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游戏中的科学-第5部分

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但小金属物件却漂浮在水上。    
    由于金属重于水,照理说金属物件也应下沉。但它们却被一层薄薄的水膜所承载,它的形成,是由于水面的水分子相互吸引的力量(即表面张力)大于水的重量。用一个小肥皂刷往水中一碰,表面张力被破坏,漂浮试验宣告结束。


流体试验91。被破坏的水膜

        
    用一截棉线系成一个环,放在一个注入自来水的容器中,让线环漂浮在水面上。拿一根火柴插入不规则的线环的中心,线环立即变成了圆形。火柴所以有这等的魔力,是因为它事先蘸了一点洗涤剂。洗涤剂进入水中,即刻向四周扩散,冲破了水分子在表面张力作用下形成的水膜。水膜突然破裂,陷入运动的水分子,从突破处向外冲去,把线环撑圆。


流体试验92。软木片爬水丘

        
    取一只小玻璃酒杯,注满水直至边缘,放在桌子上,并在水面靠近边缘处放一个圆形软木片。如何才能使软木圆片移动到水面中央,而不许去触动它呢?    
    用一只小试管把水慢慢滴入酒杯中,直到形成一个水丘。开始时,重力使软木片留在稍微隆起的水面边缘。你继续向杯中滴水,水的附着力,即水分子和软木片之间的吸引力越来越强烈,于是软木片逐渐被拖上水丘的顶部。


流体试验93。排水试验

        
    一枚原东德的十分尼铝制硬币,和西德的十分尼黄铜硬币大小一样,但前者的排水量却比后者大一倍。把硬币分别放在一把叉子上,小心放入灌满自来水的容器中。黄铜硬币沉入水底,而铝制硬币却几乎漂浮在水面上,尽管铝同样比水重。铝制硬币通过水的表面张力,像被一层精细的有弹性的薄膜托在水面上,防止了下沉。这枚硬币在这里排开了双倍的水量,它的水面上压出了一个水中凹槽。


流体试验94。松弛的附着力

        
    把一张较厚的明信片剪成 — 像图中显示的那样 — 一个带舌头的盖,把它放在装满水的玻璃杯的水面上。请你试一试,在舌头上放多少枚硬币,这个盖才会被掀开。    
    你可能没有想到,上面竟能放那么多的硬币,这表明水分子和明信片之间的吸力 — 即附着力是如何强大。但你如果在水中放入少许洗涤剂,纸盖就会立即掀开。水分子的力量被洗涤剂明显削弱;我们说,水“松弛”了。这也是洗涤剂可以洗去污渍的道理。


流体试验95。把水打个结

        
    取一只一公斤容量的罐头桶,在靠近底部并排钻五个2 mm 直径的小孔。把桶放置在水龙头下方,打开水龙头,让水从五个孔中流出。你用手指在五个孔上滑过,五股水流就会合并起来,就好像是扭在了一起。    
    水分子是相互吸引的,并因此在内部产生一种使液体表面缩小的趋势:表面张力。这也是水滴形成的力量。我们在这个试验中,可以清楚地看到这种力量:它使水流导向侧旁,然后统合起来。


流体试验96。分子的力量

        
    用一根细铁丝做成一个3 x 8 cm 的方框,然后把一根直铁丝搭在中央。把这个铁丝框放进有少许洗涤剂的盘子里,让铁丝框挂上一层肥皂膜。用小棍儿捅破一个地方,中间的小铁棍立即就会滚到铁丝框的另一边去。    
    液体分子之间的吸力很强,肥皂膜几乎像是一面用气球绷成的平面。如果在一边把这个聚合状态戳破,另一边的吸力就获得了优势,把剩余的液体拉过去,甚至包括那根小铁棍儿。


流体试验97。飘在空中的水

        
    把一只玻璃杯灌满水,用一个平的塑料盖盖在上面。按紧盖,把杯子一下倒转过来。把手拿开,塑料盖却贴在杯子上,挡住了杯中的水流出。    
    在一只10 cm高的杯子里,水对塑料盖的每平方厘米的重量为10克(因为一立方厘米的水重一克)。而盖外面的空气对每平方厘米的压力却达1000克。它比水的重量大许多倍,因而死死顶住了塑料盖,既不让空气进入,也不让水溢出。


