为什么泉水有的冷有的热

泉水是流出地表的地下水，地球上大部分泉水都是冷的，只有少数泉水流出时水温比较高，即所谓的热泉和温泉。

包含在岩石空隙、土壤中的水分，因为承受压力等原因，流淌到地表，就成了泉。大多数泉水都是从地面低洼处冒出来的，如果水量足够大，还能在泉眼四周形成一定面积的湖泊。由于地质条件适宜，有些地方泉水非常丰富。比如山东济南，城内及周边乡村共有几百处泉水，因而赢得“泉城”之称；再比如内蒙古的阿尔山就是典型的温泉冷泉聚集地。在干旱地区，泉水更显得格外珍贵，如甘肃敦煌地区鸣沙山脚下的月牙泉，一处泉眼常养育了沙漠中的一片绿洲。

在山区，有时半山腰的石头缝里会冒出一股泉水，沿着山坡形成小溪或瀑布。这样的泉大多是因重力作用流出地面的。下雨、下雪时，水分会浸入到山体中。当水分达到一定量，超过土壤和岩石孔隙的存水能力，就会在重力作用下向下运动，如果此时遇到适宜地形，泉水就有可能“破土而出”，从半山腰处冒出来。如果泉眼在峭壁上，还能形成“悬泉飞瀑”的独特自然景观。

温泉是泉水中的一种，当泉水温度高于20℃或者高于周围环境年平均温度5℃，就可以称为温泉。埋藏在地面以下的水为什么会变热？这是因为地下有热源，把地下水不断加热，使其温度上升。当热水从岩层中流出，就会形成温泉。

地球内部高温、高压，地壳下面有熔融状的岩浆。大部分地区，地壳的厚度足以阻隔岩浆的热量上传，但是有些地方，岩浆会上涌到地表附近。岩浆就像一个加热器，不断向四周散发热量，如果附近有含水岩层，地下水就会被加热，如果这水涌出地面，就会形成温泉。相对来说，火山活跃地区较容易出现温泉。

有些地区，因为特殊的地质条件，形成垂直方向上的通道，地下水可以上下流通。降水、地表水以及地下水深入地层内部，吸收地下热量后水温升高，热水的密度小，于是沿着岩层的孔隙上升流出地面，也能形成温泉。

温泉根据温度不同，可以分为低温温泉、中温温泉、高温温泉和沸泉，其中后两种也被通俗地称作“热泉”。

李元
cctv-10《百家讲坛》

　　我想天文学是一门自然科学、基础科学，它的最大的特点就是观测的科学。不像物理、化学、地学等等，可以到野外去考察，可以把东西放到实验室来做。天上的星星月亮没法拿到地上来做实验，所以只好进行观测。观测完以后，根据观测的资料，再进行研究探讨。这就是天文学的特色，所以天文学要用望远镜去观测宇宙。 

　　这个就是说我们对着天上的银河、灿烂的繁星，用望远镜进行摄影的工作。怎么照相呢？就把大型的照相底片放在这个望远镜后面的底片盒子里面，对天上的星星照相。照相呢，是这样的。照天上的星星的相片，不像我们地面上六十分之一秒、一百二十五分之一秒、二百五十分之一秒，不可能。必须是长时间的曝光，要想照天上的星星那是要曝光很长的时间。比方说几十分钟都是小事情，几小时、或者是十几小时都有可能。当然你说那也很简单，把底片盒一拉开，就让它曝光了，就照相好了。到了时间我再把它关上，拿下来一冲洗就用了。没有那么简单！因为地球在自转，所以望远镜跟着地球在转动，对吧！我们人都是跟着地球在转动，我们人转动感觉不到。望远镜跟着地球一转动，天上的星星在底片上就划成一道一道的。因为它曝光的时候，那个星在走，因为地球在转动，反过来看到星星在走，对不对？所以一定要保持望远镜里面的星不能够动，在底片上是一点。那么一个圆点要保持住的话，就要把望远镜来转动。望远镜怎么转动呢？就用一个转动望远镜的一个机械装置，当然最早的是手摇的，或者是上发条的，后来就有了电动的。但是这也不可靠，因为这个转动的仪器有快有慢，所以在望远镜里面看到的星点，也不是那么准确的。所以就要人在那里盯着，这叫导星。望远镜你看有长的大筒子还有个小筒子，这个小筒子就是导星镜。用这个先把星盯住，在我的十字丝上面，然后我再来调整。我用微动螺旋，我一看这个中间那个星点离开十字丝了，我就把它往前往后调整一下，让它永远保持在这个中心。经过几小时的曝光以后，在底片上的星就是圆的，这就是很准确的。即使不是一个星，是另外的各种气体星云，各种特殊的情况，照下来也是准确的形状。你知道这个工作很艰苦，我们在天文台首先要把天窗打开，把望远镜对着天上的星。找到星以后，就把底片放上曝光，这个时候你就要一心一意在导星镜里面看着十字丝中间那颗星。就盯在那里，不许它快也不许它慢，老盯在那里。所以你的眼睛就老盯着，照两小时就盯两小时，照三小时盯三小时，这没含糊的。稍微有点不管它，也许它就把星照成椭圆的了。天文台里面有条规矩，夏天不许开冷气，冬天不许生暖气，因为这样就把空气波动了。一波动星光就不正确了，所以必须经过冬天不怕冷，夏天不怕热。就得这么观测，因此天文工作者有他的辛劳，但他拍下宇宙的景象我们赞美不绝。但现在多用电脑了，我说这个的意思是说科学的历程不是那样一帆风顺的。 

