趣味物理实验(txt+pdf+epub+mobi电子书下载)

作者：[俄]雅科夫·伊西达洛维奇·别莱利曼

出版社：中国妇女出版社

格式: AZW3, DOCX, EPUB, MOBI, PDF, TXT

趣味物理实验试读：

然而，马克·吐温 却不这么认为，他觉得哥伦布发现新大陆没什么大惊小怪的：“要是他没有发现美洲，反而是一件奇怪的事情。”马克·吐温（1835—1910），美国幽默大师、小说家、作家。代表作有《汤姆·索亚历险记》等。

我却觉得，哥伦布确实称得上是一位伟大的航海家，但竖鸡蛋算不上是一项成就。你知道哥伦布是如何竖起的鸡蛋吗？其实，很简单，他先是把鸡蛋一端的蛋壳敲破，然后把鸡蛋放到桌上，鸡蛋就竖起来了。我们可以看出，这个方法虽然竖起了鸡蛋，但鸡蛋已经不是原来的形状了。那么，如果不改变鸡蛋的形状，是否也能把它竖起来呢？作为航海家的哥伦布虽然很勇敢，但他并没有解决这个问题。

实际上，相比于发现美洲，竖鸡蛋要容易得多，可能比发现一个弹丸小岛都要容易。关于竖鸡蛋，可能有下面三种情况：

●一是把熟鸡蛋竖起来。

●二是把生鸡蛋竖起来。

●三是把生、熟两种鸡蛋都竖起来。

先说竖熟鸡蛋，这是最容易实现的。用两个手掌或者一只手的手指让鸡蛋转动，就像转陀螺一样，可以看到，鸡蛋在转动的过程中都是竖着的，在停下来之前，它一直保持直立的姿态。多试几次，会让鸡蛋转得更久，竖起的时间更长。

采用同样的方法是不能竖起生鸡蛋的。如果你试过就会发现，对于生鸡蛋来说，它很难转动起来。其实，这也正是生鸡蛋与熟鸡蛋的区别，可以作为鉴别方法。对于生鸡蛋而言，它里面的物质是液态的，在转动的时候不会像熟鸡蛋那样与蛋壳一起快速转动，相反，它还会阻碍转动这一行为。

那到底怎样才能把生鸡蛋竖起来呢？

方法是这样的：先把生鸡蛋用力摇晃几次，使蛋黄表面的薄膜裂开，让蛋黄从薄膜里流出来；让鸡蛋大头朝下，等一会儿，由于蛋黄比蛋清重一些，它会慢慢沉到鸡蛋的底部。于是，鸡蛋的重心就会变低，也就是说，这时的鸡蛋具有更强的稳定性。图1 软木塞与鸡蛋组成的“平衡系统”

另外，还有一种竖鸡蛋的方法。如图1所示，我们把鸡蛋放在瓶口上，而瓶口是塞住的，然后，在鸡蛋上放一个两侧都插着一把叉子的软木塞。如果用物理学家的话来说，这个“系统”非常稳定，哪怕你倾斜一下瓶子，它仍然会保持平衡。

那么，软木塞和鸡蛋为什么掉不下来呢？其实，道理也很简单，如图2所示，在铅笔上插一把小刀，再把它垂直竖在手指上，铅笔同样也不会掉下来。从科学的角度来说，它们之所以如此稳定，是由于整个系统的重心比支持点要低。换句话说，“系统”的总重量集中的那个点，低于系统中各部分所接触的那个点。图2 铅笔与小刀组成的平衡系统离心力

把打开的雨伞放在地上，使它的顶端向下，转动雨伞。这时，如果我们往旋转的伞里扔一个小球、纸团或者手帕，其他的东西也可以，只要这个东西重量很轻且不易摔碎就行。这时，我们会发现一个很有意思的现象，倒立的雨伞并不愿意接受这个“礼物”，被扔进去的东西会慢慢滑到伞的边缘，并且从伞边飞出去。

通过这个实验，我们可以看出，扔进去的东西是被一种力给抛出去的，而这个力就是“离心力”。准确地说，这应该称为“惯性”。任何物体在做圆周运动的时候，都会产生离心力。这其实就是惯性的一种表现形式：

运动着的物体会始终保持运动方向和运动速度的一致性。

其实，说到离心力，远不止刚才实验中提到的这一种。如图3所示，如果我们在一条绳子的一端系上一块石头，并且把石头甩起来，我们会感觉绳子绷得很紧，就像要断掉似的，这其实也是离心力的作用。图3 离心力的作用

古时候，战场上经常用到一种武器——投石器，其实就是利用了这一原理。同样的道理，如果磨盘转得非常快或者不牢固，就会被离心力弄碎。

借助离心力的作用，我们还可以变一个戏法：

在一个杯子里倒满水，让杯子快速地做圆周运动，只要速度足够快，倒立杯子，杯子里的水也不会倒出来。

还有更绝的。在马戏团里，自行车手会借助离心力完成令人头晕目眩的“超级筋斗”，如图4所示。图4 “超级筋斗”

为了把牛奶中的凝乳分离出来，人们发明了离析器，也是利用了离心力的原理。利用同样的原理，人们还发明了离心分离机，用来把蜂蜜从蜂房中抽出来，以及特制的离心脱水装置，用来甩干衣服，等等。

坐过有轨电车的人都有过这样的感觉，当行驶线路突然改变时，也就是转弯时，我们会明显地感受到离心力的存在，被挤向车厢靠外的一侧。如果不是外侧的车轨比内侧的车轨铺得稍高一些，那么当电车行驶的速度非常快时，电车就可能会在离心力的作用下翻倒。所以，车轨的正确铺设方法应该是在转弯的地方稍微向内倾斜。虽然听起来有些奇怪，倾斜的车厢竟比水平的还稳定？！事实上，也确实是这个道理。

我们可以通过一个小实验来弄明白其中的原理：

第1步：先来准备一个特殊的器皿——把一块硬纸板卷成宽口的喇叭形。当然，也可以用其他的东西代替。比如，侧壁呈圆锥形的小碗，圆锥形的玻璃罩或者铁皮罩，以及类似形状的灯罩都可以。

第2步：准备好这样的一个器皿以后，我们在里面放上硬币、小金属片。

第3步：给器皿里的小东西一个力，让它沿着器皿内壁做圆周运动。

我们就会看到，小东西会向内侧下方倾斜。当硬币速度慢下来以后，就会慢慢趋向器皿的中心。也就是说，硬币的运动轨迹会逐渐变小。这时，如果我们转动器皿，硬币就会重新转动起来，随着速度的加快，硬币就会离开器皿的中心，圆周运动的轨迹也会慢慢变大。当速度足够快的时候，硬币就会完全滑出器皿。

