趣味物理学-第13部分

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跟地面上树干的情形相反，根据上面所说的，我们也就不应该有什么奇
怪。

纸制的锅子

请看图77：鸡蛋放在纸锅里煮着！“纸要立刻烧起来，水就会把火
浇熄的，”你一定会这样说。但是，请你先拿厚纸和铁丝做一个纸锅来实
验一下。你就会相信，你的纸锅一点也不会给火烧坏。原因是，水在开口
的（不是密闭的）容器里面，只能煮到沸腾的温度，就是摄氏100　度；锅
里煮着的热容量相当大的水，吸收了纸的多余的热量，不让纸热到比100
度高多少，就是不使它达到能够燃着的温度（更切实些的实验，是用小纸
盒来做的，纸盒形状象图78　所示）。因此，虽然火焰不断舐着纸锅，纸
并不会起火燃烧。

不小心的人会把空壶放到炉子上，因此使壶底的焊锡熔化了，这个叫
人懊丧的经验也属于同一类的现象。这原因很明显，焊锡比较容易熔解，
只有水贴近它的时候才会使它不受到过高的温度。同样，有焊接部分的锅
子也不可以不放水就直接放在火上。在马克沁式的机关枪上，正是利用水
防止了枪筒的熔化。

你还可以做这样的一个实验，把一块锡块放在卡片纸做的纸盒里来熔
化，只要使火焰恰好舐着锡块和纸盒接触的地方，那么，由于锡块是一个
比较好的导热体，就会很快地从纸上把热量吸过去，不让纸的温度升到比
锡的熔点就是摄氏335　度高得太多。这样的温度还不会使纸烧着。


下面的一个实验也很容易做：用狭长纸条象螺丝般紧裹在一枚粗铁钉
或者一根铁杆（最好是铜杆）上面，然后把这东西送到火上去。熊熊的火
焰虽然舐着这纸条，但是在钉子烧红之前，纸条不会烧起来。这个现象的
解释很简单：钉子（或铜杆）的导热度很大；同样的实验，如果改用导热
度小的玻璃棒，就不成功了。

图80　表示一个和上面所说相仿的实验，是把棉线紧绕在一柄钥匙
上。

为什么冰是滑的？

在擦得光光的地板上，要比在普通地板上容易滑倒。这样看来，冰上
也应该一样了，就是光滑的冰应该比凹凸不平的冰更滑了。

但是，假如你曾经在凹凸不平的冰面上拖过满载重物的小雪橇，你就
会相信，雪橇在这种冰面上行进，竟要比在平滑的冰面上省力得多。这就
是说，不平的冰面竟比平滑的冰面更滑！解释是，冰的滑性主要并不因为
它平滑，而是由于完全另外的一个原因，就是当压强增加的时候，冰的熔
点要减低。

让我们分析一下，当我们溜冰或者乘雪橇滑行的时候，究竟发生一些
什么事情。当我们穿了溜冰鞋站在冰上的时候，用鞋底下装着的冰刀的刃
口接触着冰面，我们的身体是只支持在很小很小的面积上，——一共只有
几平方毫米的面积上。你的全部体重就压在这样大小的面积上。假如你想
起第二章里所谈的关于压强的问题，你就可以明白，溜冰的人对于冰面所
加的压强是极大的。在极大压强的作用下，冰在比较低的温度也能够熔
化；比方说，现在冰的温度是摄氏零下5　度，而冰刀的压力把冰刀下面的
冰的熔点减低的还不止5　度，那么这部分的冰就要熔化了①。那时候就怎
么样了呢？那时候在冰刀的刃口和冰面之间产生了一薄层的水，——于
是，溜冰的人可以自由滑溜了。等他的脚滑到了另外一个地方，发生的情
形也是一样。总之，溜冰的人所到的地方，在他的冰刀下面的冰都变成了
一薄层水。在现有各种物体当中，还只有冰具有这种性质，因此一位物理
学家把冰称做“自然界唯一滑的物体”。其他物体只是平滑，却不滑溜。

