提起物理,不少人脑子里会蹦出公式、定理和实验室里冷冰冰的仪器。但其实物理就像个调皮的小伙伴,整天躲在我们身边捉迷藏,从早晨刷牙的水流到夜晚闪烁的灯泡,处处都有它的身影。今天咱们就抛开课本里的严肃面孔,聊聊那些藏在生活缝隙里的物理小惊喜,说不定你会发现,原来科学可以这么接地气。
夏天刚从冰箱拿出来的饮料瓶,外壁很快会挂满水珠,就像刚哭过一样。这可不是瓶子 “出汗”,而是空气中的水蒸气遇到冷瓶子发生了液化。水蒸气是看不见的气体,碰到低温物体时,分子运动速度减慢,就会聚集在一起变成小水珠。家里的冰箱能制冷,也是利用了类似的原理,压缩机把制冷剂变成液态,液态制冷剂在蒸发器里汽化吸热,就把冰箱里的热量 “吸” 走了。
冬天戴眼镜的人进门时,镜片会突然变得模糊,这和饮料瓶 “出汗” 是反过来的现象。室外的冷镜片遇到室内温暖的水蒸气,水蒸气遇冷液化成小水滴附着在镜片上,自然就看不清东西了。同样的道理,煮开水时壶嘴冒出的 “白气” 也不是水蒸气,而是水蒸气跑出壶嘴后遇冷液化形成的小水珠,真正的水蒸气是完全透明的。
用吸管喝饮料时,很多人以为是 “吸” 力把饮料吸进嘴里,其实这是大气压在帮忙。当我们吸吸管时,吸管里的空气被吸走,内部气压变小,而外界的大气压比吸管里的大,就会把饮料压进吸管,送进我们嘴里。如果把吸管戳穿饮料瓶底再吸,就很难吸上来了,因为此时吸管内外的气压一样大,没有压力差推动饮料流动。
彩虹是很多人喜欢的自然景观,尤其是雨后放晴时出现的七彩拱桥,总能让人心情变好。其实彩虹的形成离不开光的折射和反射。阳光是由红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫七种颜色的光组成的,当阳光穿过空气中的小水滴时,会先发生折射,进入水滴内部后碰到内壁发生反射,然后再从水滴里折射出来。不同颜色的光折射角度不同,红光折射角度最小,紫光最大,这样就把阳光拆分成了七种颜色,形成了我们看到的彩虹。
家里的菜刀用久了会变钝,切菜费劲,这时磨一磨就锋利了。这背后藏着压强的知识。压强是指压力作用在物体表面的效果,计算公式是压强等于压力除以受力面积。同样的压力下,受力面积越小,压强越大。菜刀磨锋利后,刀刃的受力面积变小,切菜时产生的压强大,就能轻松把菜切断。砍骨头的刀刀刃更厚,是因为需要更大的压力,厚刀刃能承受更大的反作用力,不容易崩裂。
冬天用手摸铁块和木头,明明放在同一个房间,却觉得铁块更凉。这不是因为铁块温度更低,而是因为铁是热的良导体,木头是热的不良导体。我们手上的热量传到铁块上时,铁块能很快把热量传走,所以手会感觉凉;而木头不容易传导热量,手上的热量不会很快散失,就觉得暖和一些。同样的道理,夏天用不锈钢勺子喝汤比用陶瓷勺子烫嘴,也是因为不锈钢导热更快。
洗衣机能把衣服甩干,利用的是离心力。洗衣机高速旋转时,桶内的衣服跟着一起旋转,衣物里的水分由于惯性想保持原来的运动状态,就会脱离衣物,通过桶壁的小孔被甩出去。游乐园里的旋转飞椅也是利用离心力,旋转时座椅向外倾斜,让我们感受到被 “甩出去” 的刺激,其实是离心力克服了重力的作用。
用高压锅做饭比普通锅更快煮熟,秘诀在于高压环境下水的沸点升高了。在标准大气压下,水的沸点是 100℃,而高压锅里的气压比标准大气压高,水的沸点能达到 120℃左右。温度越高,食物熟得越快,所以用高压锅炖排骨、煮豆子,十几分钟就能变得软烂,大大节省了时间。不过使用高压锅时要注意安全,必须等气压降下来才能打开锅盖,不然高温高压的蒸汽会喷出来伤人。
镜子能照出我们的样子,是因为光的反射。镜子的背面涂了一层银膜,光线照射到镜子表面时,大部分会被反射回来,而且反射的角度和入射的角度相等,这就是镜面反射。我们能看到周围的物体,也是因为物体表面反射的光线进入了我们的眼睛,只不过大部分物体表面是漫反射,光线反射方向杂乱,所以不能像镜子一样成像。
