四種常見(jiàn)現(xiàn)象的物理解釋

侯中柱

（寶應(yīng)縣山陽(yáng)鎮(zhèn)中心初中，江蘇 寶應(yīng) 225805）

奇怪的物理現(xiàn)象總能激發(fā)我們追求偉大的中國(guó)物理夢(mèng)，生活中有些問(wèn)題看似簡(jiǎn)單卻不尋常.當(dāng)用我們學(xué)習(xí)的知識(shí)去解釋時(shí)，好像與學(xué)習(xí)的物理知識(shí)相違背，但是當(dāng)進(jìn)一步去研究問(wèn)題與現(xiàn)象，揭秘知識(shí)背后的知識(shí)時(shí)，原來(lái)真相就深深地埋藏在問(wèn)題當(dāng)中.下面列舉生活中遇到的4種常見(jiàn)現(xiàn)象，揭示現(xiàn)象背后的物理秘密.

現(xiàn)象1.用蒸籠蒸包子，是上層蒸格中包子先熟還是下層蒸格中的包子先熟呢？小明學(xué)習(xí)完物理知識(shí)后解釋?zhuān)焊邷氐乃魵饨?jīng)過(guò)多層蒸格向上升，遇到冷的蒸籠蓋時(shí)，大量水蒸汽發(fā)生液化現(xiàn)象，放出熱量，使上層蒸格中的包子先熟.然而細(xì)心的小王在路過(guò)蒸包子店時(shí)卻發(fā)現(xiàn)：面點(diǎn)師傅在蒸包子時(shí)總是先將下層蒸格中的包子拿出來(lái)，然后將放滿(mǎn)包子的蒸格放在最上面進(jìn)行蒸，這是為什么呢？

這是一道經(jīng)典的物理試題，答案總是如同小明分析的一樣，然而我走訪(fǎng)了幾家蒸包子的小吃店，虛心向面點(diǎn)師傅請(qǐng)教，幾家包子店的師傅回答一致：肯定是下層的包子先熟.師傅們的經(jīng)驗(yàn)是，如果蒸籠內(nèi)的包子是同種餡的，檢查包子有沒(méi)有蒸熟，只要看一看最上層的包子，如果最上層的熟了，整個(gè)蒸籠里的包子肯定都熟了；如果蒸的包子不是一種餡，在蒸之前總是把難熟的放在最下層.

為了驗(yàn)證面點(diǎn)師傅的答案，筆者找來(lái)5只蒸籠，將兩只完全相同的溫度計(jì)分別放在最上層和最下層，將包好包子的5層蒸籠同時(shí)放置于沸水鍋上方，同時(shí)每隔1min讀取溫度計(jì)示數(shù)1次.表1是實(shí)驗(yàn)時(shí)所測(cè)量和記錄的數(shù)據(jù)（標(biāo)準(zhǔn)氣壓下）.

表1

由上面的實(shí)驗(yàn)可以看出，用蒸籠蒸包子是下層先熟，主要是因?yàn)楦邷氐乃魵鈦?lái)自于蒸籠下方的水的汽化產(chǎn)生的.高溫水蒸氣在上升過(guò)程中先與下層包子接觸，從而在下層包子上液化放熱，使下層的包子溫度先上升；蒸籠內(nèi)多余的水蒸氣再與上方的低溫氣體產(chǎn)生熱傳遞，也會(huì)在上層包子上液化放熱，使上方的溫度逐漸升高.在蒸籠內(nèi)的上下溫度平衡以前，上方的溫度總是低于下方溫度.還有蒸籠不可能是絕對(duì)密封的，總會(huì)有大量的水蒸氣從蒸籠下層到蒸籠上層逐漸往外漏出，這些水蒸氣會(huì)在空氣中液化，會(huì)浪費(fèi)一定量的水蒸氣，所以水蒸氣在往上過(guò)程中，到達(dá)上層的水蒸氣是非常少的，所以下層包子先熟的原因就不難理解了.

現(xiàn)象2.行駛的汽車(chē)如果在冰雪地里快速開(kāi)車(chē)，突然猛踏剎車(chē)，此時(shí)汽車(chē)將不是往前快速滑過(guò)，而是突然快速旋轉(zhuǎn)，整個(gè)車(chē)身橫在馬路中間，如圖1所示，這是為什么呢？

