物理的妙趣

內(nèi)容概要

作者善于用淺明的文字講述學(xué)生們喜愛的各種物理知識(shí)，語(yǔ)言生動(dòng)、思路清晰。這是本集知識(shí)性、趣味性于一體的青少年物理學(xué)課外讀物，也是通向奧賽殿堂的啟蒙之書。

作者簡(jiǎn)介

貝列里門是俄國(guó)著名的科學(xué)家、教育家。本書是他的第一部科普作品，原名《有趣的物理》。這本暢銷書出版之后，他又接連推出了《行星之旅》、《數(shù)學(xué)聯(lián)想》等科普?qǐng)D書。

書籍目錄

一、速度與運(yùn)動(dòng)
  追蹤時(shí)間
  千分之一秒
  時(shí)間放大鏡
  地球在什么時(shí)候公轉(zhuǎn)的速度較快
  車輪的謎
  車輪最慢的部分
  難題
  小船來自何方
二、重力、重量、杠桿、壓力
  站起來
  步行和跑步
  如何從疾駛的車中跳下來
  用雙手抓槍彈
  西瓜炸彈
  秤臺(tái)上
  物體放在哪里最重
  物體下墜時(shí)的重量
  乘炮彈能上月球嗎
  威爾諾筆卞的月球之旅
  不準(zhǔn)的秤能稱出正確的重量嗎
  肌肉的力量
  針為什么能刺?hào)|西
  睡在石床上的感覺
三、旋轉(zhuǎn)、永久運(yùn)動(dòng)
  熟蛋和生蛋的識(shí)別法
  旋轉(zhuǎn)的兒童游樂車
  墨水旋風(fēng)
  被騙的植物
  永久機(jī)器
  是奇跡？非奇跡？
  另一個(gè)永久機(jī)器
  彼得一世時(shí)代的永久機(jī)器
四、液體和氣體的特性
  兩個(gè)咖啡壺
  不懂U形管的古羅馬人
  液體的壓力
  哪個(gè)水桶較重
  液體的自然形狀
  散彈可以呈圓形
  “無底”的酒杯
  燈油的有趣特質(zhì)
  在水中仍不沉沒的硬幣
  篩子能運(yùn)水嗎
  工業(yè)用氣泡
  虛假的永久機(jī)器
  肥皂泡的科學(xué)
  什么東西最薄
  喝東西的原理
  改良的漏斗
  1噸木材和1噸鐵誰(shuí)重
  沒有重量的人
  “永久”計(jì)時(shí)器
五、熱量
  夏季或冬季的鐵軌
  冬天會(huì)縮短的電線
  艾菲爾鐵塔的高度
  為什么熱水會(huì)使玻璃杯破裂
  泡過熱水澡穿不進(jìn)長(zhǎng)統(tǒng)靴
  被揭穿的“奇跡”
  古代的自動(dòng)計(jì)時(shí)器
六、熱能
  香煙的實(shí)驗(yàn)
  不會(huì)在熱水中融化的冰塊
  放在冰上或放在冰下
  窗戶關(guān)得好好的
  奇妙的紙風(fēng)車
  外套能增溫嗎
  地底世界的四季變化
  紙鍋
  冰為什么容易滑
  冰柱是如何產(chǎn)生的
七、光
  被捕捉的影子
  雞蛋里的小雞
  惡作劇的照片
  日出的問題
八、光的反射與折射
  透視墻壁
  桌上的人頭
  是鏡前還是鏡后
  我們看得到鏡子嗎
  鏡子映出來的是誰(shuí)
  你能看著鏡子畫圖嗎
  光的路線
  烏鴉的飛行
  萬花筒
  萬花筒似的房間和海市蜃樓的宮殿
  光的折射
  什么路線比較快
  “魯賓遜第二”漂流記
  用冰塊點(diǎn)火
  借用陽(yáng)光
  各種海市蜃樓
  綠色的光線
九、單眼看與雙眼看
  用一只眼睛看照片
  看照片所應(yīng)保持的距離
  放大鏡的妙用
  照片的放大
  看電影時(shí)的理想座位
  看圖畫的理想距離
  何謂立體鏡
  雙視眼
  雙眼“立體視”
  簡(jiǎn)單的假鈔識(shí)別法