自行车比赛的场地一般都是环形的，在场地设置的时候也需要考虑离心力的作用，特别是在转弯的地方，赛道必须向内侧倾斜。而且，当自行车手在上面骑行的时候，自行车也倾斜得非常厉害，就像刚才实验中的硬币。我们会发现，这时的自行车不仅不会翻倒，而且看起来还特别稳定。明白了这一原理，我们对于马戏团的自行车手在剧烈倾斜的木板上绕骑，就不会感到不可思议了。因为我们已经知道了它的原理其实很简单。相反，对于自行车手来说，真正困难的是沿着平稳、水平的道路骑行。同样的道理，赛马场上急转弯的地方也会向赛道的内侧倾斜。

刚才提到的这些现象，都是我们经常见到的。其实，还有很多现象也存在着离心力。比如，我们居住的地球。我们都知道，它每天都在旋转，所以它也会受到离心力的作用。那么，这里的离心力表现在哪里呢？下面我们就来分析一下。

首先，在地球旋转的时候，地表上的物体会变轻。

其次，越接近赤道的物体，由于它在24小时内完成的圆周更大一些，也就是说，它们旋转的速度更快，所以损失的重量也就越多。

举个例子来说，如果我们把一个1千克的砝码从地球的两极拿到赤道重新称重，就会发现重量少了5克。当然，这个差别并不大。但是，如果物体非常重，它损失的重量就会更多一些。比如，一辆蒸汽机车从阿尔汉格尔斯克开到敖德萨，到达目的地的时候重量会减少60千克，这个重量相当于一个成年人的体重。而一艘重2万吨的战列舰从白海到达黑海，损失的重量能达到80吨。这个数字恰好是一辆蒸汽机车的重量！

这种现象是如何发生的呢？

当地球旋转的时候，表面的物体会受到离心力的作用，物体好像被抛出去一样，就像本节一开始的雨伞实验。只不过，由于受到地球引力的作用，这些物体并没有被扔出去。我们习惯上把地球引力叫作“重力”。虽然地球没有把物体抛出去，但是物体的重量确实减少了。也就是说，地球上的物体比它的实际重量轻一些。

物体旋转的速度越快，它减轻的重量就越明显。科学家们曾经做过计算，如果地球的转速达到现在的17倍，那么赤道上的物体就会变得没有重量了。如果转得再快一些，比如，每隔1小时地球就自转一周，那么不仅赤道上，赤道附近所有陆地和海洋上的物体都会完全失去重量。我们可能根本无法想象这一点，物体竟然会失去重量？！我们可以想象一下，这样的话我们就可以举起任何物体，哪怕是蒸汽机车、大石块、巨型炮，或者整艘军事战舰，更不用说汽车、武器了，举起它们就像举起一根羽毛一样轻松。如果我们把它们扔下来，也不用担心它们会摔坏，因为它们根本就没有重量，所以，它们也不会掉下来，在什么地方放下它们，它们就会飘在那里，是不是很神奇？而且，我们可以跳得非常高，甚至比世界上最高的建筑或者高山都要高。不过，有一点我们千万别忘记了，跳起来很容易，但想要落下来可就不容易了。因为我们也没有了重量，所以我们不会自己掉下来，只能飘在空中。

困扰还不仅如此。我们可以想象一下：所有的物体，不管是大的还是小的，如果它们杂乱地飘在空中，没有任何束缚，来一阵微风就会把它们吹到另一个地方。所以，这时的人类、动物、汽车、运货车，甚至轮船，它们就会在空中相互碰撞，自然也免不了在碰撞时发生损伤和损坏了。

刚才描述的现象就是地球转得太快所造成的后果！10种制作陀螺的方法

下图中，我们可以看到用10种方法做成的不同的陀螺。这些陀螺可以帮助我们进行很多有趣的实验。那么，如何制作这些陀螺呢？其实，方法很简单，我们完全可以自己动手来做一做。做这些陀螺既不需要别人帮忙，也不需要花钱。下面我们就来看看怎么做陀螺。

方法1：如图5所示，找一个有5个小眼的纽扣，我们可以非常容易地利用它来做一个陀螺。找一根火柴，按图示的方法把一头削尖，穿到纽扣中间的小眼上，这样就做好了一个陀螺。其实，这样做出来的陀螺两头都可以转，就像我们平常玩的那样，可以把陀螺的钝头朝下，用拇指和食指捏住转轴，然后把陀螺快速地甩到桌子上，陀螺就会自己转起来，而且还会有意思地摇来晃去。图5 纽扣陀螺

方法2：我们可以找一个软木塞。从它上面切下一个圆片，找一根火柴从中间穿入。这样，我们就做成了第二个陀螺，如图6所示。图6 软木塞陀螺图7 核桃陀螺

方法3：如图7所示，我们可以看到，这个陀螺很特别，它是一个核桃陀螺。从图中可以看出，它尖头朝下旋转。它是怎么制作的呢？其实方法很简单，只需要在核桃的钝头上插入一根火柴就可以了。我们捏住火柴就能把它转起来。

方法4：我们还可以找一个又平又大的软木塞，或者瓶子上的塑料盖。把铁丝烧红，在软木塞的中间位置烫一个洞，插上火柴就可以了。别看它很笨重，其实转起来特别稳。

方法5：下面，我们再来看一个特别的方法。找一个装面霜的小圆盒，同样地，在中间穿一根削尖的火柴。为了保证火柴粘在圆盒上不滑动，还需要在小洞里倒一点儿蜡油，如图8所示。图8 小圆盒陀螺

方法6：如图9所示，这是一个很有趣的陀螺。将一张硬纸剪成圆片，在四周边缘系上带吊钩的圆扣，这个有趣的陀螺就做好了。陀螺转动的时候，圆扣会沿着纸片的半径甩起来，系圆扣的线会被绷紧，这其实是离心力的作用。图9 吊钩圆扣陀螺

方法7：下面介绍的方法跟前面类似。如图10所示，找一个小圆珠，用大头钉把它插到从软木塞上切下的圆片周围。当陀螺转动时，小圆珠就会在离心力的作用下甩向远离陀螺半径的方向。要是光线好，我们还可以看到大头钉转动所形成的银白色光带，小圆珠还会在圆片周围形成一条彩色的花边。如果把陀螺放在光滑的盘子上转动，看到的景象更美妙。图10 大头钉圆珠陀螺

方法8：如图11所示，这是一个彩色陀螺。它制作起来比较麻烦，但却有着令人惊奇的效果。像方法6那样，剪一个圆片，在中间插一根削尖的火柴，再切下两片软木塞，分别放在圆片的上面和下面，把纸片压紧。图11 彩色陀螺

然后，在硬纸片上画几条半径线，就像分蛋糕那样，把圆片平均分为几个扇形。再把各个扇形涂上黄蓝相间的颜色。当陀螺旋转时，我们会看到，圆片的颜色既不是蓝色，也不是黄色，而是绿色。也就是说，黄色和蓝色在我们眼中变成了一种新颜色——绿色。

同样的方法，我们还可以进行其他颜色的实验。比如，在扇形上涂上天蓝色和橙黄色相间的颜色。当陀螺转动的时候，所呈现的就不是前面的黄色，而是白色，或者确切地说是浅灰色。如果我们用的颜色非常纯正，呈现的就是完全的白色。在物理学上，如果两种颜色混合变成白色，就称这两种颜色为互补色。所以，通过这个实验，我们知道：天蓝色和橙黄色是互补色。

