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中华学生百科全书-第章

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用的表面张力形成一个向上的合力,使得管内液体上升,直到表面张力的向
上拉引作用和管内升高的液柱重量相等为止。同样的道理,对不浸润液体,
毛细管壁的表面张力的合力方向向下,使管内液体下降。
我们平常所见到的用毛巾擦汗、粉笔吸干纸上墨水等现象都可用毛细现
象来说明,毛巾、棉花、粉笔、土壤等物体,内部有许多小细孔,起着毛细
管作用。在酒精中,用棉线作灯芯,可以使酒精沿灯芯上升;而若用丝线来
作灯芯,可能点不着酒精灯。这是因为酒精不能浸润丝线,在丝线灯芯中酒
精是下降的。
毛细现象对植物生长也具有很重要的意义,它们所需要的养分和水分就
是由根、叶子和茎中的小管从土壤中吸上来,输送到绿叶里的。这就象不停
止的抽水机,不知疲倦地把水分、养分送到植物的每一个细胞。另外,土壤
中有很多毛细管,地下的水分沿着这些毛细管上升到地面蒸发掉。如果要保
存地下的水分来供植物吸收,就应当锄松表面的土壤,切断这些毛细管,减
少水分的蒸发。所以农民常在雨后给庄稼松土,来保持水分。
利用毛细现象,人们还生产出各种钢笔、签字笔和彩色水笔。当用它们
在纸上书写时,纸马上显现出字迹来,这是我们平日所见惯了的,但却很少
有人想到,为什么写字的时候,墨水会源源不断地出来,而不写字的时候,
它就不跑出来?现在我们已经知道,这是依靠钢笔身上一系列毛细槽和笔尖
上的细缝,把笔胆内的墨水输送到笔尖;而签字笔和彩色水笔的笔尖是与一
根细长的管子相连,管内壁有吸满了墨水的棉卷,有的彩色水笔笔尖也是用
含多个毛细孔的材料做的。写字时,笔尖一碰到纸,墨水就附着在纸上,并
在纸上面留下字迹。
当不写字的时候,墨水为什么不流出呢?我们仍可做另一实验来解释。
把一块硬纸板盖在盛上水的玻璃杯上(杯内不必装满水),按住纸板,迅速
将杯子倒过来,并把手从硬纸板上移开。此时,发生一奇怪现象:硬纸板停
在原处,水仍留在杯内不流出来。难道一杯水的重量推不动一张纸吗?不是
的。这是由于大气压强与水的表面张力共同作用的结果。当把玻璃杯倒置后,
水柱有些下降,这就减小了杯内的气压,水柱顶部与底部之间的压力差克服
了水柱本身的重量而使杯内的水流不出来;水与纸片和水与玻璃之间的表面
张力也使纸板保持在原来的位置上。不写字的时候,笔内的墨水不流出来的
道理也是一样的。
表面张力的用途远不止以上所谈到的这些,在生物学、医学及微循环系
统中,它也有着广泛的应用;玩具制造厂也常利用它生产出各种有趣的玩具。

伽利略的思考

著名的意大利物理学家、天文学家、数学家伽利略,从小就喜欢观察和
思考。在他 18 岁那年,有一次到教堂去做礼拜。他注意到屋顶上挂的那些摇
摆不定的吊灯的灯绳都一样长。他用自己的脉搏跳动的次数来测量吊灯的摆
动时间,发现尽管有的灯摆动幅度大,有的灯摆动幅度小,但是它们摆动一
次的时间都相等。这一发现引起伽利略的思考:是不是其他摆动也跟吊灯的
相似,摆动一次的时间跟幅度大小没关系?吊灯的轻重不影响摆动一次的时
间长短吗?……
回去以后,伽利略找了些长短不同的绳子和轻重不同的石头,他用绳子
系住石头做成摆,研究摆动的规律。他发现:摆动一次的时间,只由绳的长
短来决定,不但跟摆动幅度的大小没有关系,而且跟石头的轻重也没有关系;
只要摆绳的长度一定,摆动一次的时间就一定。
伽利略发现的摆动规律叫摆的等时性,被后来的科学家利用来制造带摆
的时钟。
想一想:伽利略是怎样发现摆的等时性的?你平时生活、学习、工作等
方面有什么规律性,你能发现和总结一下吗?

