高一物理指導:從生活中學物理
灌滿水的瓶子
有兩個相同的玻璃瓶,一個空著,一個灌滿了水,同時從相同的高度落到地面上,哪個瓶子容易破?一般說重的瓶子容易破�?墒牵斊孔庸酀M水后,瓶子里的水還有另外一個作用,能減少瓶子的形變,反而使瓶子不容易破了。
玻璃瓶破裂,大多是由于形變引起的�?掌孔勇涞�,地對瓶子產生一個壓力,瓶子從外向里形變,終于破裂。瓶子裝滿水,由于水是不可壓縮的,從而減少了形變,使得瓶子不易破裂。瓶子里裝滿水,再擰緊瓶蓋,就更不容易摔破了。
大力神筷子
思考
把一根筷子插入裝著米的杯子中,然后將筷子上提,筷子會把米和杯子提起嗎?
材料
塑料杯一個、米一杯、竹筷子一根。
操作
1、將米倒?jié)M塑料杯;
2、用手將杯子里的米按一按;
3、用手按住米,從手指縫間插入筷子;
4、用手輕輕提起筷子,杯子和米一起被提起來了。
講解
由于杯內米粒之間的擠壓,使杯內的空氣被擠出來,杯子外面的壓力大于杯內的壓力,使筷子和米粒之間緊緊地結合在一起,所以筷子就能將成米的杯子提起來。
茶杯中的湯匙
一位有經驗的家庭主婦,當她把熱茶倒到客人的茶杯里去的時候,為了避免杯子破裂,總不會忘記把茶匙放在杯子里,最好是銀茶匙。是生活上的經驗教會她這個正確的做法的。那么,這個做法的原理是什么呢?
首先,我們要明白,在倒開水的時候,杯子為什么會破裂。
這原因是玻璃的各部分沒有能夠同時膨脹,倒到杯子里去的開水,沒有能夠同時把茶杯燙熱。它首先燙熱了杯子的內壁,但是這時候,外壁卻還沒有來得及給燙熱。內壁燙熱以后,立刻就膨脹起來,但是外壁還暫時不變,因此受到了從內部來的強烈的擠壓。這樣外壁就給擠破了──玻璃破裂了。
你千萬不要以為杯子厚就不會燙裂。厚的杯子在這方面來說,恰好是最不可靠的;厚的杯子要比薄的更容易燙裂。這原因很明顯。薄的杯壁很快就會燙透,因此這種杯子內外層的溫度很快會相等,也就會同時膨脹;但是厚壁的杯子呢,那一厚層的杯壁要燙透是比較慢的。
在選用薄的杯子或者別種薄的玻璃器皿的時候,有一點不要忘記:不但杯壁要薄,而且杯底也要薄。因為在倒開水的時候,燙得最熱的恰好是杯子的底部;假如底太厚的話,那么,不論杯壁多么薄,杯子還是要破裂的。有厚厚的圓底腳的玻璃杯和瓷器,也是很容易燙裂的。
玻璃器皿越薄,把它加熱就越可以放心。化學家就是使用非常薄的玻璃器皿的,他們用這種器皿盛了液體,就直接在燈上燒到沸騰,一點也不怕它會破裂。
當然,最理想的器皿應該是在加熱時候完全不膨脹的那一種。石英就是膨脹得非常少的一種材料,它的膨脹程度大約只等于玻璃的1/15到1/20。用透明的石英制成的厚壁器皿,可以隨意加熱也不會破裂。你可以把燒到紅熱的石英器皿丟到冰水里,也不必擔心它會破裂。這一半是因為石英的導熱度也比玻璃大。
玻璃杯不只在受到很快加熱之后才會破裂,就是在很快冷卻的時候,也有同樣的情形發(fā)生,原因是杯子各部分冷縮時候所受的壓力并不平均。杯子的外層受冷收縮,強烈地壓向內層,而內層卻還沒有來得及冷卻和收縮。因此,舉例來說,裝有滾燙果醬的玻璃罐,決不可以立刻放到嚴寒的地方或直接浸到冷水里面去。
好,讓我們再回到玻璃杯里的銀茶匙上來,究竟銀茶匙是怎樣保證杯子不破裂的呢?
玻璃杯的內外壁,只有當開水一下子很快倒進去的時候,受熱程度才會有很大差別;溫水卻不會使杯子各部分受熱有很大差別,因此也不會產生強大的壓力,杯子也就不會破裂。假如杯子里放著一柄茶匙,那么會發(fā)生些什么情形呢?
那時候,當開水倒進杯底的時候,在還沒有來得及燙熱玻璃杯(熱的不良導體)之前,會把一部分的熱分給了良導體的金屬茶匙,因此,開水的溫度減低了,它從沸騰著的開水變成了熱水,對玻璃杯就沒有什么妨礙了。至于繼續(xù)倒進去的開水,對于杯子已經不那么可怕,因為杯子已經來得及略為燙熱了。
總而言之,杯子里的金屬茶匙,特別是這柄茶匙如果非常大,是會緩和杯子受熱的不平均,因而防止杯子的破裂的。
足球中的“香蕉球”
如果你經常觀看足球比賽的話,一定見過罰前場直接任意球。這時候,通常是防守方五六個球員在球門前組成一道“人墻”,擋住進球路線。進攻方的主罰隊員,起腳一記勁射,球繞過了“人墻”,眼看要偏離球門飛出,卻又沿弧線拐過彎來直入球門,讓守門員措手不及,眼睜睜地看著球進了大門。
這就是頗為神奇的“香蕉球”。
為什么足球會在空中沿弧線飛行呢?原來,罰“香蕉球”的時候,運動員并不是拔腳踢中足球的中心,而是稍稍偏向一側,同時用腳背摩擦足球,使球在空氣中前進的同時還不斷地旋轉。這時,一方面空氣迎著球向后流動,另一方面,由于空氣與球之間的摩擦,球周圍的空氣又會被帶著一起旋轉。這樣,球一側空氣的流動速度加快,而另一側空氣的流動速度減慢。物理知識告訴我們:氣體的流速越大,壓強越小(伯努利方程)。由于足球兩側空氣的流動速度不一樣,它們對足球所產生的壓強也不一樣,于是,足球在空氣壓力的作用下,被迫向空氣流速大的一側轉彎了。
乒乓球中,運動員在削球或拉弧圈球時,球的線路會改變,道理與“香蕉球”一樣。
(責任編輯:張新革)
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