按道理說(shuō)，冰雪覆蓋的馬路上摩擦力很小，汽車(chē)剎不住應(yīng)該向前沖才是，怎么會(huì)橫過(guò)來(lái)呢？其實(shí)這是符合物理規(guī)律的.在滑動(dòng)摩擦中，有一個(gè)大家不太注意的規(guī)律，就是當(dāng)一個(gè)物體相對(duì)另一個(gè)物體滑動(dòng)的時(shí)候，在與滑動(dòng)方向相垂直的方向上摩擦力十分小.因此一旦剎車(chē)，車(chē)輪就不再滾動(dòng)，而汽車(chē)由于慣性會(huì)與地面發(fā)生相對(duì)滑動(dòng)，上面的規(guī)律就開(kāi)始起作用，這時(shí)橫向的摩擦力迅速減小，而在和滑動(dòng)垂直的方向上，只要有一個(gè)較小的力發(fā)生作用，就可以使車(chē)子打橫.其中馬路不平，是橫向力的主要來(lái)源.一般馬路為了排水，中間高兩邊低，傾斜的路面產(chǎn)生的下滑力平時(shí)是微不足道，現(xiàn)在則產(chǎn)生了作用.另外下雪天路面積冰很不平整，也是使汽車(chē)打橫的另一個(gè)原因.當(dāng)然打橫也有其他的原因，比如汽車(chē)本身的剎車(chē)裝置不完善，兩個(gè)輪子剎車(chē)的力量大小不一樣，一個(gè)輪子剎住，另一個(gè)仍然在跑，也會(huì)產(chǎn)生打橫現(xiàn)象.又比如用鉆頭鉆木頭的時(shí)候，會(huì)有這樣的體會(huì)：鉆頭鉆進(jìn)木頭里后，如果停鉆，由于摩擦力的作用很難把鉆頭拔出來(lái)，但是，如果讓鉆頭繼續(xù)旋轉(zhuǎn)，鉆頭就能很容易地拔出來(lái)了，這是由于鉆頭轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)和木頭在水平方向有滑動(dòng)摩擦，因此沿著豎直方向上的摩擦力就很小，這樣，只要輕輕用力，鉆頭就拔出來(lái)了.

其實(shí)這樣的規(guī)律在騎摩托車(chē)、電瓶車(chē)、自行車(chē)等時(shí)也會(huì)有所體現(xiàn)，騎車(chē)時(shí)一定不要超速，剎車(chē)時(shí)要讓車(chē)盡量慢慢逐漸地停下，就是說(shuō)不要猛捏車(chē)閘剎車(chē)，因?yàn)橐粍x車(chē)，車(chē)輪就在地面上滑動(dòng)，出現(xiàn)打橫摔倒的現(xiàn)象.

圖1

現(xiàn)象3.如圖2所示，我們可以用測(cè)電筆辨別火線(xiàn)和零線(xiàn)，而當(dāng)手直接接觸到火線(xiàn)或與火線(xiàn)相連的用電器都會(huì)觸電，但是有經(jīng)驗(yàn)的電工師傅會(huì)直接用手指進(jìn)行辨別火線(xiàn)和零線(xiàn)，這是為什么呢？

人直接或間接接觸火線(xiàn)會(huì)觸電的原因是火線(xiàn)、人體、大地構(gòu)成閉合回路，導(dǎo)致流過(guò)人體的電流過(guò)大，從而使人觸電.如圖3所示，當(dāng)手接觸到火線(xiàn)時(shí)，人的自然本能的反應(yīng)是手會(huì)迅速地握緊，即手會(huì)沿著火線(xiàn)逆時(shí)針牢牢抓緊火線(xiàn)，這時(shí)火線(xiàn)、人體、大地構(gòu)成閉合回路，人當(dāng)然會(huì)觸電了.而有經(jīng)驗(yàn)的電工師傅會(huì)按照如圖4所示的方式用手直接辨別火線(xiàn)和零線(xiàn)，即用手的背面對(duì)著火線(xiàn)，用手的指甲去試觸火線(xiàn).當(dāng)接觸到火線(xiàn)時(shí)，人的手也會(huì)自然本能迅速握緊，即手會(huì)逆時(shí)針快速握緊，此時(shí)手也就在短時(shí)間內(nèi)快速脫離火線(xiàn)的接觸，人也就自然不會(huì)觸電，這就是有經(jīng)驗(yàn)的電工師傅用手直接辨別火線(xiàn)和零線(xiàn)的原理.

圖2

圖3

圖4

現(xiàn)象4.水落在紙巾上會(huì)被紙巾吸收，然而我在2014年1月25日CCTV2財(cái)經(jīng)頻道《是真的嗎》這欄目上看到這樣一種現(xiàn)象：紙巾上有水珠在運(yùn)動(dòng)，紙巾卻一點(diǎn)也不潮濕，而且水珠還能在紙巾上“跳舞”，難道現(xiàn)在的紙不吸收水了嗎，這是為什么呢？

紙巾能夠吸收水珠主要是因?yàn)榧埥淼姆肿又g距離較大，水分子極易鉆進(jìn)紙巾當(dāng)中，所以水很容易被紙巾吸收，就像海綿能夠吸水是一樣的道理，這就是毛細(xì)現(xiàn)象.當(dāng)我們?cè)诩埥砩蠂娚弦环N叫“超疏水”的材料，這種超疏水材料可以讓紙巾表面形成一種讓水無(wú)法滲透的保護(hù)層，從而使水落在紙巾上形成一個(gè)個(gè)小的水珠，水珠可以在紙巾上不停地運(yùn)動(dòng)，此現(xiàn)象類(lèi)似于水珠在紙巾上“跳舞”，令人陶醉、十分優(yōu)美.所以這種材料防水性能比較好，可以應(yīng)用在雨衣上防止雨水滲漏、應(yīng)用在浴室的玻璃上防水、應(yīng)用在室外高壓線(xiàn)上防積雪等.