用梳子梳头发后,梳子能吸起小纸屑,这是静电现象。梳子和头发摩擦时,电子会从一个物体转移到另一个物体,使梳子带上静电。带电的物体具有吸引轻小物体的性质,所以就能把小纸屑吸起来。冬天脱毛衣时听到的 “噼里啪啦” 声,也是因为毛衣和身体摩擦产生了静电,放电时发出的声音,有时还能看到微弱的火花。
自行车的刹车系统也用到了物理知识。捏紧刹车把手时,刹车皮会紧紧压在车轮的刹车盘上,增大了刹车皮和刹车盘之间的摩擦力。摩擦力是阻碍物体相对运动的力,摩擦力越大,车轮停下来的速度越快。自行车的轮胎上有凹凸不平的花纹,也是为了增大摩擦力,防止在路面上打滑,保证骑行安全。
煮饺子时,刚下锅的饺子会沉在锅底,煮熟后就会浮起来。这是因为饺子受热后,内部的空气受热膨胀,体积变大,根据阿基米德原理,物体受到的浮力等于它排开液体的重力。饺子体积变大,排开的水增多,受到的浮力变大,当浮力大于饺子的重力时,饺子就浮起来了。煮汤圆、煮丸子也是同样的道理,浮起来就说明熟了。
家里的吊灯用绳子吊在天花板上不会掉下来,是因为受到了平衡力的作用。吊灯受到向下的重力和绳子向上的拉力,这两个力大小相等、方向相反,作用在同一条直线上,所以吊灯保持静止状态。推桌子时,如果推力和桌子受到的摩擦力相等,桌子也会保持静止;如果推力大于摩擦力,桌子就会向前运动。
声音的传播也和物理有关。声音是由物体振动产生的,比如说话时声带在振动,敲鼓时鼓面在振动。声音的传播需要介质,不能在真空中传播,所以在太空中宇航员即使面对面,也需要通过无线电交流。声音在不同介质中的传播速度不同,在固体中传播最快,液体中次之,气体中最慢。趴在铁轨上能听到远处火车的声音,就是因为声音在铁轨中传播比在空气中快。
夏天扇扇子会觉得凉快,不是因为扇子扇出了冷风,而是因为扇子加快了空气流动,使皮肤表面的汗液蒸发速度变快。蒸发是一种汽化现象,汽化需要吸热,汗液蒸发时会吸收皮肤表面的热量,所以我们会感觉凉快。在炎热的夏天,往地面上洒水也能降温,就是利用了水蒸发吸热的原理。
放大镜能把物体放大,是因为它是一个凸透镜。凸透镜对光线有会聚作用,当物体放在凸透镜的焦点以内时,会形成正立、放大的虚像,这就是放大镜的成像原理。老花镜也是凸透镜,能帮助老花眼患者看清近处的物体;而近视镜是凹透镜,对光线有发散作用,能矫正近视患者的视力。
冬天的早晨,窗户玻璃上会出现美丽的冰花,这是水蒸气凝华形成的。夜间窗户玻璃温度很低,室内的水蒸气遇到冰冷的玻璃,直接从气态变成固态,形成了各种各样的冰花图案。凝华是放热过程,和它相反的过程是升华,比如冬天冰冻的衣服变干,就是冰直接变成了水蒸气,属于升华现象。
汽车的后视镜是凸面镜,能让司机看到更大范围的路况。凸面镜对光线有发散作用,成像比实际物体小,所以能扩大视野。路口的反光镜也是凸面镜,帮助司机和行人观察到拐角处的情况,减少交通事故的发生。而汽车的前挡风玻璃是倾斜的,除了减少空气阻力,还能避免车内物体的像成在司机的正前方,影响驾驶安全。
用开水泡茶时,茶叶会先浮起来,然后慢慢沉下去,最后又浮上来。刚倒入开水时,茶叶表面有许多小气泡,这些气泡增大了茶叶的体积,使茶叶受到的浮力大于重力,所以浮起来。随着气泡逐渐逸出,茶叶体积变小,浮力减小,就沉下去了。在下沉过程中,茶叶吸收水分变软,体积又会略微增大,同时水的对流也会带动茶叶上浮,所以最后会浮在水面上。
生活中的物理现象还有很多,比如为什么闪电先于雷声出现(因为光的传播速度比声音快),为什么冬天呼出的气是白色的(水蒸气液化成小水滴),为什么皮球能弹起来(弹性形变产生弹力)。这些现象看似普通,背后却都藏着严谨的物理原理。物理从来不是脱离生活的抽象理论,它是解释世界的钥匙,能帮我们看懂身边发生的一切。只要我们多观察、多思考,就能发现更多藏在生活里的物理小秘密,感受到科学的乐趣和魅力。
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