如果我们可以找到足够的颜色，就可以重复300年前牛顿 做过的实验。他是这么做的：艾萨克·牛顿（1643—1727），英国著名物理学家，百科全书式的全才，著有《自然哲学的数学原理》。

把圆纸片等分成7个扇形。然后，在不同的扇形上分别涂上红、橙、黄、绿、青、蓝、紫7种颜色。当陀螺旋转时，所看到的颜色是灰白色。

这个实验说明，我们平常所见到的白色太阳光是由很多彩色光线汇聚成的。

另外，彩色陀螺还可以变化很多形式，比如，在它上面套一个纸环，当陀螺转动的时候，纸环的颜色会立刻发生变化，如图12所示。图12 纸环陀螺图13 铅笔陀螺

方法9：如图13所示，这是一个会画画的陀螺。它的制作方法很简单，跟上面的一样，只不过，转轴不是火柴，而是一支削尖的铅笔。把这个陀螺放在稍微倾斜的硬纸板上旋转。当它转动的时候，会慢慢沿纸板向下滑动。这时，铅笔就会画出一条螺旋形的线。我们可以很容易地数出螺纹的圈数。由于陀螺每转一圈，铅笔就会画出一圈螺纹，所以我们可以通过这种方法来计算陀螺每秒钟的转速。但是，如果仅用眼睛看，是不可能数清的。

下面，我们再来介绍另一种会画画的陀螺。找一块圆形的铅片，在中间穿一个小孔，然后在孔的两边各钻一个小孔。在中间的孔上插一根削尖的火柴，在旁边的其中一个小孔上穿一根细线或者头发。线或者头发尽量长一些。再在这条线上拴一根折断的火柴棍。另一个孔不用拴火柴棍。我们打这个孔只是为了使铅片两边保持平衡，否则，做成的陀螺无法平稳地转动。

这样，我们就做好了会画画的陀螺。但是，实验之前，我们还需要准备一个熏黑的盘子。这也很容易制作，只需要用燃烧的蜡烛在盘子的底部烧一会儿，就会在盘子的表面形成一层黑色的印迹。之后，就可以做这个实验了。把陀螺放到这个盘子上，转动陀螺，线头的末端就会在盘子上画出一些白色的花纹，如图14所示，看起来是不是很有意思？图14 会画画的陀螺

方法10：我们最后再来看一种陀螺——木马陀螺。如图15所示，它看起来好像很复杂，但其实并不难做。这里使用的圆片和转轴，跟前面的彩色陀螺是一样的。只不过，在圆片上，我们用大头针对称地插上了小旗，然后又贴上坐在马上的“骑士”。这样，我们就做成了一个迷你的旋转木马。我们可以拿它来逗小弟弟或者小妹妹们开心。图15 木马陀螺碰撞游戏

生活中经常见到两个东西相撞的现象，比如，两艘船、两辆有轨电车、两个槌球，不管是意外事故也好，游戏也罢，这一现象在物理学上都被称为“碰撞”。碰撞发生时只是一瞬间的事，但是对于碰撞本身来说，它是经常发生的，也体现了物体的弹性。

其实，就碰撞的一瞬间来说，其中的物理原理是非常复杂的。在物理学上，人们把弹性碰撞分成三个阶段。

第一阶段：碰撞的两个物体在接触的位置相互挤压。

第二阶段：两个物体挤压到最大限度。而挤压会产生弹力，为了平衡挤压的力，弹力又会阻碍挤压的发展。

第三阶段：弹力会试图恢复物体在第一阶段所改变的形状，也就是把物体向相反的方向推。

在碰撞的过程中，对于碰撞的物体来说，它们就像只被撞了一下一样。

实验一：我们可以做这样一个实验。

当一个槌球撞向另一个跟它同样重的静止的槌球，那么由于反作用力的作用，撞过来的球会停止在被撞的球的位置上，原先静止的球会以第一个球的速度前进。

实验二：我们还可以做另一个更有趣的实验。

将一个槌球推向一串排成直线并且紧挨着的槌球，会发生什么现象呢？在第一个球的撞击下，似乎整串球都应该被击跑，然而事实是所有的球都静止不动，只有离撞击球最远的那个球飞了出去。这是由于前面的球都把冲击力传给了下一个球，而最后的那个球已经没有球可以传递了。图16 碰撞实验

实验三：除了用槌球，我们还可以用其他的东西来做这个实验，比如，跳棋或者硬币。如图16所示，我们可以把跳棋摆成一排，长一些也没关系，只要它们互相紧挨着就行。固定住第一个棋子，当我们用木尺敲击它的侧面时，我们会看到最末端的棋子飞了出去，中间的棋子仍然待在原地。杯子里的鸡蛋

观看杂技表演的时候，我们经常看到演员把桌子上的台布抽出来，但是桌子上的东西——盘子、杯子或者瓶子——都留在了桌子上！其实，这没什么神奇的，当然这也不是什么骗术，只不过在进行这个表演的时候，表演者的手脚要非常灵活。

对我们来说，要练到这样的程度并不容易。不过，我们可以做一个类似的小实验。

找一个杯子，在里面倒半杯水，再找一张明信片，撕成两半。向长辈要一枚男式的戒指，以及一个煮熟的鸡蛋。如图17所示，把卡片盖在水杯上，然后把戒指放在卡片上，再把鸡蛋竖在戒指上。请问，你能把卡片抽出来，而让鸡蛋滚落到杯子里吗？图17 鸡蛋完好无损地落在杯子里

乍看起来，这似乎是一件非常难办到的事情。其实，我们只需要在卡片的边上用手指轻轻弹一下，就可以完成这个实验了。卡片会被弹出去飞到地上，而鸡蛋会和戒指一起，完好无损地落在下面的杯子中。由于杯子里有水，会减弱鸡蛋的冲击力，使蛋壳保持完整。如果我们可以很熟练地做这个实验，还可以把鸡蛋换成生的。

这个实验是不是很神奇？其实，当卡片被弹出去的时候，由于是一瞬间发生的，鸡蛋根本来不及从弹出去的卡片那里得到任何速度，所以卡片会在手指的弹力下飞出去。这时的鸡蛋由于没有纸片支撑，就会垂直落在杯子里。

一开始做这个实验的时候，你可能会失败，不过我们可以做一些简单的实验来练习。比如，把半张明信片放在手掌上，在上面放一些硬币。用手指把明信片弹出去，如果速度达到要求的话，纸片就会飞出去，而硬币则会落到手里。我们还可以用其他卡片来做这个实验，非常容易就可以成功。不可能发生的断裂