哈哈镜

当你走进哈哈镜陈列室,就会看到,人们都对着镜子,哈哈大笑。你如
果挤过去,站在镜子跟前,看到自己的模样是那样滑稽,你也会笑个不停。
你知道哈哈镜为什么能把人照成那副模样吗?你不妨先凑近光亮的纽
扣、电镀的小勺、灯泡、表壳、罐头盒等等。你的鼻子可能被照得很大,也
可能被照得很小,这就要看上述物体表面是凹的还是凸的了。哈哈镜的表面
是凹凸不平的,你现在该知道哈哈镜的奥秘了吧?
如果你在肥皂水中加些甘油或糖,吹起一个大的肥皂泡。调整你和肥皂
泡的距离,你会从前部的凸面上,看到自己正立的像,而在肥皂泡后部的凹
面上看到自己倒立的像。

七色光之外

人们通常所说的七色光,是指红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫。在七色光
之外,还有其他颜色吗?
人们对颜色的感觉包括两方面的内容:一是色相,即太阳光按波长不同
而呈现出七色光;二是饱和度,即我们平时所说的颜色的深浅程度。
人们对颜色感觉的了解,除了七色光之外,还包括许多深浅不同的颜色。
它是由纯色和白色混合而形成的。如深绿、中绿、浅绿、鹅黄、湖蓝、橄榄
绿、奶油色……
正是由于色相和饱和度的同时存在,才使世界变得五光十色,多姿多彩,
你说对吗?

可见光和可听声

一个健康的人从降生到人间以后就感觉到声和光,但是他并不能看到所
有波长的光,也不能听到所有频率的声。比如,蝙蝠能听到蚊子的叫声,人
却听不到;导弹能根据飞机尾部发热产生的红外光线而追踪目标,可是人却
看不见。那么可见光的范围多大呢?
可见光的波长在 4000 埃到 7600 埃之间,人最敏感的光线是波长为 5500
埃的黄绿光。波长小于 4000 埃的是紫外光,波长大于 7600 埃的是红外光。
可听声的频率范围是在 20 赫到 2 万赫,高于 2 万赫的声波称为超声波,
低于 20 赫的声波称为次声波。

“超声”和“超音”

“声”和“音”难分难解,如果仔细琢磨一下,它们是“发生”和“接
收”的关系:由一方发出了“声”,另一方感受到“音”的大小和高低。那
么“超声”和“超音”是不是一回事呢?
“超声”和“超音”是截然不同的两回事,原因是它们省略了两个关键
的字:“超声”应该说是“超声波”,而“超音”应该说是“超音速”。
超声波是指频率大于 2 万赫的声波,也就是超出人的耳朵所能感觉到的
声音范围。例如,这种超声波在空气中传播速度为 340 米/秒,那么 2 万赫的
超声波的波长可以求得:
340
λ =         = 1。7×102 = 1。7厘米
20×103
可见,超声波的波长比可听声的波长要短。它就具有较强的穿透力。在
日常生活中可以用来“超声清洗或消毒”,也可以用它的定向性制造“超声
雷达”。
但是,“超音速”是指一个物体的运动速度超过声音在空气中的传播速
度。在飞机设计中,飞机的速度就是用马赫数来表示的。马赫数 M=1 表示速
度等于音速,M>1 为超音速,M<1 为亚音速。当一个超音速飞机飞过上空时,
我们都有这样的经验:当听到飞机的声音传到耳朵时,抬头一看,飞机已经
飞向前方老远了,这就是声音的传播速度滞后于飞机的速度的缘故。