  拍遠(yuǎn)景的立體照片
  用立體鏡來看宇宙
  用三只眼睛來看東西會(huì)如何
  怎樣去感覺物體的光澤
  從疾駛的火車上看風(fēng)景時(shí)
  戴有色眼鏡來觀察
  書的高度
  鐘塔上的計(jì)時(shí)盤
  白色與黑色
  哪一個(gè)字看起來最黑
  凝視著人的肖像畫
  其他的錯(cuò)覺
  近視眼的人所看到的世界
十、音和聽覺
  尋求回聲
  用聲音來測(cè)定距離
  聲音的鏡子
  劇場(chǎng)的聲音
  海底的回聲
  為什么蜜蜂會(huì)發(fā)出嗡嗡聲
  聲音的錯(cuò)覺
  螽斯在何處嗚叫
  不可思議的聽覺
  奇妙的腹語(yǔ)術(shù)
十一、熱氣
  茶壺蓋上的小孔
  茶壺為什么會(huì)發(fā)出聲音
  用紙鍋煮東西
  用熨斗去除油污
  風(fēng)從哪里來
  用冰塊、熱水來加熱
  不會(huì)燃燒的紙張
  手拿熱雞蛋
  水和沸騰
十二、水
  潛水艇
  浮在水面的針
  水為什么不會(huì)流出來
  潛水鐘
  不沾濕手取水中硬幣
  磁針
  在水中打氣槍
  春天的漲潮
  軟木塞
  桶里的水
十三、空氣
  降落傘
  蛇和蝴蝶
  蠟燭火焰的傾斜
  如何吹熄蠟燭火焰
  把東西吹回來
  倒跳出來的瓶塞
  氣球何處去
十四、回轉(zhuǎn)
  離心力
  奇異的陀螺
十五、相對(duì)運(yùn)動(dòng)
  船上的球速
  在火車上跳躍
  水面的漣漪
  投瓶的方向
  小船的方向
十六、電氣
  帶電的梳子
  相互作用
  電荷的相斥作用
  電荷特性之一
十七、游戲?qū)嵗?br />  消失的線
  不可思議的結(jié)
  解繩子
  長(zhǎng)統(tǒng)靴
  軟木塞和紙環(huán)
  兩顆紐扣
  魔術(shù)紙夾
  心得
  令人害怕的影子
  放大鏡的妙用
  無底的杯子
  迷宮
  古帝王的陵寢
  用一筆把全部畫出來
十八、空氣的阻力
  槍彈與空氣
  超遠(yuǎn)程炮擊
  風(fēng)箏何以升空
  活生生的滑翔機(jī)
  在空中飛揚(yáng)的種子
  令人捏把冷汗的傘技
  來回飛鏢
十九、視覺
  錯(cuò)視
  光滲
  馬里奧特的實(shí)驗(yàn)
  亂視、殘像、疲勞
  繆勒的錯(cuò)視
  杰斯特爾的錯(cuò)視
  杰爾納的錯(cuò)視
  格林克的錯(cuò)視
  修萊德的段階
  翹曲畫
  管子的錯(cuò)視
  各種錯(cuò)視
  改變方向的針孔
  透過手掌看東西
  登高能望遠(yuǎn)嗎
二十、光與色
  水蒸氣的顏色
  紅色的信號(hào)燈
  透視彩色玻璃
  雪為什么是白色
  黑天鵝絨和白雪
  皮鞋擦過后的光澤
  暗室
  亮度的測(cè)定
二十一、利用報(bào)紙
  “用頭腦看”的意義
  指尖冒火、聽話的棒子、山中的電
  紙丑舞、蛇、豎立的頭發(fā)
  小雷聲、水流實(shí)驗(yàn)、使勁地一吹
二十二、實(shí)驗(yàn)的休息時(shí)間
  剪刀和紙片
二十三、冰
  瓶中的冰
  用冰塊點(diǎn)火
  鋸不斷的冰
二十四、重量和力
  吊在滑輪下的行李
  乘氣球
  在冰上爬行
  繩索會(huì)在哪里斷
  有缺口的紙片
  兩把鐵耙
  醬菜
  比哥倫布做得更好
  沖突
  奇特的破壞
  木棒如何停止
  針和鑿刀
二十五、聲音
  回響(回音)
  貝殼中的潮聲
  聲音的傳達(dá)
  鐘聲