我们经常看到一些神奇的舞台魔术，其实它们的原理也很简单。如图18所示，这是一根长长的木棍，它的两端分别挂在一个纸环上。一个纸环搭在剃刀的刀刃上，另一个纸环搭在一只燃烧的烟斗上。魔术师拿起一根棍子，很用力地打在这根棍子上。结果你会发现挂着的这根木棍被打断了，但两个纸环却完好无损！其实，这个实验的原理很简单，跟前面的实验是一样的。由于撞击是一瞬间发生的，作用发生的时间非常短，木棍的两端和纸环都没有时间发生任何运动。真正发生运动的只有两根木棍相互撞击的那个点，所以木棍被打断了，而纸环没有任何变化。要成功表演这个魔术，需要击打的时候足够迅速和猛烈。如果缓慢而无力地击打，不仅不会打断木棍，反而会把纸环扯掉。图18 木棍与纸环，哪个会断裂

如果魔术师技艺足够高超，他甚至能做到在两个薄玻璃杯的杯口放一根木棍，击打木棍之后，玻璃杯完好无损，而木棍被打断了。

这里的意思不是说我们也要做类似的魔术表演，不过，我们可以做一些简单的实验。

如图19所示，在一张矮桌子的边缘放两支铅笔，铅笔的一部分要超出桌子的边，在超出的铅笔上放一根细长的木棍。用硬尺的边棱快速击打木棍的中间，木棍就会被折成两段，而铅笔仍会留在原来的位置。图19 木棍与铅笔实验

现在，我们明白了，用手掌压核桃很难压碎，但是如果用拳头使劲击打，却很容易就击碎。这是因为虽然手掌的力量很大，但力道过于均匀，但是用拳头的话，冲击力就不会分散，就像坚硬的物体一样，可以抵挡核桃的反冲击力，于是就把核桃击碎了。

同样的道理，子弹打到玻璃上的时候，只会在玻璃上留下一个小洞，但是如果我们用石头砸玻璃的话，玻璃就会整个碎掉。如果用手慢慢推，我们甚至可以把窗框和合页都推倒，而子弹或者石头却做不到这一点。

最后，我们再来看一个例子。当我们用树条抽树干的时候，如果速度很慢，哪怕很用力，树干也不可能断，顶多会倒向一边。但是，如果我们动作足够快，就可能把树干抽断。当然，如果树干非常粗大，也是不可能抽断的。道理跟前面是一样的，如果树条击打的速度足够快，冲击力根本来不及分散，只能集中在击打的位置，所以树干很容易被抽断。模拟潜水艇

一个有经验的家庭主妇，肯定知道新鲜鸡蛋会沉到水里去。很多主妇用这种方法来判断鸡蛋是否新鲜：

如果鸡蛋下沉，说明它是新鲜的；

如果鸡蛋浮在水面上，说明鸡蛋已经坏了。

在物理学上，如何解释这一现象呢？

这是因为，新鲜鸡蛋比同体积的纯净水要重一些。需要注意的是，我们这里说的水是纯净水，如果是盐水的话，水的重量就会比鸡蛋的重量大。

如果我们用一盆浓度足够高的盐水来做这个实验，那么根据阿基米德提出的浮力原理，只要鸡蛋的重量小于它排开的盐水的重量，即便是最新鲜的鸡蛋照样可以浮起来。阿基米德（公元前287—公元前212），古希腊哲学家、数学家、物理学家，享有“力学之父”的美称，提出浮力原理。浮力原理，也称阿基米德原理，指物体在液体中所获得的浮力等于它所排出液体的重量。

如果我们想让鸡蛋既沉不下去，也浮不起来，应该如何做呢？

这一现象在物理学上称为“悬浮”。其实，我们同样可以用一盆盐水来做这个实验，只需要把盐水的浓度调配好就行了。也就是使没入水中的鸡蛋所排开的盐水的重量正好与鸡蛋的重量相等。

在调配盐水的时候，我们可能需要多调几次。比如，如果鸡蛋浮起来了，我们就加点儿水；如果鸡蛋沉下去了，我们就在水里加点儿盐。耐心地多试几次，我们总能调配出需要的盐水。这时，无论我们把鸡蛋放在水里的任何地方，它都只是停在那里静止不动，既不会上浮，也不会下沉，如图20所示。图20 悬浮的鸡蛋

潜水艇就是利用这个原理制造出来的。它之所以能潜在水中而不下沉，就是因为它排开的海水重量等于自身的重量。当我们需要下沉潜艇的时候，只需要把海水从潜艇的下面灌进专门的水柜就可以了；当需要上浮的时候，再把水排出去。

飞艇之所以能飘浮在空中，也是利用了这个原理。就像鸡蛋在盐水中“悬浮”一样，飞艇所排开的空气的重量跟它自身的重量是相等的。水面浮针

你能把一枚缝衣针放在水面上吗，就像稻草浮在水上面一样？这似乎是不可能的事情。毕竟，就算缝衣针再小，也是一块实心的金属，它肯定会沉下去！

很多人都这么认为。如果你也这么想的话，下面的实验可能会改变你的想法。

第1步，找一根普通的缝衣针，不能太粗，在它上面抹一点儿黄油或者猪油。

第2步，把它小心地放到盛有水的碗或杯子的水面上。

你会惊讶地发现：缝衣针并没有沉下去，而是浮在了水面上。

缝衣针为什么不沉下去呢？钢肯定比水重啊！事实上，钢确实比水重多了，它的密度大概是水的7～8倍，它怎么可能像火柴那样浮在水面上呢？！在实验中，我们确实看到了这一事实！原因是什么呢？如果仔细观察针周围的水面，我们会看到：在针的周围，水面凹下去了一部分，形成了一个小的凹槽，针正好浮在凹槽的中间。

这是因为，涂了黄油的针并没有跟水接触。

你大概有过这样的经历，如果我们的手非常油腻，用水洗手的时候，手上并不会沾上水。水禽也是一样。在它们的羽毛上，都覆盖着一层油脂，这些物质是由特殊的腺体分泌的。所以，虽然水禽接触了水，但身上总是干的。如果我们不用肥皂，哪怕是热水，也根本洗不干净油腻的手，但是肥皂可以破坏油脂层，让油脂离开皮肤，这样就能把手洗干净了。在刚才的实验中，油腻的针没有被水弄湿，而是浮在凹槽的底部，就是因为产生的水膜会形成水面张力。正是由于水面张力的存在，才托住了缝衣针，使它不会沉到水中。

我们的手通常都会分泌油脂，因此就算没有特意给缝衣针涂黄油，如果我们多摩擦几下针，也会在针周围涂上一层薄薄的油层。所以，即便不涂黄油，我们也可以让针浮在水面上，只不过，放针的时候要非常小心。为了提高成功的概率，我们可以把针放在卷烟的碎纸上面，然后用一个东西把碎纸慢慢压到水里，碎纸会慢慢沉到下面，而针会浮在水面上。

有一种昆虫，叫作水黾虫，它可以在水面爬行，就跟很多动物在陆地上爬行一样，如图21所示。原因就是在它的足部有一层油，使它的身体不会被弄湿，而且还可以很自如地在水面上爬行。图21 可以在水面爬行的水黾虫潜水钟

