死海不死之谜
故事里的大学问
在亚洲西部巴勒斯坦和约旦交界处,有一个“死海”。远远望去,死海无边无际,波涛此起彼伏。但是,在如此浩荡的海水中竟没有鱼、虾、水草,甚至连海边也寸草不生。更令人惊叹的是,人们在这无鱼无草的海水里,竟能自由游弋,即使是不会游泳的人,也会浮在水面上,不会被淹死。
传说大约两千年前,罗马统帅狄杜进兵耶路撒冷,攻到死海岸边,下令处决俘虏来的奴隶。奴隶们被投入死海,却没有沉到水里淹死,而是被波浪送回岸边。狄杜勃然大怒,再次下令将俘虏扔进海里,奴隶们依旧安然无恙。狄杜大惊失色,以为奴隶们受神灵保佑,只好下令将他们全部释放。那么,你知道为什么死海淹不死人吗?
真相是这样的
因为死海海水的盐度很高。据统计,死海海水里含有多种矿物质,有氯化钠、氯化钙、氯化钾,另外,还有溴、锶等,因此,死海海水的密度大于人体的密度,所以,人一到死海里就自然漂起来,沉不下去。
其实,死海是一个咸水湖,它的形成是自然界变化的结果。死海的源头主要是约旦河,河水含有很多的矿物质。河水流入死海,不断蒸发,矿物质沉淀下来,经年累月,越积越多,便形成了今天世界上最咸的咸水湖——死海。
但是,由于死海的蒸发量大于约旦河输入的水量,造成水面日益下降。据专家统计,最近十年来,每年死海水面下降40~50厘米。也许,在数百年后,死海也可能干涸。那时,死海真的要死了。
鱼儿在水里可以自由自在地游来游去,一会儿上升,一会儿下降,让人们羡慕不已,你知道这是为什么吗?这里面除了鱼鳍的作用外,鱼鳔的作用也是不可忽视的。
鱼通过鱼鳔肌控制鱼鳔的收缩和膨胀,使体内空气的含量产生变化,从而调节身体的密度,在水中产生的浮力也会随之变化,达到上升或下沉的目的。
苹果为什么会落地
故事里的大学问
牛顿从小就是一个善于思考的孩子。一天傍晚,他在自家的苹果园里沉思,园子里的苹果树上挂满了成熟的苹果。突然,吧嗒一声,树上一个熟透了的苹果被风吹落砸到了牛顿的身上。牛顿的脑子里闪过一个念头:咦!苹果为什么不往天上掉?是什么在吸引着它呢?
牛顿立即进行了联想:一个人站在山崖上,把一块石头抛出去,石头就会落到不远处的地上;如果用更大的力气,石头就会落得更远;若力气足够大时,这石头会不会不再落到地面上,而是朝着抛出的方向一直飞呢?
现在,我们当然能解释以上问题,那是地球引力在作用。1687年,牛顿在《自然哲学的数学原理》上发表了万有引力定律。那么,你知道什么是万有引力定律吗?它给我们的生活带来了哪些影响呢?
真相是这样的
万有引力定律是解释物体之间相互作用的引力的定律,内容为任意两个质点通过连心线方向上的力相互吸引,该引力的大小与它们的质量乘积成正比,与它们距离的平方成反比,与两物体的化学本质或物理状态及中介物质无关。
万有引力定律揭示了天体运动的规律,它为实际的天文观测提供了一套计算方法,可以只凭少数观测资料,就能算出长周期运行的天体运动轨道,科学史上哈雷彗星、海王星、冥王星的发现,都是应用万有引力定律取得重大成就的例子。
凡是到过海边的人,都会看到海水有一种周期性的涨落现象:到了一定时间,海水迅猛上涨,达到高潮;一段时间后,海水又自行退去,留下一片沙滩,出现低潮。如此循环往复,永不停息。海水的这种运动现象就是潮汐。你知道潮汐现象是怎样形成的吗?