章節(jié)摘錄

　　一速度與運(yùn)動(dòng)　　追蹤時(shí)間　　早上8點(diǎn)，自遠(yuǎn)東的海參崴起飛，能在同一天早上8點(diǎn)到達(dá)莫斯科嗎·　　也許有人會(huì)說：“別開玩笑！”其實(shí)，答案是肯定的。為什么呢·原因是海參崴和莫斯科有9小時(shí)的時(shí)差。換言之，只要飛機(jī)能用9小時(shí)自海參崴飛到莫斯科，就會(huì)發(fā)生這種趣事。海參崴和莫斯科兩城市的距離約為9000千米，用9000千米除以9等于1000千米得知時(shí)速為1000千米每小時(shí)，只需利用噴氣式飛機(jī)，便可獲得預(yù)期的目標(biāo)了?！　≡诒睒O圈內(nèi)，你甚至可用比上述更慢的速度來和太陽(yáng)(應(yīng)說是地球自轉(zhuǎn)的速度)競(jìng)爭(zhēng)。就拿位于北緯77度線的新地島(Nouaya Zemlya)為例，時(shí)速約450千米每小時(shí)的飛機(jī)，靠著地球的自轉(zhuǎn)，僅僅在地球表面作一點(diǎn)輕微的移動(dòng)，就可和太陽(yáng)在同一時(shí)間中飛行了。這時(shí)，機(jī)艙內(nèi)旅客眼中的太陽(yáng)，變成空中靜止的一點(diǎn)，一動(dòng)也不動(dòng)，而且始終不會(huì)沒入西方(當(dāng)然，飛機(jī)必須跟隨太陽(yáng)轉(zhuǎn)動(dòng)的方向飛行)?！　≡虑蛞怖@著地球公轉(zhuǎn)，如果想要“追逐月球”就更簡(jiǎn)單了。因?yàn)樵虑蚴且缘厍蜃赞D(zhuǎn)速度的1/29繞著地球的周圍運(yùn)動(dòng)(并非線速度的比較，而是角速度的比較)。所以無需跑到極地，只要到中緯度的地方，利用時(shí)速25～30千米的汽船，你便可追到月球了。　　美國(guó)作家馬克·吐溫在他的著作《歐洲見聞錄——莊稼漢外游記》中，曾就這一點(diǎn)作過約略的描述。他在從紐約至亞速爾群島的航程中，有如下的一段記載：“此刻正值炎夏，夜晚的天氣比白晝清涼……這時(shí)，我發(fā)現(xiàn)一個(gè)奇妙的現(xiàn)象，就是在每晚同一時(shí)間，同一地點(diǎn)，只要你仰望夜空，都可望見一輪滿月。這輪月亮為何如此怪異呢·起初，我左思右想都不得其解。最后，我終于思索出原因何在。因?yàn)榇诤Ｉ嫌晌飨驏|航行，平均每小時(shí)在經(jīng)線上前進(jìn)20分。換句話說，輪船和月亮正以相同的速度，朝著同一方向同時(shí)前進(jìn)。”　　一、速度與運(yùn)動(dòng)千分之一秒　　對(duì)人類來說，千分之一秒短暫得幾近于零，而在日常生活中，人們真正面對(duì)千分之一秒這么短的時(shí)間也是最近才出現(xiàn)的。古人多半利用太陽(yáng)的高度或影子的長(zhǎng)度來測(cè)定時(shí)間（圖1），他們絕對(duì)沒想到，今人竟能正確地測(cè)定出“分”。往昔，古人認(rèn)為“分的測(cè)定”根本毫無價(jià)值，他們認(rèn)為“分”是極小的時(shí)間單位，對(duì)他們悠閑的生活而言，根本無足輕重。當(dāng)時(shí)的計(jì)時(shí)器(日晷、水鐘、沙漏)（圖2），還沒有分的刻度。直到18世紀(jì)，鐘表的刻度盤上才出現(xiàn)了分鐘，至于秒針的出現(xiàn)，那已經(jīng)是19世紀(jì)以后的事了?！　D1太陽(yáng)的位置(左)和影子的長(zhǎng)度(右)是測(cè)定時(shí)間的兩種方法　　圖2古代的水鐘(左)和懷表(右)，兩者都沒有分針　　究竟在千分之一秒中能發(fā)生些什么事呢·你或許覺得千分之一秒太短，談不上發(fā)生什么事。其實(shí)，在短短的千分之一秒中，能發(fā)生的事太多了?；疖嚳汕斑M(jìn)3厘米，聲音可前進(jìn)34厘米，飛機(jī)則可前進(jìn)50厘米。此外，在千分之一秒中，地球在公轉(zhuǎn)軌道上可移動(dòng)30米，而光線則能前進(jìn)300千米?！　?duì)人類身旁的小動(dòng)物而言，千分之一秒并不算很短的時(shí)間。尤其是昆蟲，更能體會(huì)出千分之一秒，以蚊子為例，在一秒鐘內(nèi)，它的翅膀可上下擺動(dòng)500～600次，換言之，蚊子翅膀在上下之間擺動(dòng)就是以千分之一秒進(jìn)行的。　　