这个实验也很容易。准备一个普通的脸盆，或者一只宽口深底的罐子，就可以做这个实验了。同时，我们还需要一个高筒的玻璃杯或者高脚杯。这里的杯子就作为实验中的潜水钟，脸盆或者罐子就是缩小版的大海或者湖泊。

如图22所示，这个实验做起来非常简单：把玻璃杯倒过来，扣在水底，用手压住杯子。这时，我们会发现，玻璃杯里几乎没有水进去。这是因为杯子里有空气，阻止了水进入。如果我们在潜水钟的底部放一个吸水的物体（如糖块），这个现象就会更加明显。找一个软木塞，从上面切一个圆片，放在水面上，在它上面放一块糖，然后在上面盖上玻璃杯。再把玻璃杯压到水底。我们会发现，糖块比水面低，但却是干的，因为水根本没有进入杯子里去。图22 自制潜水钟

我们还可以用玻璃漏斗来做这个实验。把漏斗倒过来，宽口朝下，用手指堵住上面的漏口，把漏斗扣到水里去，水也不会流到漏斗里，但是，如果我们把手指移开，由于空气流通了，盆里的水就会立刻灌到漏斗里去，直到漏斗内外的水面相平为止。

现在，我们明白了，空气并非是“不存在的”。它真实地存在于空间中，如果没有其他地方“藏身”，它就会待在自己的地盘上。通过这个实验，我们还可以得出：人们就是利用了这个原理，才能够运用潜水钟或者“水套”之类的宽口水管，在很深的水下工作。这时，水并不会流进潜水钟或“水套”里去。水为什么不会倒出来

下面，我们再来看一个简单的实验。以前，我曾做过很多次这个实验。

第1步：找一个玻璃杯，往里面倒满水。

第2步：找一张明信片或硬纸盖住杯口，用手指轻轻地压住纸片，慢慢把杯子倒过来。

这时，如果我们把压住纸片的手拿开，纸片仍然会盖在玻璃杯的口上，水也不会流下来。

我们甚至可以把玻璃杯从一个地方端到另一个地方，哪怕幅度大一些也没有关系，水并不会流出来。如果你把这样一杯水端给别人喝，他肯定会觉得非常惊奇。

为什么一张小小的纸片能够承受住水的重量而不让水流出来呢？

答案是：空气的压力。杯子里的水至少有200毫升，而空气从纸片下面给纸片的压力比这个大多了。

当我第一次看到这个表演的时候，表演的人告诉我，要想成功完成这个实验，必须保证杯子里的水是满的，也就是水必须装满到杯口。如果杯子里只有一点儿水，或者大半杯都不行，只要杯子里还有空气，就不能成功。这是因为，如果杯子里有空气，就会对纸片产生压力，使得纸片上下的压力相互抵消，这样的话，纸片就会掉下去。

当时我还不相信，并且用没有装满水的杯子进行了实验，想看看纸片是不是真的会掉下去，出乎意料的是，纸片竟然没有掉下去！后来，我又做了几次实验，纸片都没有掉下去，仍然盖在杯口上！

这个实验给我的印象非常深刻，通过这样的实验，我们可以研究自然中的一些现象。对于自然科学界来说，实验才是最好的裁判员。即便某些理论看起来没有什么纰漏，但也需要我们用实验来验证。

17世纪的时候，第一批来自佛罗伦萨学院的自然研究者就给自己定下了这一规则，并称之为“检验再检验”。当发现实验与理论不一致时，就看看理论到底错在哪里。

在刚才的实验中，从理论上来解释，好像没什么不对的。再来看一下这个实验，在倒立的没有装满水的杯子上盖一片纸片，纸片并没有掉下来，这时，如果我们掀起纸片的一个角，就会发现杯子里会出现一些气泡，这说明，杯子里的空气比外面的稀薄多了，否则，外面的空气就不会想往杯子里跑，也就不会产生气泡了。所以，虽然杯子里有一部分空气，但它比外面空气的密度小得多，所以产生的压力也比外面的小得多。这是因为，当我们翻转杯子的时候，里面的水会向下流动，挤出一部分空气，剩下的空气仍然占据原来的空间，所以变得稀薄了，压力也就变小了。

由此可见，如果我们态度认真，哪怕是最简单的物理实验，也可以引起我们的深入思考。伟人之所以伟大，就是善于从一些小事中学习。水中取物

现在，我们知道了，空气会对它所接触的所有物体产生巨大的压力。下面，我们再来做一个实验，继续感受一下空气压力的存在，也就是物理学上的“气压”。

找一只光滑的盘子，在里面放一枚硬币，往盘子里倒一些水，没过硬币。我们能否在不打湿手的情况下，把硬币拿出来呢？

你肯定会说：“怎么可能？! ”实际上，这是可以做到的。

如何做到呢？找一个玻璃杯，把一张点燃的纸放到杯子里，当纸冒烟的时候，把玻璃杯倒扣在盘子里。需要注意的是，要保证硬币在杯子的外面。这时会发生什么现象呢？我们可以看到，玻璃杯里的纸很快烧光了，盘子里的水慢慢地进入到了玻璃杯里，而且一滴不剩，只剩下了硬币！如图23所示。图23 从水中取硬币，不打湿手

这时，我们可以很容易地拿走硬币，手一点儿也不会被水打湿！

如何解释这一现象呢？其实，道理很简单。所有的物体受热后都会出现同样的情况，空气也不例外。当杯子里的空气被火加热后，会发生膨胀，而玻璃杯的容积是固定的，空气膨胀后就会有一部分被挤出玻璃杯，使得玻璃杯里的空气变得稀薄，剩下的空气冷却下来以后，所产生的压力就会比之前小一些。也就是说，对于玻璃杯来说，杯子内外的空气压力并不均衡，外面的比里面的大一些。于是，就把玻璃杯外面的水挤向杯子里面。也就是说，盘子里的水被空气挤压到了玻璃杯里。

知道了这个实验的原理，我们就可以很容易地理解了。其实，做这个实验，完全可以不用燃烧的纸条。如果我们在把玻璃杯倒扣到盘子上之前，用热水涮一下，实验也能成功。因为我们只需要使杯子内的空气变热就行了，至于如何使它变热，没有特殊要求。

我们还可以用下面的方法来做这个实验：

当我们用玻璃杯喝完茶后，趁杯子还热的时候，把它倒扣在盘子上。当然了，盘子里需要提前倒一些水。我们可以看到，当茶杯倒扣到盘子上，也许一两分钟之后，盘子里的水就会全部进到茶杯里面。降落伞

第1步：找一张卷烟用的锡纸，从上面剪一个直径10厘米的圆片，再在中间剪一个直径2厘米的小圆。

第2步：在大圆的边上打一些小洞，在每个小洞上穿一根线，线的长度要相等。

第3步：把这些线的另一端系在一个不太重的负荷物上。

这样，我们就做好了一个降落伞，在紧急关头，这样的降落伞可以救人性命呢！

下面，我们就来看看这个降落伞的性能。从窗户把这个降落伞扔下去，我们可以看到负荷物会把绳子绷紧，纸也被展开了，降落伞非常平稳地向下飞行，最后轻轻落在了地上。当然了，这是在没有风的情况下。如果有风，哪怕只是微风，降落伞也可能被吹到空中，落到很远的地方。