由《梁祝》想起的

你一定听过协奏曲《梁祝》,尖细的音调模仿出祝英台的唱腔;而深沉
的音调模仿出梁山伯的唱腔。
类似这样用乐器模仿人的演唱的例子很多。比如,唢呐也可以模仿河北
梆子的唱腔,还有一种特制的胡琴,可以模仿京剧演唱。
但是,你是否发现,不管演奏家的演技多么高超,总还是与真人唱得不
一样。这是为什么呢?
这是因为乐器只能在基频、节奏上与真人的演唱保持一致,却不能在整
个声波的波形上、在更丰富的音色上和演员的唱腔一致。所以无论如何只算
得上是一种“模仿”而已。

圣诞蛋

人们只听说过“圣诞树”,还没听说过“圣诞蛋”。事情是这样的:圣
诞节夜晚要开一个联欢会,老师要求每个同学准备一样东西来布置会场。同
学们议论纷纷,有的准备挂一条彩带,有的准备挂一帘壁毯,也有的准备放
一只圣诞老人的靴子。小栋和小茜在那里偷偷商量,准备来一个绝的。到了
圣诞节晚会,只见正中央的桌子上放着一只大的金鱼缸,从缸外往里看,只
见缸中水草飘逸,还有许多画着各种图案的彩蛋,在水中沉浮漂落。奇怪的
是那些彩蛋既不漂在水面,也不沉到水底,而是像鱼儿一样,悬在各个位置,
让人看了,真是赏心悦目。你知道小栋和小茜是怎样让彩蛋悬在水中的?
答:配制一定浓度的盐水,使其比重与彩蛋比重一样,这样彩蛋就悬在
水中了。

万有引力

不但地球对它周围的物体有吸引作用,而且任何两个物体之间都存在这
种吸引作用。物体之间的这种吸引作用普遍存在于宇宙万物之间,故称为万
有引力。
万有引力是由于物体具有质量而在物体之间产生的一种相互作用。它的
大小跟物体的质量以及两个物体之间的距离有关。物体的质量越大,它们之
间的万有引力就越大;物体之间的距离越大,它们之间的万有引力就越小。
通常两个物体之间的万有引力极其微小,难以察觉它,可以不予考虑。
比如,两个质量都是 60 千克的人,相距 0.5 米,他们之间的万有引力还不足
0.01 牛顿,而一个蚂蚁拖动细草梗的力竟是这个引力的 100 倍。
但是,在天体系统中,由于天体的质量很大,万有引力就起着决定性的
作用。太阳系中的 9 大行星绕太阳旋转而不离去,就是由于万有引力的作用。
银河系里的球状星团——由上百万个恒星聚在一起并呈球状的恒星集合体—
—聚集不散,也是由于万有引力作用的结果。
在天体中质量还算很小的地球,对其他物体的万有引力已经具有很大的
影响,它把人类、大气和所有地面上的物体都束缚在地球上,它还使月球和
人造地球卫星绕地球旋转而不离去。重力就是地面附近的物体受到地球的万
有引力而产生的。
大约 300 年前,牛顿综合了当时的天文学和力学成就的基础上,发现了
万有引力定律,揭示了自然界中一种基本的相互作用力。

月球上的奥运会

如果下一届奥运会在月球上举行的话,那么奥运会的大部分纪录都将刷
新,你知道为什么吗?
根据万有引力公式:可得到
g2   =  M2 r1
( )2
g1     M1 r2
其中,M2,r2和 g2分别表示月球的质量、半径和月球表面的重力加速度;
M1,r1;和 g1;分别表示地球的质量、半径和地球表面的重力加速度。
已知:地球质量是月球质量的 81 倍,地球半径是月球半径的 3.7 倍,所
以:
1
g2 =  M2 r1
M1 r2
( )2 g1 =  81(3。7)2  g1≈ 1g1
6
1
也就是说:月球表面的重力加速度相当于地球表面重力加速度的 。
6


由于人的能量和潜力是固有的,但是原来 180 公斤的杠铃,现在只相当
于 30 公斤重的杠铃,于是举重项目纪录要翻上几番;由于人本身的重量也减
轻了,
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