但是，人類不比昆蟲，無法使身體的局部如此快速地運(yùn)動(dòng)。對(duì)人類來說，最快的運(yùn)動(dòng)就是眨眼睛，因此，人以“瞬間”或“一瞬”來形容時(shí)間的短暫。由于眨眼的動(dòng)作極快，所以在眨眼的瞬間，人類的視線不會(huì)受影響。眨眼雖被人類視為快速的運(yùn)動(dòng)，若以千分之一秒為單位來衡量，眨眼這運(yùn)動(dòng)就顯得十分遲緩了。經(jīng)由準(zhǔn)確的測(cè)定得知，眨一次眼睛平均約需2/5秒，也就是千分之四百秒；現(xiàn)在將眨眼的動(dòng)作，依進(jìn)行順序分解如下：首先，眼皮垂下(0?075～0?09秒)；接著，眼皮下垂終止(0?13～0?17秒)；最后，眼皮往上抬(約0?17秒)。由此可見，盡管只有“一瞬”，實(shí)際上，眼皮卻還有相當(dāng)充裕的休息時(shí)間。如果我們想對(duì)千分之一秒有明確的印象，不妨以眼皮下垂終止的時(shí)間為依據(jù)，就可明白眼皮上抬、下垂這兩種運(yùn)動(dòng)的速度，而準(zhǔn)確地把握住“瞬間”的意義?！　√热羧祟惖纳窠?jīng)構(gòu)造能達(dá)到千分之一秒的精確度，我們周圍的世界中，許多原本被忽略的情況，就會(huì)映入我們眼簾了。那時(shí)我們所能目睹的奇妙景象，英國(guó)作家H?G?威爾斯在他的短篇作品《最初的加速劑》中，有極端細(xì)膩的描述。小說中的主人翁喝下一種奇異的藥，這種藥能對(duì)神經(jīng)系統(tǒng)產(chǎn)生作用，促使感覺器官異常靈敏，能感覺到高速度運(yùn)動(dòng)中的種種現(xiàn)象?！　‖F(xiàn)在節(jié)錄小說中的一段如下：　　“你曾見過這樣的窗簾嗎·”　　我看著窗簾，發(fā)現(xiàn)窗簾像被凍結(jié)似的一動(dòng)也不動(dòng)，只有末端由于風(fēng)吹的關(guān)系，保持扭曲的狀態(tài)。　　“沒看過，我頭一回看到，真奇妙！”我回答?！　?ldquo;那么，這個(gè)呢·”吉貝恩先生說著，隨手拿起茶杯，然后把手放開?！　≡疽詾椴璞瓡?huì)掉到地上，支離破碎，沒想到茶杯卻絲毫不受影響。吉貝恩先生便問我，茶杯是否還浮在空中。　　“當(dāng)然，也許你知道，物體落向地面時(shí)，最初的一秒會(huì)落下5米?，F(xiàn)在，茶杯也是以每秒5米的速度往下掉，但你知道嗎·所需的時(shí)間還不到百分之一秒。因此，我所謂的‘加速劑’，究竟有何種效用，現(xiàn)在你該明白了吧！”　　吉貝恩先生慢慢伸出手，我看見茶杯緩緩落下，他用手指隨著茶杯移動(dòng)?！　∥以偻巴饪?，看見騎自行車的人，一動(dòng)都不動(dòng)，好像被凍結(jié)一般，就連揚(yáng)起的灰塵亦一動(dòng)也不動(dòng)地尾隨著自行車。同樣的，馬車也是呈靜止?fàn)顟B(tài)……我的注意力轉(zhuǎn)向有如磐石般靜止的馬車上，發(fā)現(xiàn)無論是車輪上端、馬蹄、馬鞭前端或騎馬者打哈欠的動(dòng)作，都十分緩慢。除了這難看的交通工具之外，一切景象都很安靜，甚至車?yán)锏某丝鸵残瓮裣?。　?hellip;…有一個(gè)男人逆風(fēng)而行，試圖折疊手中的報(bào)紙，可是，他的動(dòng)作看來相當(dāng)吃力，而且出奇地遲緩，周圍好像一點(diǎn)風(fēng)都沒有?！　‘?dāng)“加速劑”滲透到我體內(nèi)的時(shí)候，我所看見的事物，對(duì)其他人或整個(gè)宇宙而言，也只是在轉(zhuǎn)眼之間所發(fā)生的事而已。　　若就現(xiàn)代的科學(xué)方法，究竟能測(cè)定多短的時(shí)間呢·相信讀者都渴望知道。在20世紀(jì)初期，頂多只能測(cè)出一萬分之一秒；目前，物理學(xué)家們?cè)谘芯渴抑?，已能將時(shí)間分解至千億分之一秒。如果說得具體些的話，千億分之一秒的意思就是“若將1秒延長(zhǎng)為3000年，那么，千億分之一秒就是我們現(xiàn)在所認(rèn)識(shí)的一秒”?！　r(shí)間放大鏡　　威爾斯在寫《最初的加速劑》這本書時(shí)，相信他一定沒想到類似的狀況，已有好幾項(xiàng)能真正實(shí)現(xiàn)吧！不過，威爾斯能在那個(gè)時(shí)代，就用自己的觀察力憑空杜撰那些子虛烏有的事物，實(shí)在不是一件容易的事。