如果降落伞的“伞面”非常大，它所承受的负荷也会变得非常大。没有风时，它会慢慢降落，如果有风，它就会落到远处去。

那么，为什么降落伞可以飞起来呢？我想，作为读者的你已经猜到了，正是由于空气的存在，阻碍了降落伞的掉落。要是没有伞面的话，负荷物就会以非常快的速度掉到地上。也就是说，伞面加大了负荷物的受力表面积，但是又没有增加什么重量。而且，伞面的表面积越大，空气阻力就会表现得越明显。明白了这一点，我们就知道了灰尘之所以会在空气中飘浮，也是这个道理。有的人可能会说，这是由于灰尘比空气轻。其实，这是不正确的。

相反，灰尘比空气重多了。一般来说，灰尘是石头、黏土、金属、树木或者煤等物质的微粒。它们可能比空气重几百倍甚至几千倍。比如，石头是空气的1500倍，铁是空气的6000倍，而树木是空气的300倍……都比空气重多了。所以，这么重的灰尘怎么可能像木屑漂浮在水面上那样飘浮在空中呢？

从理论上来说，只要是比空气重的物体，不管是固体的还是液体的微粒，都应该在空气中“下沉”。那灰尘为什么会飘浮在空中呢？原理和刚才的降落伞一样。这是因为，虽然灰尘很重，但是相对于它的重量来说，灰尘的表面积大多了。我们可以拿一颗小霰弹和1000倍于它重量的子弹进行比较，子弹的表面积大概是小霰弹的100倍。也就是说，如果根据重量来计算，小霰弹每单位重量的表面积应该是子弹的10倍。我们可以想象一下，如果一颗霰弹的重量是子弹的100万分之一，大概相当于一颗微小的铅粒。根据重量来换算，铅粒的表面积大概是子弹的10,000倍。也就是说，空气对霰弹形成的阻力是子弹的10,000倍。所以，灰尘可以飘在空中，虽然它也会慢慢下落，但是，如果有一阵风，就可能把它吹向更高的空中。热气流与纸蛇

找一张明信片或者厚纸片，将它剪成一个小圆片。在圆片上画一条螺旋线，然后沿螺旋线把圆片剪开。剪出来的纸片像不像一条蛇（ 如图24所示）？图24 纸蛇

下面，我们把蛇的尾部用缝衣针的尖头插在一个软木塞上。这时，我们会看到蛇头向下垂落，就像一条螺旋楼梯一样。

这只是第1步。下面，我们来做一个实验。我们把纸蛇放在燃烧的炉灶旁，会发现纸蛇转了起来。而且，炉火越旺，蛇就转动得越快。其实，我们也可以把纸蛇放在其他温度高的物体，比如，灯、热水杯的旁边，纸蛇一样会转动。也就是说，只要靠近纸蛇的物体是热的，纸蛇就会转动。如果把纸蛇挂在煤油灯的上面，纸蛇会转得非常快，如图25所示。图25 纸蛇转动实验

那么，纸蛇为什么会转动呢？

答案就是：气流。

在任何热的物体旁边，都会有一股向上运动的热气流。

那它是如何形成的呢？

像其他的物体一样，在被加热后，空气的体积也会膨胀。也就是说，空气会变得稀薄，也就是变轻了。而其他地方的空气比较冷，也就是密度比较大、比较重，所以冷空气就会把热空气往上面挤，并占据热空气的位置。这时，冷空气会被加热，跟之前的热空气一样，它又会被别的冷空气挤到上面去。如果一个物体的温度比周围的空气高，在它上方就会形成一股向上的热气流，就好像从热物体那儿吹到上面一股热风。是这股热风吹动纸蛇的头部，使它不停地转动。

我们还可以用别的形状的纸片来做这个实验，比如，蝴蝶形状的纸片。这次我们用卷烟锡纸来做蝴蝶，用一条细线把蝴蝶系在电灯的上方，蝴蝶就会飞动起来，就像一只真蝴蝶一样。而且，蝴蝶还会在天花板上形成影子，影子动作的幅度会更大。对于不明就里的人来说，他可能以为房间里真的飞进来一只黑色的大蝴蝶呢！

我们还可以更进一步：

把针插到软木塞上，然后把尖头扎到锡纸蝴蝶上。需要注意的是，这时要保持蝴蝶的平衡，不要倾斜。如果把纸蝴蝶放到热物体上方，它会拍动翅膀。如果我们用手掌扇风，蝴蝶就会飞舞得更欢快。

在刚才的实验中，我们看到，空气会受热膨胀，从而形成向上的热气流，这一现象在我们的日常生活中非常普遍。

我们知道，在北方，到了冬天供暖以后，屋子里就产生大量的暖气，这时，最热的空气肯定会流动到天花板那儿，而相对冷一些的空气则聚在地面附近。所以，当房间不够热的时候，我们经常感觉好像有一股风从脚底往上吹一样。如果屋子里面很热而外面很冷，打开门的一刹那，冷空气就会迅速向上流动，热空气被挤到上面，这时，我们甚至能感觉到风的存在。如果我们想让屋子更暖和一些，就要注意，尽量不让冷空气从门缝里钻进来。如果没有冷空气钻进来，热空气就不会被挤压，就不会从门缝跑出去了，房间里自然就暖和了。

这样的例子还有很多，比如，煤炉或者工厂熔炉里的通风，都是一些向上的热气流。

在自然界中，还有很多这样的现象，比如，信风、季风、海陆风等，也是一样的道理，这里就不赘述了。如何得到一瓶冰

在冬天，你能给我弄到一瓶冰吗？这个问题看起来似乎不是什么难事，只需要把一瓶水放到室外，过一段时间，就可以得到一瓶冰。这也太简单了吧？

如果我们真的这么做，就会发现，我们得到的并不是一瓶冰，或者说，不是一瓶完整的冰。冰是有了，但瓶子却被结冻的冰撑破了。这是为什么呢？因为，水结冰后体积会变大，大概增加110。不管瓶子是否盖了盖子，都会被冰撑破。因为即使不盖盖子，当瓶颈处的水结冰后也会把瓶口堵住，瓶子一样会被冰撑破。

水结冰后体积增大所产生的作用力非常大，只要金属不是太厚，甚至可以让金属断开。有人做过实验，水结冰后可以撑破一个5厘米厚的铁瓶。在冬天，经常有水管冻裂的现象，就是这个道理。水结冰后体积会膨胀，这一原理也可以解释冰比水轻，所以会浮在水的上面，而不是落到水底下。因为如果水结冰后体积变小，冰就会沉下去，而不是浮在水面。这样的话，我们就无法享受冬天所带给我们的乐趣了。冰块断了吗

