木塞掉進了裝著水的玻璃瓶里,軟木塞的大小跟瓶口差不多,按道理正好能從瓶口拿出來,但是不管我們怎么傾斜或翻轉玻璃瓶,總是無法把軟木塞帶出來。于是我們開始倒水,但是直到我們快要倒空玻璃瓶里的水時,它才會掉出來。這是為什么呢? 其實這是因為軟木塞的密度比水小,所以它總是浮在水面上。在倒水的時候水面產生波動,軟木塞會隨著水面運動,只有當瓶子里的水快倒完的時候,軟木塞才可能靠近瓶口的位置。所以,只有這時候,軟木塞才會從瓶口掉出來。
了不起的物理 作者簡介
雅科夫 伊西達洛維奇 別萊利曼(1882~1942) 出生于俄國格羅德省別洛斯托克市,是享譽世界的科普作家、趣味科學的奠基人。1959年,“月球3號”無人月球探測器傳回了世界上第一張月球背面圖,其中拍的一個月球環(huán)形山就被命名為“別萊利曼”環(huán)形山,以紀念這位科普大師。 別萊利曼從17歲時開始在報刊上發(fā)表文章。1909年大學畢業(yè)后,開始全力從事科普寫作和教育工作。1916年,他用了3年時間,創(chuàng)作完成了其代表作《趣味物理學》,為以后一系列趣味科學讀物的創(chuàng)作奠定了基礎。別萊利曼一生共創(chuàng)作了105部作品,其中大部分是趣味科學讀物。他的作品從1918年至1973年僅在俄國就出版449次,總印數(shù)達1300萬,被翻譯成數(shù)十余種語言,對俄國乃至全世界青少年的科學學習都產生了深遠的影響。
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