下面我們就來介紹他所說的“時(shí)間放大鏡”?！　∷^的“時(shí)間放大鏡”是指一種特殊的攝影機(jī)，這種攝影機(jī)在拍攝時(shí)可把速度加快，每秒可比一般攝影機(jī)多拍出4倍的底片，因此，如果一般為24格的話，它可以96格的速度拍攝，當(dāng)放映出來時(shí)，畫面上的景物動(dòng)作，就會(huì)比一般速度慢上4倍?！　〈送馑€可利用同樣的原理拍攝出另一種鏡頭——Slow?motion video——這種鏡頭的畫面，也屬于慢動(dòng)作的一種，不過它是把每2～5格的畫面反復(fù)拍攝，讓畫面看來有一種固定效果，這和威爾斯所描述的景象，已有很多雷同了。　　地球在什么時(shí)候公轉(zhuǎn)的速度較快　　巴黎某報(bào)紙?jiān)禽d一則廣告，內(nèi)容是：“只要你寄出25生丁(Centime，法國(guó)及瑞士的錢幣單位，相當(dāng)于1%法郎)，你就可到星際去旅行。”　　有位老實(shí)人一看到這則廣告，立刻寄上25生丁，結(jié)果他收到這樣的一封回信：　　“請(qǐng)你靜靜地躺在床上，腦中想著地球自轉(zhuǎn)的情形，按巴黎的緯度(北緯49度)，你一晝夜可走2?5萬千米以上，好好地享受吧！如果你還想瀏覽風(fēng)景，那就拉開窗簾，你還可看到物換星移的美妙景象。”　　這位刊登廣告的人很顯然是個(gè)騙子，最后，他被控以欺詐罪，判處罰款了事。當(dāng)他被判刑的時(shí)候，他還以幽默的口吻引用伽利略的名言道：“可是，地球確實(shí)在轉(zhuǎn)動(dòng)?。?rdquo;　　從另一個(gè)角度來看，被告說得也挺有道理的啊！生活在地球上的人，不正是隨時(shí)都在作“星際旅行”嗎·　　地球一面繞著太陽(yáng)公轉(zhuǎn)，一面又以每秒30千米的速度在宇宙中自轉(zhuǎn)，這是眾所周知的事?！　D3在夜晚一側(cè)的人類繞行太陽(yáng)的速度，比在白晝一側(cè)的人快　　這里還有一個(gè)問題不知各位想過沒有，那就是地球到底是白天轉(zhuǎn)得快還是晚上轉(zhuǎn)得快呢·在太陽(yáng)系中，地球進(jìn)行兩種運(yùn)動(dòng)，一面繞太陽(yáng)公轉(zhuǎn)，一面以地軸為中心自轉(zhuǎn)。兩種運(yùn)動(dòng)一起作用的結(jié)果，會(huì)因我們身處于地球的光明面或黑暗面而有所不同?？磮D3可知，半夜的運(yùn)動(dòng)速度等于自轉(zhuǎn)速度加地球公轉(zhuǎn)速度。中午則恰巧相反，要從公轉(zhuǎn)速度中扣除自轉(zhuǎn)速度。也就是說，人類在太陽(yáng)系中運(yùn)動(dòng)的速度，半夜要比中午快?！　〕嗟郎系母鼽c(diǎn)，以每秒0?5千米的速度自轉(zhuǎn)，因此，赤道上中午和半夜的速度差為0?5×2＝1千米。凡是學(xué)過幾何學(xué)的人都知道，在北緯60度的圣彼得堡，晝夜的速度差為1千米的一半，也就是0?5千米，這種答案很容易計(jì)算出來。也就是說，住在圣彼得堡的人，在太陽(yáng)系運(yùn)動(dòng)的速度，半夜比中午每秒快0?5千米。　　車輪的謎　　在貨車的車輪(或自行車的輪胎)上貼色紙，然后轉(zhuǎn)動(dòng)車輪，你會(huì)發(fā)現(xiàn)一個(gè)奇妙的現(xiàn)象。色紙?jiān)谲囕喯路綍r(shí)，看起來相當(dāng)清楚醒目，當(dāng)色紙跑到車輪上方時(shí)，就顯得模糊不清了(如此說來，似乎車輪上方轉(zhuǎn)動(dòng)得比車輪下方快)。此外，比較行駛中車輛輪胎上下輻軸轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)的狀態(tài)，可感覺到相同的現(xiàn)象，上方的輻軸好像緊貼在一起似的，而下面的輻軸，則一支支都看得很清楚。這同樣給人上面轉(zhuǎn)得比下面快的感覺。　　圖4車輪在地面滾動(dòng)時(shí)，比較A點(diǎn)、B點(diǎn)與木棒的距離，則知車輪上方的旋轉(zhuǎn)比下方更快　　為什么會(huì)產(chǎn)生這種奇怪的現(xiàn)象呢·實(shí)際上，旋轉(zhuǎn)中的車輪，上方確實(shí)轉(zhuǎn)得比下方快。乍看之下，也許你會(huì)說：“不可能吧！”但只要仔細(xì)思索，便可明白這是事實(shí)。