你可能听过，在压力的作用下，冰块会凝结在一起。那是不是说，在受到压力的时候，冰会冻得更结实？其实，结果正好相反，当压力大的时候，冰块会融化，只不过，由于温度低于0℃，融化的冰又会迅速地凝结。所以，如果用两块冰块来进行实验，我们会发现：在两块冰块接触的位置，由于受到较大的压力会融化成水，只不过这时的水低于0℃。这些水会迅速流到两块冰块接触部分的缝隙。因为这些缝隙没有受到压力，所以这些水会迅速结冰，把两块冰块牢牢连接在一起。

我们可以通过下面的实验来观察这一现象：

找一块长方形的冰块，把它的两头搭在两张圆凳、椅子或者别的边沿上。找一根长约80厘米的细铁丝，用它做一个圆环，套在冰块上。在铁环的下端系一个10千克左右的重物。在重力的作用下，铁丝会切到冰块里，并慢慢从冰块中切过去，最后掉到地上。但是，冰块并没有断成两截。或者说，冰块是完好无损的，就好像根本没有被铁丝穿过一样，如图26所示。图26 铁丝切过冰块

前面，我们介绍了冰块融合的原理，所以我们当然明白这个实验没什么神秘的。虽然冰块融化了，但是它与铁丝接触的部分会立即结成冰。我们可以这样说，当铁丝切下面的冰块时，上面的冰块被重新冻到了一起。

在大自然中，冰是唯一可以用来做这个实验的物质。也正是由于这个原因，人们可以在冰上滑冰，在雪地里滑雪。当滑冰者利用自身的体重压在冰刀上的时候，冰刀下的冰由于受到作用压力，就会融化。于是，冰刀就滑行了起来。当冰刀滑到下一个地方，冰还会融化，冰刀会继续滑下去。滑冰者所到之处，冰刀所接触的薄冰层就会融化成水。但是，一旦冰刀过去，刚刚融化的水又会结成冰。所以，虽然严寒的时候冰是干的，但在冰刀的作用下却融化成了水，并起到了润滑的作用，使冰刀向前滑行。听到的是哪个声音

从远处观察一个正在砍树的人，或者看一个木匠钉钉子，你会发现一件有趣的事：当斧头砍进树里或者锤子敲在钉子上的时候，你并不会听见敲击的声音，当斧头或者锤子拿起来之后，你才能听见敲击声。

其实，你可以近距离再观察一次，比如，往前走两步，离这个人近一些。多试几次之后，你会发现：当你站在某个恰当的地方时，斧头或锤子的敲击声正好与击打的那一瞬间是重合的。但是，如果你再离开这个恰当的地方，敲击声又和动作错开了。

为什么会发生这样的事情呢？

其实，这是因为声音和光的传播速度是不一样的，声音的传播速度比光慢多了，所以它从声源传到你的耳朵需要一定的时间，而光几乎一瞬间就能到达你的眼睛里。当敲击声还在向耳朵传播的时候，斧头或锤子举起来进行下一次击打的影像已经进入你的眼睛里。这时，眼睛看到的景象就会和耳朵听到的声音错开，你就会误以为声音不是在斧头击打的时候传出的，而是在它被举起的时候发出的。但是，如果你距离近一些，就能找到击打声和动作重合的那个点，这是由于声音传到耳朵的时候，斧子又被重新放下去了。这时，你可以同时看到和听到击打，但其实它们已经是先后两次击打：你所看到的是下一次击打，而听到的则是前一次击打所发出的声音，甚至是更往前的一次击打。

那么，声音在空气中的传播速度到底是多少呢？有人已经精确测量出了它的数值，就是千米/秒。也就是说，声音传播1000米的距离需要3秒的时间。所以，如果一个人每秒可以挥动两次斧头，那么只要你站在距他160米的地方，那敲击声就可以正好跟斧头撞击的时刻重合。刚才已经说过，光在空气中的传播速度要快得多，大概是声音的100万倍。甚至可以说，对于地球上的任何一段距离来说，光的传播都是瞬间的事情。

其实，声音不仅可以通过空气传播，还可以通过其他气体、液体或者固体传播。在水中，声音的传播速度大概是空气的4倍，所以我们一样可以在水里清楚地听到任何声音。即使在很深的潜水水箱里工作，人们一样可以十分清晰地听到岸上的声音。因此，渔夫们经常会说：“只要岸上稍微有一点儿动静，水里的鱼儿就会逃走。”

在坚硬的固体介质中，比如，生铁、树木，或者骨头，声音的传播速度比在空气中快得多。我们可以把耳朵贴在木条的一头，让朋友在另一头用木棍敲打，我们就可以听到通过木条传来的敲击声。如果周围环境非常安静，没有其他声音干扰，我们甚至可以听见木条另一端手表指针走动的声音。铁轨、铁管、土壤等也能够传播声音。如果从很远的地方跑来一匹马，我们把耳朵贴在地上，就能听到马蹄的声音。通过这种方法，我们甚至可以听到远处子弹射击的声音，这比通过空气听到的声音快多了！

越是坚硬的固体介质，传播声音越清晰。如果是柔软的布，或者潮湿、松软的物质，就会把声音“吞噬”掉。这就是厚重的窗帘可以隔音的原因。此外，地毯、柔软的家具、大衣等也都具有这样的作用。钟声入耳

在前面一节，我们提到，骨头可以清晰地传播声音。那么，我们不妨来验证一下，我们的头骨是不是也具有这样的性质呢？

用牙齿咬住闹钟上的把手，把两只耳朵用手堵住。这时，你就可以清楚地听到指针摆动的声音，甚至比直接在空气中听到的嘀嗒声更加清晰。这时，你所听到的声音就是通过头骨传到耳朵的。

还有一个有趣的实验，也可以证明头骨的这一性质：

找一条绳子，在它的中间系上一把勺子，然后把绳子的两端分别放在两个耳朵眼里。弯曲上身，使勺子可以前后自由摆动。移动身体，让勺子撞在某个固体上，你的耳朵里就会传来低沉的轰鸣声，就像在耳朵旁边敲了一下大钟一样。如果把勺子换成更重一些的物体，效果会更加明显。可怕的影子

一天晚上，哥哥对我说：“想不想看一个非常有趣的东西？”

我说：“想。”

哥哥说：“跟我来！”

我们推开隔壁房间的门，里面很黑，但我还是大胆地走了进去。这时，哥哥点燃了一支蜡烛。突然，我被吓了一跳。面前的墙上出现了一个可怕的怪物，而且正瞪着我。它的形状是扁平的，就像影子，眼睛就那么死死地瞪着我，可怕极了（如图27所示）。图27 可怕的影子

我当时真的被吓坏了。正当我准备逃跑时，却听到了哥哥的笑声。

我回头一看，终于看清楚了是怎么回事。原来，哥哥在墙上的镜子上贴了一张纸，纸上剪出了眼睛、鼻子、嘴巴等，当哥哥点燃蜡烛的时候，烛光通过这些洞反射出来，正好落在了我的影子上。