这可以用牛顿的万有引力定律来解释。
海水随着地球自转在旋转,而旋转的物体都受到离心力的作用,使它们有离开旋转中心的倾向,这就像是张开的雨伞,当你旋转雨伞时,雨伞上的水珠就会被甩出去。
同时海水还受到月球、太阳和其他天体的吸引力,因为月球离地球最近,所以月球的吸引力较大。这样海水就在这两个力的共同作用下形成了引潮力。由于地球、月球在不断运动,地球、月球与太阳的相对位置也在发生周期性变化,所以,引潮力也在发生周期性变化,这就是潮汐现象形成的原因。
万有引力似乎离我们的生活很遥远,其实不然,它就在我们的身边。正是有了万有引力,才使人们具有了稳定的生活环境。地球周围的大气层是人类生活和万物生长所必不可少的,而正是地球对大气的引力作用,才使大气层紧紧地包围在地球周围,而不四处飘散。如果没有万有引力,地球周围就不会有大气,也就不会有大气压,不会有刮风、下雨、下雪等各种自然现象,当然,我们也将无法生存了。
还有,万有引力是地球存在的必要条件。地球不仅在绕着太阳运动,同时也在自转。因为地球的自转,使得地球上的每一个物体都时刻随地球做圆周运动,而万物随地球做圆周运动的向心力也正是来自地球对物体的万有引力。如果没有万有引力,地球的自转作用,将使地球上的每一个物体都做离心运动,这样,地球就会自动解体了。
蛋壳非常容易破碎吗
故事里的大学问
众所周知,蛋壳是很薄的,轻轻一磕,蛋壳就破了。看来蛋壳真的很脆弱啊!如果你是这样认为的,那就错了。你可以尝试把蛋放在两手的掌心之间,用力挤压它的两端,是不是不容易把它弄碎呢?在这种情况下要压碎蛋壳,除非用很大的力气。
几年以前,有一个称自己有轻功的人做了踩在鸡蛋上而鸡蛋不碎的表演。只见表演者的双脚落在四个鸡蛋上面,两只手还提着两桶水。等表演者从鸡蛋上下来以后,人们发现,鸡蛋居然没被压碎,观众们大声惊呼。那么,你知道这是为什么吗?难道说这个表演者真的有轻功不成?
真相是这样的
事实上,这个表演者根本不会轻功,他是巧妙地运用了鸡蛋壳的力学特性和压强原理来表演这个节目的。
首先,鸡蛋壳是凸曲面的拱形结构,这种拱形结构可以将外来压力平均地分散开,所以,拱形的物体都有很强的抗压性能。当施加相同的压力时,能够分散压力的拱形桥比简易的平板桥更为坚固。
其次,两只脚与四个鸡蛋接触的部位都不在脚掌和掌跟处,而是在软窝处,加大了接触的面积,双脚和鸡蛋两者接触的面积约有50平方厘米,人的体重踩在鸡蛋上大概是650牛的力,平均地分布在50平方厘米上,所受压强只有13牛每平方厘米,再加上鸡蛋壳拱形的结构具有良好抗压性能,鸡蛋当然就不会被压碎了。
虽然这个人没有轻功,但是要达到这样的表演程度,必须经过长期的训练,才可以使自己的体重平均地散布在鸡蛋上,让鸡蛋不会被踩碎。
人们把鸡蛋壳凸曲面的拱形结构不容易被破坏的现象称之为“薄壳原理”,在我们的生活中,有很多是运用薄壳原理设计的,如把屋顶做成“蛋壳”形状,不是就可以省下大批材料吗?这就是建筑上的薄壳屋顶,它的形状有好多种,有的如同蛋壳,有的好似乌龟壳,有的像半个皮球……
北京火车站大厅屋顶所采用的薄壳拱形结构,就是根据蛋壳耐压的原理设计的。屋顶虽薄,却很耐压,经得起风雨和积雪的考验,在省时省力的同时,还非常美观。
火箭是如何飞上天空的
故事里的大学问
飞天是人类的梦想,在人们的不断努力下,人类不仅实现了飞天,还将火箭送到了月球上。公元1000年,士兵出身的谋士唐福,制造了世界上第一枚火药火箭,他在竹筒中填满了火药,并在竹筒的底面扎一根细小的定向棒,点燃引火管上的火硝。当竹筒中的火药剧烈燃烧时,就会产生高温、高压气体,从尾部向后喷射,推动火箭射向前方。
现代火箭源于美国,1926年,美国克拉克大学的物理学教授哥达德在马萨诸塞州成功地把一枚3米长的火箭送入高空,这是世界上第一枚液体火箭。1957年,苏联利用火箭成功发射第一颗人造地球卫星。1978年,美国的阿波罗运载火箭,曾运载24人进入空间轨道,其中12人在月球登陆,最后安全返回地球。
众所周知,地球上的物体是受地心引力影响的,哪怕是一片羽毛都会落下来,那么,利用钢铁制造的火箭是如何飞上天,到达遥远的太空的呢?