因?yàn)闈L動(dòng)中的車輪，接觸地面的各點(diǎn)，同時(shí)進(jìn)行著兩種運(yùn)動(dòng)，車輪上的各點(diǎn)，一方面隨著車輪運(yùn)動(dòng)而旋轉(zhuǎn)，另一方面，則隨著車輪向前行進(jìn)。與前述地球的運(yùn)動(dòng)相同，都是兩種運(yùn)動(dòng)的合成，結(jié)果造成車輪上下運(yùn)動(dòng)的情形不同。車輪上方，旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)和前進(jìn)運(yùn)動(dòng)的方向相同，所以可加上前進(jìn)運(yùn)動(dòng)。但車輪下方旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)和前進(jìn)運(yùn)動(dòng)的方向相反，所以必須扣除前進(jìn)運(yùn)動(dòng)。因此，當(dāng)一個(gè)人在靜止的狀態(tài)下觀察時(shí)，會(huì)發(fā)現(xiàn)車輪上方轉(zhuǎn)動(dòng)得比下方快。　　若想了解實(shí)際的狀況，只要做個(gè)簡(jiǎn)單的實(shí)驗(yàn)就可以了。在靜止貨車旁的地面上，豎立一支木棒，使木棒與車輪輪軸一致，然后在車輪周圍的最上和最下，以粉筆或奇異墨水筆做記號(hào)，記號(hào)必須與木棒重疊。最后，開始轉(zhuǎn)動(dòng)車輪，讓車輪向右方滾動(dòng)。當(dāng)車輪距離木棒20～30厘米之前，我們不妨審視記號(hào)移動(dòng)的情形。這時(shí)比較A、B點(diǎn)與木棒的距離，則發(fā)現(xiàn)A點(diǎn)與木棒的距離比B點(diǎn)與木棒的距離大（圖4）?！　≤囕喿盥牟糠帧　∮梢陨系膶?shí)驗(yàn)可知，轉(zhuǎn)動(dòng)中車輪上的每一點(diǎn)并非都以相同的速度運(yùn)動(dòng)?！　∪欢囕唲?dòng)作最慢的是哪一部分呢·只需稍加思索便知道，車輪與地面接觸的地方動(dòng)作最慢。嚴(yán)格說來，在車輪與地面接觸的一剎那的這個(gè)點(diǎn)，可以說是完全靜止的?！　〉侥壳盀橹苟际轻槍?duì)在地面滾動(dòng)的車輛進(jìn)行說明。倘若以飛輪為例，飛輪只有旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，車輪上下各點(diǎn)都以同樣的速度運(yùn)動(dòng)，就沒有所謂最慢的部分了?！　‰y題　　在此順便提出另一個(gè)程度相同且有趣的問題。從圣彼得堡開往莫斯科的火車，對(duì)鐵軌來說，是否也有由莫斯科開返圣彼得堡的動(dòng)點(diǎn)存在呢·　　圖5火車車輪向左滾動(dòng)時(shí)，凸緣部分就向右，也就是朝相反方向移動(dòng)　　從上述實(shí)驗(yàn)得知，每一個(gè)車輪都有這種點(diǎn)存在，但這種點(diǎn)究竟在哪一部分呢·　　眾所皆知，火車的車輪附有凸緣(flange)，當(dāng)火車前進(jìn)時(shí)，凸緣下方的點(diǎn)并非向前進(jìn)，而是向后方移動(dòng)（圖5）?！　≈灰鋈缦碌膶?shí)驗(yàn)便可明白原因何在。利用小圓板、硬幣或紐扣，將火柴棒用黏膠固定在上面。如圖6所示，讓火柴棒的一端固定于圓板的中心，另一端則露出圓板外?，F(xiàn)在，將圓板放置在定木上，圓板與定木接觸的一點(diǎn)作為C點(diǎn)。接著使圓板由右向左滾動(dòng)，你會(huì)發(fā)現(xiàn)火圖6圓板向左滾動(dòng)時(shí)，火柴棒露出圓板部分的F、E、D各點(diǎn)就朝反方向的右邊移動(dòng)　　柴棒露出部分的F、E、D各點(diǎn)并沒有前進(jìn)，反而后退。當(dāng)圓板滾動(dòng)時(shí)，火柴棒上距離圓板邊緣愈遠(yuǎn)的點(diǎn)后退的距離就愈大。例如：D點(diǎn)移動(dòng)到D′點(diǎn)。　　火車車輪凸緣部分的各點(diǎn)，也作與上述實(shí)驗(yàn)相同的運(yùn)動(dòng)，也就是和火柴棒露出部分的移動(dòng)方向相同?，F(xiàn)在，一旦有人問你：火車車輪上有沒有“只向后而不向前的東西”時(shí)，你就不致太驚異了。但是，這種運(yùn)動(dòng)僅僅在極短暫的時(shí)間里發(fā)生，無論如何，我們必須知道，前進(jìn)的火車上有逆方向的運(yùn)動(dòng)存在。