被哥哥戏弄了一番，我才知道，我是被自己的影子吓住了……后来，我也用这个方法戏弄过一些同学，不过我发现，要想真正达到非常好的效果，需要把镜子放在正确的位置，这其实并不容易。经过很多次练习之后，我才找到一点儿诀窍。光线通过镜子反射是有一定规律的：入射角=反射角

知道了这个规律后，很容易就能找到放镜子的位置。测量亮度

我们可以思考一下，在上面恶作剧中，如果把蜡烛放到原来距离的2倍处，它的亮度会减弱多少呢？倍？这个答案是错误的。那么，在原来距离的2倍处放2根蜡烛呢？亮度跟原来一样吗？也是不一样的！

要想跟原来一根蜡烛的亮度相同，需要在2倍远的地方放蜡烛：2×2=4（根）

如果是3倍远的地方，就需要放蜡烛：3×3=9（根）

以此类推，如果把蜡烛放在原来距离的2倍处，它的亮度会减弱到原来的，放在3倍处会减弱为，放在4倍处会减弱为，放在5倍处会减弱为，也就是……这是亮度与距离的关系。其实，响度与距离也满足这样的关系，也就是说，当声源为原来距离的6倍远时，亮度会减弱为原来的，而不是。

明白了这一原理后，我们就可以来比较下面的两盏灯，或者其他两种光源的亮度。你想知道你的台灯比蜡烛亮多少倍吗？换种方式问就是：需要点多少根蜡烛才能达到你的台灯的亮度呢？

把台灯和一根点燃的蜡烛同时放在桌子的一头，在桌子的另一头垂直放一张白纸，你可以找一本书夹住它。在纸片和两个光源之间的某个位置垂直放一根铅笔。这时，你会在白纸上看到两个阴影：一个是台灯照出来的，一个是蜡烛照出来的，如图28所示。你会看到，两个影子的深浅程度不同，这是因为光源不同——一个是明亮的台灯，一个是昏暗的蜡烛。图28 不同光源投射的影子

这时，我们把蜡烛往前慢慢移动，直到两个阴影的深浅程度相同为止。也就是说，这时的台灯和蜡烛的亮度是相同的。但是，台灯与纸片的距离要比蜡烛与纸片的距离远得多。我们可以测量一下它们的距离分别是多少，这样我们很容易就能算出它们的亮度差多少倍了。比如，台灯与纸片的距离是蜡烛与纸片距离的3倍，那么，台灯的亮度就是蜡烛的3×3倍，也就是9倍。这是为什么呢？在前面我们已经提到过亮度与距离的关系，因此我们很容易就可以得出这样的结论。

除了刚才的方法外，我们还可以利用纸上的油点来比较两个光源的亮度。把光源放在油点的正面，会看到油点是亮的，而如果从背面照，油点是暗的。利用这一点，我们可以把两个需要比较的光源放到油点的两侧，移动它们与油点的距离，使油点从正反两面看亮度都是一样的。然后，分别测量两个光源到油点的距离，根据前面提到的方法就可以比较二者的亮度了。

需要注意的是，要想同时观察油点两侧的亮度，最好把带油点的纸放到镜子的旁边，这样，我们就可以从一侧来观察油点的亮度，通过镜子看另一侧的情况。具体镜子要怎么放，我想就不用教了吧。脑袋朝下

在果戈理的小说《两个伊凡吵架故事》中，有这样一段描写：果戈理（1809—1853），俄国批判主义作家，代表作有《死魂灵》《钦差大臣》《两个伊凡吵架故事》。

伊凡·伊万诺维奇走进房间，里面一片漆黑，因为窗户都被护窗板挡住了。从护窗板上的小洞射进来的光线看起来炫目多彩。光线照到对面的墙上，映照出一幅五彩斑斓的图画，上面不仅有铺着芦苇的屋顶、树木，甚至还有晾在院子里的衣服，不过，这一切都倒立在墙上。

如果你有一间窗户朝阳的房间，我们就可以把它变成一个物理实验“仪器”，而且这个“仪器”还有一个古老的名字——“黑房间”。另外，做实验之前，我们需要找一块大的胶合板或者硬纸板，并用黑纸糊上，在胶合板或者硬纸板上挖一个小孔，然后，把它挡在窗户上，不让光线进来。

实验需要在晴天进行。把窗户和房门都关上，然后再用前面提到的胶合板或者硬纸板挡住窗户，一定要挡严了。在距离小孔不远的地方竖直放一张白纸，白纸最好大一些。这时，白纸就是你的“屏幕”了。我们可以看到，白纸上显现出了一幅图像，其实，这就窗外的景象缩小的样子。“屏幕”上不仅有房子、树木、动物，甚至还有行人，像电影一样，不过如图29所示，这一景象是颠倒的：房子的屋顶、人的脑袋都在下面……图29 颠倒的景象

这个实验说明：光是沿直线传播的。从物体上部分射出的光和物体下部分射出的光到达小孔处交叉，然后继续沿直线前进，上面的光向下前进，下面的光向上前进。我们可以想象，如果光线不是直线传播，那我们看到的景象就会扭曲，甚至什么也看不到了。

需要说明的是，不管小孔的形状如何，并不影响成像的结果，哪怕小孔是方形，或者三角形、六角形，甚至其他形状，我们所看到的景象都是一样的。晴天的时候，浓密的大树下的地面上会形成一个个椭圆形的光点，它们其实就是阳光穿过树叶间的空隙所形成的太阳的像。我们还发现，它们几乎都是圆形的，这是因为，太阳是圆的，这些圆形之所以被拉长，是因为太阳光是斜射下来的。如果把一张纸放在与太阳光线垂直的地方，我们就会看到，光点是一个正圆形。日食时，月亮把太阳挡住，只看到一个月牙形，这时树下太阳的像也会变成月牙形。

日常生活中使用的照相机也是一个“黑房间”，不过在照相机的里面，人们设置了一个机关，可以使成像的结果更清晰。在相机的后面有一块毛玻璃，它的作用就是成像，只是图像也是倒立的。在以前，人们照相的时候，摄影师会用黑布把照相机和自己蒙住，来查看照到的图像，就是为了防止受到光线的影响。

我们可以自己做一个这样的照相机。找一个长方形的箱子，在其中的一面打一个小孔，之后，把小孔对面的板拆掉，换成一张油纸，这张纸的作用跟前面提到的毛玻璃一样。然后，我们把箱子放到前面提到的“黑房间”里，让箱子的小孔和硬纸板上面的小孔重合。这时，我们就可以在油纸上看到窗外的场景，当然了，所成的像仍然是颠倒的。

其实，有了这个“相机”，我们不用前面提到的“黑房间”，一样可以看到所成的像。不过，在光线强烈的户外，我们需要找一块黑布，把我们自己的脑袋和“相机”蒙住，否则，由于光线太强，我们是无法看到油纸上所成的像的。

试读结束[说明：试读内容隐藏了图片]

下载完整电子书