现在我们可以谈到本节的题目上来了：光滑的还是凹凸不平的更滑。

我们已经知道，冰面给同一个重物压着，受压面积越小，压强就越大。那

么，一个溜冰的人站在平滑的冰面上，对支点所加的压强大呢，还是站在

凹凸不平的冰面上所加的压强大？当然在凹凸不平的情形压强大：因为在

不平的冰面上，他只支持在冰面的几个凸起点上。而冰面的压强越大，冰

的熔化也越快，因此，这冰也就显得更滑了（这个解释只对于刀刃比较阔

的冰刀是适用的，对于刀刃锋利的冰刀，因为它会切割到冰的凸起部分里

去，上面所说是不适用的——在这个情形，运动的能量要消耗到切割凸起

部分上面去）。

日常生活里有许多别的现象，也可以用冰在大压强下面熔点减低的道

理来解释。两块冰迭起来用力挤压，就会冻结成一块，正可以用这个道理

来说明。孩子们在捏雪球的时候，无意识地正是利用了这个特性，雪片在

①　如果高热病人或者体温比较高的人来做这个实验，纸片就旋转得更快。

受到压力的时候，减低了它的熔点，因此有一部分熔化了，手一放开就又
冻结起来。我们在滚雪球的时候，也是在运用冰的这个特性：滚在雪上的
雪球因为它本身的重量使它下面的雪暂时的熔化，接着又冻结起来，粘上
了更多的雪。现在你当然也会明白为什么在极冷的日子，雪只能够给捏成
松松的雪团，而雪球也不容易滚大。人行道上的雪，经过走路的人践踏以
后，也因为这个缘故，会逐渐凝成坚实的冰，雪片冻成了一整层的冰块。

冰柱的题目

你可曾想过这样的一个问题：我们时常看见的屋檐上垂下来的冰柱，
它们是怎样形成的？

这些冰柱是在怎么样的天气形成的呢？在暖和的日子里还是在严寒
的日子里？假如说是在温度是摄氏0　度以上的暖和日子里，那么它怎么会
凝结成冰柱呢？假如是在严寒日子里，那么，在一座没有生火的住宅屋
顶，又哪里来的水呢？

现在你已经看出这个题目不很简单了。要形成冰柱，一定要同时有两

种温度，一种是0　度以上的温度，能够使积雪熔化；一种是0　度以下的温

度，能够使雪水冻结。

事实上正是这样：倾斜的屋顶上的积雪在熔化，因为太阳光把它晒到
0　度以上的温度了；熔化以后的雪水流到屋檐上却又冻结了，因为这儿的
温度是在0　度以下。（当然，我们说的不是那种由于室内温度产生冰柱的
情形。）

试想象这样一幅图画：晴朗的天气，温度只有零下1—2　度。太阳光

正照在一切物体上。但是这些斜射过来的光线并没有能够使地面上的雪熔

化。这里值得注意的是，在正对太阳的倾斜屋顶上，太阳光并不象对于地

面那么偏斜，而是用比较陡峭接近直角的角度射下来的。大家知道，太阳

射下的光线跟射到的平面所成的角度越大，这个平面给太阳晒热的程皮也

越大。（太阳光线的晒热作用，跟这个角度的正弦值成正比；就象图81

所示的情形，屋顶上的雪受到的热是地面的雪的2。5　倍，因为sin60°大

约是sin20°的2。5　倍。）屋顶斜面上所以晒得比较热，原因就在这里，

因此，雪就熔化了，雪水一滴一滴从屋檐流下。但是屋檐底下的温度是比

0　度低的，同时水滴还要因为蒸发作用而冷却，自然要凝结起来。接着第

二滴雪水流到这已经凝结的冰滴上，也冻起来；这样下去，逐渐形成了一

个小小的冰球。这些冰球逐渐加长起来，结果就形成了挂在屋檐下的冰

柱。不生火的住宅或仓库的屋檐所以时常会产生这种冰柱，原因就是这

样。

我们用同样的理由还可以来解释范围比较大的现象。你知道不同的气
候带以及一年四季的温度上的区别，大部分是跟太阳光线射到的角度有关
的呀①。太阳离我们的距离，夏天和冬天大约相等；太阳离两极和赤道的
距离也差不多一样（虽然略有些出入，但是不起什么作用）。但是，太阳

①　理论上可以算出，要使冰的熔点减低1　度，每平方厘米上要有130　公斤的大压力。但是这是指冰熔化的
时候冰和水都是在同一压强下说的。而在现在我们所举的一些例子里，受到压力的只是冰，至于因此产生
的水，它只受到大气的压强；在这样的情形下，压力对于冰的熔点的影响要大得多。

射到地面的光线，在赤道上要比在两极上陡直；而且，这个角度夏天又比
冬天大。正是这个原因，才造成了白天里温度的显著变化，也就是说，引
起了整个大自然界生活上的显著变化。第七章光线

捉影

唉，影子啊，黑暗的影子，

有谁不被你追上？

有谁不被你追越？

只有你，黑色的影子，

却没人能把你捉到和拥抱！

——涅克拉索夫

假如说我们的祖先不会捉自己的影子，至少他们已经会从自己的影子
那里得到一些好处。他们利用影子，画出人体的“影像”。

在我们的时代里，靠了照相术的帮助，每个人都能够得到自己的照片
或是替亲近的人拍照。但是在十八世纪的时候，人们却还没有这种幸福，
当时要请画家画一幅像，得付出很多的钱，就只有不多的人能够出得起这
笔钱。因此，“影像”才得到了这样大的流行，在当时，这种“影像”竟
相当于现在的照相术这样普遍。所谓“影像”，其实可以说是捉到并且钉
住在纸上的影子。这种“影像”，是用很机械的方法画出的，在这一方面，
使我们不由得想起了它跟照相术刚好相反。我们在拍照的时候，是利用光
线射到底片上，但是我们的祖先为了同一个目的，却是利用没有光——利
用了影子。