流体试验98。葡萄粒之舞

        
    在一只高水杯中注满带气的矿泉水,里面放入一枚或数枚葡萄粒。葡萄先是沉到水底,但立即就会上下跳起舞来,并自动旋转不停。    
    矿泉水中的气体在杯中被释放出来,那是二氧化碳。它在葡萄上集聚很多小气泡,直到足以使其向上浮动。在水面上气泡破裂,所以葡萄又开始下沉,然后这一过程再从头开始。


流体试验99。弹性的肥皂泡壁

        
    用洗涤剂和水制成肥皂泡沫,再用小塑料盖和吸管做一只小烟斗。吹出一个肥皂泡,不要让它飞掉,而是用手指按住吸管吹口,让它留在烟斗上。让吹口接近一只燃烧的蜡烛,然后把手指拿开。火苗就会开始向一边倾斜,肥皂泡逐渐变小,最后消失。    
    尽管肥皂泡壁很薄,只有千分之一毫米,但它却有足够的力量把空气拢在里面。你打开了吸管的吹口,水分子鉴于表面张力的作用,聚成了水滴,把空气排了出去。


流体试验100。用肥皂当动力

        
    把火柴的尾部劈开,在缝隙里放入少许软肥皂。把火柴放入装有自来水的盘子里,它就会迅速向前游去。在浴缸里,你甚至可以用多枚这样的火柴举行游泳比赛。    
    逐渐化开的肥皂不断破坏水的表面张力。于是产生了水分子朝后方的运动,这就成了火柴朝前走的反作用力。如果不用肥皂,而用洗涤剂,那么火柴的运动会更加快捷。


流体试验101。不透水的孔洞

        
    在一个果汁瓶盖上用一根3 mm 直径的钉子,打30个 孔。瓶中灌满水后,把盖拧紧,用手捂住瓶盖。然后把瓶子倒过来,当你把手拿开的时候,瓶中的水却不流出来(最多有几滴)。每个孔都通过水分子的相互吸力在表面上结成了水膜,把孔覆盖。只有当空气进入瓶中时,水才能同时流出。


流体试验102。阿基米德原理

        
    把一个容器装满水,并称出其重量。然后在水面上放一个木块。这样,就有一部分水从边缘外溢出来。请再称一次带水的容器,看其重量是否发生了变化。    
    重量没有变。从容器边缘外溢的水和那个木块重量完全一样。著名的数学家阿基米德在公元前250年发现,流体对物体的浮力,和它排开的同体积的流体重量是一样的。它只下沉到它的重量被浮力平衡的深度。


流体试验103。平衡的问题

        
    取一把木尺作为天平放在一支有棱的铅笔上,并用两只装着水的玻璃杯放在两端,使其基本保持平衡。如果你把手指伸入其中一个杯子的水中,并不接触玻璃杯,它们还会保持平衡吗?    
    手插在水中的那只杯将向下沉。因为它的重量有所增加,增加的分量,就是手指排出的水的分量。


流体试验104。钓鱼时遇到的问题

        
    一个男孩在鱼钩上挂着一只鞋。只要鞋在水中,鱼杆就是相当平直的。但是,当鱼杆往上拉的时候,它却向下弯得很厉害。如何解释这种现象呢?    
    这同样符合阿基米德原理。浮在流体中的物体,将失去部分重量,恰恰与它所排开的同体积的水的重量相同。这种所谓的重量损失,被称为浮力。    
    在这个实验中,进入水中的鞋所得到的浮力,恰恰使它的重量略重于水。把鱼杆拉起后,鞋恢复了原有的重量,另外还要加上鞋上带走的水的分量。


流体试验105。你的拳头有多大?

        
    把一只装水的容器放在称上,并记下它的重量。把你的拳头放入水中,但不能接触容器,也不能让其中的水外溢。从重量的变化,你可以测出你的拳头的体积。    
    称上显示的重量的增加,恰恰是拳头排开的水的重量。由于一升水在4摄氏度时恰恰重1000克,即1克等于1立方厘米水。如果拳头进入水后,重量增加了300克,那就意味着你的拳头恰有300立方厘米那样大。


流体试验106。物体在水中的重量减轻了

        
    把一块石头用铅笔和线绳固定在称信件的天平上(见图),记下它的重量。如果你把石头悬在一个有水的容器中,它的重量会发生变化吗?    
    游泳时,在水中搬起一块较大的石头,你就会奇怪,这块石头为什么这么轻。但当你把它拿出水面时,你就会发现它的真正的分量。事实是,一个潜入流体(或气体)中的物体,重量看来确实有所减轻,而且减少的程度恰恰等于它所排开的流体体积(或气体体积)的分量。这种所谓的重量损失称为浮力。