這是事實(shí)，圖5與圖7都是有關(guān)這現(xiàn)象的最佳說明?！　D7左：車輪的各點(diǎn)所描繪的曲線(擺線、旋輪線)　　右：汽車車輪凸緣部分各點(diǎn)所描繪的曲線(余擺線、轉(zhuǎn)跡線)　　小船來自何方　　有一艘小船在湖面上劃行，圖8的箭頭a，表示小船行進(jìn)的速度與劃行方向。現(xiàn)在，有一艘游艇將穿過小船的劃行路線，箭頭b則表示游艇的方向與速度。如果有人問你：“游艇來自何方·”相信大多數(shù)的讀者都會(huì)回答：游艇來自對(duì)岸的M點(diǎn)。但是，坐在小船上的人，則會(huì)指另一個(gè)地方。為什么呢·　　一、速度與運(yùn)動(dòng)　　圖8游艇似乎對(duì)準(zhǔn)小船的航行路線，成直角的狀態(tài)橫越，而從M點(diǎn)駛近。箭頭a和b表示速度與行進(jìn)方向。小船上的人眼中，游艇的前進(jìn)方向又是怎么樣呢　　因?yàn)樽谛〈系娜?，并不覺得游艇對(duì)準(zhǔn)小船的航行路線成直角前進(jìn)。小船上的人自己與游艇是成直角移動(dòng)，他們會(huì)覺得自己的船并沒有動(dòng)，而周圍的一切景物，則以和小船相同的速度，向船上的人靠近。因此，游艇不僅朝箭頭b的方向，同時(shí)也朝著虛線箭頭a的方向移動(dòng)(圖9)，游艇的這兩種運(yùn)動(dòng)卻剛好和兩船的出發(fā)點(diǎn)構(gòu)成一個(gè)平行四邊形。可是，小船上的人眼中的游艇，卻好像沿著以a、b為兩邊的平行四邊形的對(duì)角線前進(jìn)。所以他們覺得游艇并非從對(duì)岸的M點(diǎn)出發(fā)，而是來自斜方向的N點(diǎn)(圖9)?！　D9在小船上的人就覺得，游艇并非與小船的航行路線成直角前進(jìn)，而是從N點(diǎn)做斜方向的前進(jìn)　　在公轉(zhuǎn)軌道上運(yùn)動(dòng)的地球人類，往往和小船上的人犯相同的錯(cuò)誤。小船上的人會(huì)看錯(cuò)游艇出發(fā)的地點(diǎn)，地球上的人類也是一樣，無法正確地判斷出星星的位置。換言之，一般人眼中星星的位置是在地球運(yùn)動(dòng)方向的稍前方。當(dāng)然，地球公轉(zhuǎn)的速度比光速小，只是光速的萬分之一罷了。因此，人類眼中星星位置的表面差異也僅有一丁點(diǎn)而已。這種微小的差異，可利用天體望遠(yuǎn)鏡來觀察。這種現(xiàn)象一般稱為光行差?！　√热糇x者對(duì)類似的問題有興趣，則在前述小船運(yùn)動(dòng)不變的條件下，請(qǐng)您來回答下列幾個(gè)問題！　　(1)以乘坐游艇的人來看，小船是朝哪個(gè)方向行駛·　　(2)以乘坐游艇的人來看，小船將向什么地點(diǎn)前進(jìn)·　　在回答問題時(shí)，必須以箭頭a為基礎(chǔ)(圖9)，畫出速度的平行四邊形。由平行四邊形的對(duì)角線就可知道，游艇上的人眼中的小船是以斜方向前進(jìn)，而將駛向?qū)Π?。二、重力、重量、杠桿、壓力　　站起來　　如果有人說：“無需捆綁，有一種坐法，能使人無法從椅子上站起來。”相信一定有人會(huì)反駁道：圖10這種坐姿能使你無法從椅子上站起來“別開玩笑了！”　　閑話少說，我們還是實(shí)際做做看。如圖10所示，找一張和膝蓋等高的椅子坐下來，上半身保持垂直，雙腳也垂直著地，保持靜止，坐好以后，站起來看看，怎么樣·站不起來吧！身體和腳都不能向前后移動(dòng)哦！無論你用多大的力量，都沒有辦法站起來。但是，只要你將雙腳縮入椅下或?qū)⑸习肷硐蚯皟A斜，就可輕易地從椅子上站起來了?！　≡谡f明理由之前，我先就物體的平衡問題，尤其是人身平衡作一番說明。舉凡直立的物體，只要從物體重心放下的垂直線通過物體的底部，這物體就不可能倒下去。反之，則會(huì)倒下。如圖11所示，這種傾斜的圓筒必定會(huì)倒下。但是，只要圓筒很粗大，從重心放下的垂直線能通過底面，就不致傾倒。像意大利著名的比薩斜塔（圖12），波隆那的斜塔，以及蘇俄亞陸塞路里斯克的“斜鐘樓”等，外表看起來都是傾斜的，但由于從重心放下的垂直線，并未跑出底部外側(cè)，所以不致倒下(地基深入地底也是它們不致倒下的原因)?！　