影像怎样画法，从图82　可以看得很清楚。那个人的头转到某一个位
置，使它的影子有最显著的轮廓，然后用笔描出它的轮廓来。这个轮廓画
好以后，涂满黑墨，剪下贴到一张白纸上，影像就成功了。愿意的话，可
以利用放大尺把它缩小。你可别以为这种简单的黑色轮廓画不可能表示那
个人形貌上的特点。相反的，画得好的影像有时候跟原来的形貌非常相
象。

这种影像的特点是画法简单，又跟原来的形貌相象，这使得许多画家
对它发生了兴趣，他们开始用同样方法画整幅的图画、风景等等，渐渐的
发展成功一个画派。图84　就是席勒的影像。

“影像”这个名称，是从法文Silhouette（西路哀特）这个字译过
来的。这个字的来源很有趣，本来是十八世纪中叶一位法国财政大臣的
姓，那位大臣叫艾奇颜纳·德·西路哀特，他在当时曾经竭力号召浪费成
性的法国国民注意节俭，并且责备法国显贵们不应该把大量金钱消费到图
片和画像上。由于影像很便宜，顽皮的人就把这种影像叫做“■
laSilhouette”（意思就是“西路哀特式”）。

鸡蛋里的鸡雏

你可以利用影子的特性，向你的同伴表演一个有趣的玩意儿。拿一张
浸过油的纸，把它张在一张硬纸板中间的方孔上，就装成一个油纸幕。幕


的后面放两盏灯；请你的观众在幕的前面观看。现在，把一盏灯点起，譬
如把左面的一盏灯点起。

在点起了的灯跟纸幕之间，加进一个椭圆形的硬纸片，于是幕上就现
出了一个鸡蛋的影像（这时右面一盏灯还没有点燃）。现在你可以向你的
观众说，就要开动爱克斯射线透视机了，就可以透视到鸡蛋的内部。。看
到鸡雏了！果然，一下子你的观众就会看到那鸡蛋仿佛边上比较明亮，中
心部分却暗了下去，清楚地看到了一只鸡雏的影像。

其实这出魔术没有多大奥妙，说穿了很简单：在你右面那盏灯的前
面，放着一个鸡雏形的硬纸片。把这盏灯点亮以后，幕上那椭圆形的影子
上，又有右面的灯射来的一个“鸡雏”的影子，而鸡雏影子四周受到右面
灯光的照射，因此，“鸡蛋”的边上要比它的中央部分明亮。你的观众呢，
他们是坐在幕的前面的，并没有看到你的动作，因此，——假如他们不懂
物理学和解剖学的话，——很可能就给你骗了，以为你果真把爱克斯射线
透过了鸡蛋。

滑稽的照片

许多人一定还不知道，照相机即使没有放大玻璃（镜头），也可以用
它那小圆孔拍得出照片来，不过拍出的照片当然没有那么清晰罢了。这种
“没有镜头的镜箱”里，有一种“狭缝”镜箱，是用两条狭缝代替小圆孔
的，这种镜箱会使你看到极有趣的变形。这种镜箱的前面有两块板，一块
板上开一条竖直的狭缝，另一块板上开一条水平的狭缝。假如把这两块板
紧贴在一起，那么所得到的像就跟小孔镜箱一样，可以得到正常的没有歪
曲的像。但是，假如把两块板离开一些（这两块板装得可以活动的），那
么所得到的像就会给歪曲成离奇的形状。你所看到的可以说不是照片，而
是滑稽画。

这种歪曲要怎样解释呢？

让我们试把水平狭缝放在竖直狭缝前面来研究一下。光线从物体D（十字形）的竖直线透过C　缝的时候，那情形就跟透过普通的小孔一样；
至于后面那竖直狭缝B，对于这道光线的进行已经没有起什么作用。因
此，映在镜箱后面毛玻璃A　上的物体D　的竖直线的像对原来竖直线的比，
就要依AC　距离对DC　距离的比来决定。

但是，如果两块狭缝板的位置仍旧不变，物体的水平线映在毛玻璃上
的形状就完全两样了。这条线的光线可以没有阻碍地通过第一道狭缝（水
平狭缝），一直射到B　缝；通过B　缝（竖直狭缝）的时候，这道光线仿佛
通过一个小孔一样，而在毛玻璃A　上映出一个像来，这像的大小对原来水
平线的比，跟AB　距离对DB　距离的比相等。

简单地说，在两块狭缝板的位置象图88　所示的情形时，对于物体的
竖直线，仿佛只有前面一条缝（C），而对于物体的水平线，却仿佛只有后
面的一条缝（B）。因为前面那块板比后面那块板离毛玻璃远，所以物体在
毛玻璃上的像在竖直方向上应该比水平方向上放得更大，就是物体的像仿
佛沿竖直方向拉长了一般。

反过来说，如果两个狭缝的位置跟图88　相反，所得到的像