流体试验107。神秘的水平面

        
    用水注满一只大玻璃杯,并让一只空火柴盒浮在上面。用一块胶条粘在一枚五个马克硬币上(为便于操作),放入水中。在玻璃杯上标出水平面的高度。如果把硬币拿出来放进火柴盒里,杯中的水平面会上升还是会下降?    
    下潜的硬币,由于本身体积小,所以排水量不大,而载着硬币的火柴盒却相反,排除的水量几乎等于刚才的十倍,因为硬币的重量大于水十倍。火柴盒潜入水中的深度,相当于它的全部分量所排除的水的重量。所以,水平面将上升。


流体试验108。水中的鸡蛋

        
    把三只大口玻璃杯注满水,各放入一只鸡蛋。令人不解的是,各个鸡蛋却浮在不同的高度上。这如何解释呢?    
    第一只杯中,用的是自来水,鸡蛋很正常地沉到杯底。第二只杯子里,放了两汤勺食盐,变成了盐水,鸡蛋浮在水面上。第三只杯子下半层是盐水,上半层是正常的自来水,是你用汤勺轻轻放进去的。所以鸡蛋浮在中间。它虽然会在自来水中下沉,但却浮在盐水上面。


流体试验109。做一艘微型潜水艇

        
    用厚橘皮做一只3 cm 长的小型潜水艇,上面安装一个小塔楼,再用防水的油彩画成船形。把一只大玻璃瓶中注满水,直至瓶口,把小船放进去,用橡皮盖把它封闭。只要按一下橡皮盖,潜水艇就会下潜。手指用力的大小,决定潜水艇是否下沉或浮在水中。    
    透气的橘皮释放出微小的气泡,决定潜艇的沉浮。手指在橡皮盖上的压力,使得小气泡压缩,因而给潜艇以动力潜入水底。船所以能够平稳漂浮,是因为橘皮的橙色的外表,重于里面的白色部分。    
    瓶中再扔进几个火柴头当作蛙人。他们会和潜水艇同时上下运动。


流体试验110。活泼的潜水球

        
    用巧克力糖的锡箔包装纸,捻成彩色的小球,按压结实。放入装满水的牛奶瓶中,瓶口安一个有吸力的小挂钩(厨房里一般都有)。用不同力量按压挂钩的橡皮部分,里面的小球就会活泼地上升、下降或者浮在中间。    
    锡箔重于水。小锡箔球所以能够在水中漂浮,是因为小球中还存有空气。手指的压力,被水传播,压缩了球中的空气,它们的浮力减少,所以下沉。


流体试验111。风向决定水温的变化

        
    岸边的水温一夜之间就会发生变化。这不仅取决于白天的气温,而且还取决于风向。风从水中朝陆地方向吹,还是从陆地朝水的方向吹,水温才会升高呢?    
    水在4摄氏度时密度最大。水温越高,水的膨胀越大,因而也就越轻。所以,被阳光照热的水停留在岸边的水面上层。如果风来自水域,温暖的水层就会聚集在平坦的岸边。但如果风来自陆地,情况就不同了,它就会把温暖的水层吹走,冷水就会从深处涌上来。


流体试验112。来自下面的压力

        
    冷却鸡蛋时,让自来水流入煮蛋的锅里,并让水流在蛋和锅壁之间。把锅向前倾斜,蛋本来应该滚到锅朝下的一边。但实际上,蛋却留在上面的水流旁不动,旋转着贴在水流上。    
    流体(或气体)的压力,随着流速加快会减弱。蛋和锅壁间的水流,也是如此。周围带有正常压力的水把蛋推了上去。


流体试验113。和水做游戏

        
    把一只小酒杯放入一个大口的玻璃罐中,并注满清水。现在我们做个游戏:试试把硬币扔进小酒杯中。你可以和几个朋友共同做这个试验。不管你如何对准小酒杯扔下硬币,硬币总是落在酒杯的外边。    
    真正让硬币在水中笔直下落,是很难成功的。下落的硬币只要梢有倾斜,下落时向下倾斜的一面,就会遇到很大的水的阻力。由于硬币的重心正好在它的中央,所以它在下落时就会轻微旋转,而向它冲击的水分子,就会使它走上一条弧形的路线。


分子力量114。水迹的延伸

        
    水滴在报纸上。开始时留下的圆形湿迹,会逐渐变成为椭圆形。    
    这是主要造纸原料植物纤维的走向所决定的。滴下的水浸
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