D11這種圓筒必定會(huì)倒下去，因?yàn)閺膱A筒重心所放下的垂直線在圓筒底部外的關(guān)系圖12比薩斜塔?0二、重力、重量、杠桿、壓力站立者從重心放下的垂直線，如果通過雙腳底部所包圍的區(qū)域內(nèi)時(shí)，就不會(huì)傾倒(圖13)。因此，用單腳或腳跟站立，都會(huì)顯得十分困難。就是因?yàn)榈酌娣e太小，從重心放下的垂直線容易跑到底面積之外的緣故?！　∩狭四昙o(jì)的船夫，走路的方式和一般人不太相同，關(guān)于這一點(diǎn)，讀者們大概很清楚。船夫經(jīng)圖13一個(gè)人站立時(shí)，重心必定通過的范圍年累月在船上，由于船在水上晃動(dòng)，由身體重心所放下的垂直線，往往會(huì)跑到雙腳所包圍的區(qū)域之外，為了在搖擺不定的船上工作，船夫?qū)⑸眢w的底面積放大(也就是將兩腳張得較開)，久而久之，習(xí)慣成自然，即使在陸地上，船夫仍以擴(kuò)大底面積的方式走路。假使船夫在船上不張開雙腳使底面積擴(kuò)大，他就會(huì)因船的擺動(dòng)而摔倒。另一個(gè)例子與上述的例子恰巧相反，也可以保持身體的平衡，但體態(tài)、姿勢(shì)反而顯得更美妙。大家都知道，將物體頂在頭上的人，身體的各部位都會(huì)比較勻稱。世界雕像名作“頂水缸的少女”就是將水缸放在頭上搬運(yùn)，少女的頭部和身體保持一條直線，挺起胸部，伸直腰桿。如果她的上半身向前傾斜，重心必定隨之提高，所放下的垂直線，就會(huì)移到底面積之外，一旦身體的平衡崩潰，雕像不再平衡，就會(huì)倒下去了?！　‖F(xiàn)在來說明從椅子上站起來這個(gè)實(shí)驗(yàn)的問題。坐在椅上的人，重心是位于肚臍上約20厘米的脊椎附近，這時(shí)，從重心放下的垂直線，剛好通過腳跟的后面。如果要從椅子上站起來，則垂直線必須通過兩只腳板內(nèi)側(cè)才可以。　　換言之，除非身體向前傾斜或?qū)赡_向后縮，使重心向前移動(dòng)，放下的垂直線才會(huì)通過兩腳板的內(nèi)側(cè)。通常，我們要從椅子上站起來，往往會(huì)在不知不覺中前傾或縮腳才可能自由行動(dòng)。如果既不前傾也不縮腳，由剛才的實(shí)驗(yàn)可知，絕對(duì)不可能站得起來?！　〔叫泻团懿健　√热粲袀€(gè)動(dòng)作你每天得做好幾萬次，相信你一定不會(huì)對(duì)這個(gè)動(dòng)作不夠熟悉、不夠了解吧·其實(shí)這是很可能的事。就拿走路或跑步來說吧！這是每個(gè)人都很熟悉的動(dòng)作。但是，在步行和跑步時(shí)，我們身體的動(dòng)作如何·兩種運(yùn)動(dòng)的差異又在哪里·真正能清楚說明或了解的人就非常少了。在生理學(xué)上，對(duì)步行和跑步有什么樣的看法呢·以下的引文部分，出自波爾·貝揚(yáng)教授的著作《動(dòng)物學(xué)講義》，圖片部分則是本人另行添畫的?！　∫粋€(gè)人假定只用一只腳，例如用右腳站立，當(dāng)左腳稍微抬高的同時(shí)，上身便會(huì)向前傾斜。這時(shí)，步行者用腳踢著地面，地面除了承受步行者本身的體重外，還加上約20千克的壓力。因此，步行者對(duì)地面的壓力要比站立者大多了。采取這種姿勢(shì)時(shí)，重心的垂直線當(dāng)然會(huì)超過支撐身體的腳板之外，所以身體會(huì)向前倒下。但就在倒下的剎那間，在空中的左腳自然就會(huì)向前伸，而原先在前面地上的垂直線，就會(huì)因左腳的踏地，通過雙腳所包圍的區(qū)域內(nèi)。這樣一來，身體的平衡恢復(fù)正常，人也因此向前踏進(jìn)一步，然后再一步一步地走下去。　　一個(gè)人若以這種姿勢(shì)站立會(huì)相當(dāng)疲勞。但想要前進(jìn)，則必須使上身向前傾，而將重心的垂直線移到支撐區(qū)域外側(cè)，在即將倒下的剎那，立刻向前伸出右腳。我們的步行，其實(shí)就是這些動(dòng)作的循環(huán)。因此，步行就是在上身前傾的同時(shí)，將后腳伸出踏地而支撐身體等一連串動(dòng)作的循環(huán)罷了（圖14）?！　?hellip;…

編輯推薦

　　沿著科學(xué)家的思路和目光，步入自然科學(xué)的奇妙世界，用多輕松有趣的方式揭開科學(xué)的面紗，共同分享探索和發(fā)現(xiàn)的快樂！

圖書封面

圖書標(biāo)簽Tags

無

評(píng)論、評(píng)分、閱讀與下載

---

    物理的妙趣 PDF格式下載

---