游戏中的科学- 第5部分

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。滴下的水浸入这些极小的毛细管中　—　就像自然界生长的植物吸收水分那样。由于横向的纸张纤维吸水性不太强，所以，椭圆形水迹就向我们显示了纸中纤维的走向。报纸上印有图片或大型字体的地方，水迹扩展很小。纤维的吸水功能所以减弱，是因为其中的大部分都被含有油性的油墨吸收。


分子力量115。撕报纸试验

　　　　　　　　
　　　　如果想把报纸撕成条，你就会遇到两种不同的结果：顺着印刷字行撕，撕后的边大体是平直的，而逆着印刷字行撕，边则是弯曲和锯齿状的。这是为什么呢？　　　　
　　　　和木材一样，顺着纤维切割，要比横着容易，纸张同样有纤维走向。生产纸张时，用木材制成的纸浆，要通过一个运动着的筛带。在这个过程中，纸浆中包含的纤维，是按照走向进入机器的。经过上浆、滚轧和干燥后的纸张，逆纤维走向较结实。这一事实，在纸张进一步加工时，即在印刷、装订和做手工时极其重要。


分子力量116。纸绳的拉力

　　　　　　　　
　　　　把一张纸巾卷起来并拧成一条结实的纸绳，用它来进行拔河游戏。两端有人使劲拉的时候，它能禁得住吗？　　　　
　　　　如果你是横着纸的纤维走向拧绳，那只要一拉就会扯断。但如果顺着纤维走向拧绳，那它就可以禁得起拉扯。在这种情况下，纤维聚合在一起，共同抵御拉扯的力量。但如果上面只要滴上一滴水，那么这个聚合力就会立即消失。


分子力量117。会爬的液体

　　　　　　　　
　　　　春天，剪下一根刚萌芽的桦树枝条。它的切口处会流出清亮的液体。如何解释这种所谓的“树血”呢？　　　　
　　　　春天，树根向萌芽输送有养料的水分特别多。这种输送是在树根的压力下进行的，同时也通过毛细现象：水分子和木分子相互吸引，因此树液上升至输导组织的管道形毛细管中。我们可以做一个试验：把一根长毛衣针插入塑料管中，然后将它弯成U形，并挂在装满水的玻璃杯上，这时，水就会顺着U形管上升，最后把杯中的水流干。


分子力量118。纸做的睡莲也会绽放

　　　　　　　　
　　　　将一张平滑的纸剪成一朵花，用彩笔涂上颜色，然后把花瓣向里折叠。把这朵纸睡莲放入水中，你就可以看到花瓣以慢镜头的速度向外开放的景观。　　　　
　　　　纸的主要材料是植物纤维，即极细的管道。通过分子间的相吸，水就会渗入这种所谓的毛细管中。纸开始膨胀，就像是凋谢植物的花朵放入水中那样，这朵纸做的睡莲的花瓣也会竖立起来。


分子力量119。神奇的气泡

　　　　　　　　
　　　　取一个底部是白色的啤酒垫盘，用针从下面中间扎三个小孔。把一只玻璃杯注满清水，直至边缘，把垫盘盖在上面　—　垫底朝上　—　，然后立即把玻璃杯倒转过来。你必须用手顶住垫盘，并用手指捂住上面的小孔。现在你就可以做汽水了：你把手从小孔处移开，杯中开始冒起气泡。　　　　
　　　　垫盘的纸板由植物纤维，即极细的管道组成，通过“毛细管现象”汲取水分。由于垫盘吸收了相当的水分，杯中出现了低压，于是外面的空气就通过小孔进入杯中，以取得气压的平衡。


分子力量120。让水倒流

　　　　　　　　
　　　　取两个或三个啤酒垫盘，摞在一起，中间刺穿一个相当于塑料吸管粗细的洞，将吸管插入，用胶水封闭缝隙。把吸管按图上的样子剪短。将两只玻璃杯　—　一只短粗的和一只细长的　—　分别注满三分之一的清水。把啤酒垫盘放在细长的杯子上，然后猛的把它倒转过来，头朝下扣在短粗杯子上面。这时你就会发现，下面杯子的水会倒流至上面的杯子中去，甚至持续一个小时之久。纸板制作的啤酒垫盘中的管道式纤维，将汲取上面杯子中的部分水分，从而产生了低压。外面的空气为平衡气压试图进入，压迫吸管中的水向上倒流。


分子力量121。被截断的水管

　　　　　　　　
　　　　圣诞节来了，一个父亲要树起一棵圣诞树。他必须把树干的底部削尖，才能插到底架上。尽管然后把下面的底盘里放满了水，圣诞树在节后还是很快就枯萎，掉光了针叶。这是为什么呢？　　　　
　　　　在削树干底部时，除了树皮，常常也把最外圈年轮削掉。但恰恰在这里存在着吸水细胞，即向上输送水分和养料的管形细胞。靠近树心的老年轮，由于细胞已经木质化，不再具备输送水分的功能。它们只起加固树干的作用。因此树干无法汲取水分和维持针叶的生长。


分子力量122。一片积水的力量

　　　　　　　　
　　　　把水倒在厨房的平滑的塑料作业台面上，这些水有多少会流到地下，取决于台面边缘的形状。如果是直角边缘，则只有倒水时溢出的那部分水流下台面（见图1）；而如果边缘是半圆的，则全部积水都会流下（见图2）。　　　　
　　　　流动的水，首先遵守重力法则。在有棱角的边缘，水的亲和力，即水分子间的吸力则在此处中断。而半圆形边缘却相反，它使水分子的亲和力保持了下来。它甚至比此时水分子对塑料台面的附着力更为强大。结果是所有的积水都将流光，台面很快就会干燥。


分子力量123。硬币陷阱

　　　　　　　　
　　　　把一根火柴从中间折弯，但不要折断。把这个角状的火柴平放在一只葡萄酒瓶口上，上面再放上一枚一分尼硬币。怎么才能让火柴离开瓶口，而让硬币掉进瓶中呢？但不许碰到火柴！　　　　
　　　　你只需要把一滴水滴在火柴的弯曲处，火柴就开始活动起来，过不了一会儿，硬币就会落入瓶中。木材的管状细胞，接受了水分，继续向里面输送。通过分子的吸力，出现了压力，使瓶口上火柴两端逐渐展开。


分子力量124。气象站

　　　　　　　　
　　　　用火漆或胶水把一只干燥的松球果固定在一块木版上。在中间的一个鳞片上插入一根大头针，外面再套上一根吸管。把木板放到外面可以挡雨的地方。吸管会随着气候的变化而移动。请标上刻度。　　　　
　　　　这个简易的湿度计，是大自然的作品。下雨前，松球果紧缩，以保护里面的种子。球果的表面则吸收水分，膨胀或者萎缩　—　这个过程，你也可以在一块薄板或者一块纸板上观察得到，如果它的一面变得潮湿的话。