真相是这样的
虽然制造火箭的过程是非常复杂的,但是火箭之所以能够飞上天,到达遥远的太空,主要依据的是牛顿的第三定律:两个物体之间的作用力和反作用力,总是同时在同一条直线上,大小相等,方向相反。
举一个很简单的例子,当我们把一个扎紧的充满空气的气球松开后,空气就会从气球内往外喷,气球则沿着反方向飞出。要更好地理解火箭飞天的原理,我们先来了解一些叫作“火箭”的烟花产品。过年的时候,人们把烟花点燃后,它会迅速地飞上天空,然后爆炸产生烟花,其实,这就是最简单的火箭,只不过没有真的火箭飞得高罢了,其原理是一样的。
发射卫星用的大型火箭是靠发动机向前推进的,火箭发动机点火以后,推进剂在发动机的燃烧室里燃烧,产生大量高压燃气,高压燃气从发动机喷管高速喷出,所产生的对火箭的反作用力,就使火箭沿着燃气喷射的反方向上升。
火箭和飞机都带有燃料,都能飞上天,那么,火箭与飞机有哪些地方不同呢?
火箭与飞机的最大区别要看它们自身带不带氧化剂。飞机只带燃料,依靠空气中的氧气作为燃料燃烧的氧化剂,所以,飞机只能在空中飞行,是飞不到太空中去的。但是火箭就不同了,因为太空中没有氧气,火箭只能自带燃料和氧化剂,这样火箭就能到达太空,着陆于月球上了。
陀螺不倒之谜
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陀螺是中国最早的玩具之一,古陀螺大致是木或铁制的倒圆锥形,现代已有各式各样材质与形状的陀螺出现。在1700多年前的晋代,我国还出现了另外一种有趣的玩具——竹蜻蜓。这种玩具传到欧洲后,被西方人称为“中国陀螺”。
在英语中,陀螺就是“回转体”的意思。陀螺是在地上转的回转体,竹蜻蜓则是在空中转的回转体。
你小时候一定也玩过陀螺,那么,你知道陀螺为什么转起来就可以不倒吗?为什么不旋转的时候就无法站立呢?它带给人们怎样的启示呢?
真相是这样的
高速旋转的陀螺不会倒是因为高速旋转的东西有一个特性,就是它能保持转轴的方向不变,这叫作陀螺的稳定性,是转动惯性的一种表现。
同样的道理,竹蜻蜓转起来以后,转轴的方向是水平的,并保持转轴的方向不变。还有,自行车骑起来为什么不倒,是因为它的轮子一转,就像两个陀螺,能保持原来的转轴方向,使车子不歪倒。轮子转得越快,稳定性就越好,车就越不容易倒。轮子转慢了,稳定性反而会变差。
用钻头在木头上钻孔,钻头旋转起来就有保持它的转轴方向的能力,容易钻进木头里去。如果我们用锤子把钉子砸进木头里,钉子很容易弯曲,如果用钻头,那么,钉子就不容易弯。这也是转动惯性在起作用。
早期枪炮的枪筒或炮筒里都是光溜溜的,子弹打出去不是东倒西歪,就是不停地翻跟头,命中率非常低,后来,人们在枪筒和炮筒里刻上螺旋形小槽,子弹沿着螺旋线射出以后,就像被抽打的陀螺,保持着转轴的方向,不仅大大提高了命中率,而且子弹击中目标以后,由于惯性,它仍然会旋转,像钻头一样钻进目标,提高了杀伤力。
说到向导,人们首先想到的就是指南针,其实不只是指南针可以用来做向导,陀螺也可以为我们当向导。1852年,法国物理学家福科在实验室里造出了最早的陀螺仪,到了1908年,德国的一家公司造出了第一个用于航海的陀螺罗经。
陀螺仪主要由高速转动的陀螺和灵活的万向支架组成。陀螺用摩擦力很小的轴承支撑在内环上,内环又用轴承支在外环上,外环再通过轴承支在基座上,万向支架就可以向任何方向转动,所以,不管基座随着飞机或舰船怎样变动,陀螺都不会受到影响。驾驶员就可以通过陀螺仪导航了。
我们一起来玩打水漂的游戏
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打水漂是人类古老的游戏之一,据推测从石器时代就开始了。如今,打水漂也是很多青少年喜欢的游戏。
2007年7月19日,美国宾夕法尼亚州的拉塞尔·拜尔斯在打水漂时,石子在水面跳动51次,他估计自己扔出的小石片在水面共行进76米。
那么,石头为什么可以悬浮在水面上快速前进呢?这里面有怎样的秘密呢?
真相是这样的
要回答上面的问题,就要先研究压强与流动速度的关系。我们先来做一个实验,准备两支铅笔,两张长度相同的纸条,一个电吹风机。将两张纸条用胶水分别粘在两支铅笔上,让两张纸条自由下垂、互相平行并保持一定距离,然后将电吹风机放在其上方,用电吹风机风力的低档向两张纸条中间吹气,再换用电吹风机风力的高档。
你会发现,用电吹风机风力低档吹气时,纸条向上微微飘起,用电吹风机风力的高档吹气时,纸条迅速向上飘起。吹风前,两张纸条自由垂下,没有受到任何的吸引和排斥,这表明它们受到内侧和外侧的力是相互平衡的。