　　这就是我们照的月亮的形状，从望远镜里面看到的月球呢，上面许多环形山。这是太阳，那么太阳我们把它投影在一个屏幕上来看是最安全的。这个看到的太阳就可以看到有两点：一点，它的边界是模糊的，不是那么整整齐齐那么个边界，这叫临边昏暗现象。就是因为太阳是大气组成的，那么到了它边上，大气就比较厚，你看上去就模模糊糊。最让我们惊异的是黑点子的现象，就是太阳黑子。你看到太阳黑子，这个太阳黑子呢，是太阳上的大气的漩涡。它的温度比较低，所以看起来比较黑。太阳表面的温度大约有五六千度，那个黑子的温度就要降下一千多度，所以它就比较黑。这个就是大气的漩涡，好像地球上的大风暴一样。地球在哪里？右下角这个小圆点就是地球，你看这里面能装得下多少地球！所以我们一谈天文学，就感觉到恢弘和浩大。 

　　我想插一段小故

事，在整整五十一年以前，1953年2月23号，毛泽东主席到紫金山天文台去视察参观，我非常荣幸地就陪同他来看天上的星星。我就问他，毛主席你想看什么？他说我就想看太阳黑子。我说好，咱们就看。结果就拿大望远镜对着太阳看，怎么也找不到。我心里真着急，毛主席好不容易来一趟，想看太阳黑子，我这服务太差了。这种质量太低，还能配在这里搞天文工作？后来我冷静一想，到底太阳在哪儿呢？一看天上都是阴云密布，什么也看不见，我到哪儿找呢？我就告诉毛主席，我说这个太阳黑子今天看不着。因为天上的云太多了，是阴天看不到。一般人说看不到咱们就看别的吧。毛主席不是这样说，他非常幽默，他当时用湖南话是这样说的：“今天我来看太阳黑子，老天和我作对”。这是他亲口说的话，我没有录音，但是我自己记得很清楚。后来我就和他去看别的照片去了，因为天阴了什么也看不着。我就插这么一段，毛主席看太阳黑子的故事。 

　　那么太阳上面的黑子，如果用高倍率的望远镜拍下来是什么样子呢？就这样的，你看这个好像好几个黑洞，这黑洞都能把地球装进去，装好几个地球都不含糊。我们这么伟大的地球，结果到了宇宙间又这么渺小。边上还有好多像是老玉米，又是“米”，这叫米粒组织。太阳上的米粒组织是组成太阳的一些基本单位，这每个米粒组织的直径都是几千公里呢！所以太阳是一个炙热的气体星球，它的组织很复杂。如果用X光透视一下太阳是什么样子呢？我们透视一下，这就是用X光线拍摄的太阳画面，它是一个核燃料的机构，所以它是靠了核燃料在保持它的能量。太阳据估计，已经有五十万万年以上的历史了，它可能还有五十万万年的生命，就是到最后它的燃料都用完了。这里面你可以看得出来它里面翻滚的情况，这种巨大的活动，从X射线拍下的照片就是这个状态。这是我们最近特别感兴趣的火星，这是拍下的火星照片，不过是很多照片合成的一张照片。那么在它的南极北极有冰雪的盖子，这个冰雪盖子据说是干冰组成的，二氧化碳干冰。但最新的消息说在火星上面曾经有过水，不过这个水现在到哪儿去了呢？是蒸发掉了？还是钻到地下了等等？还搞不清楚。尽管这样，美国的科学家已经迫不及待地在华盛顿发布消息，说在火星上找到水了。如果找到水的话，人到火星去就要方便得多。 

　　这是很漂亮的土星，很好看的土星。这土星它最特殊的就是有个光环，这光环从伽利略有了望远镜以后，人们就慢慢地发现，那时候望远镜分辨率不高，就看到在土星两边长了两个耳朵。后来又仔细看，过了些时候，才搞清楚是一个光环。那么这个光环经过飞到土星去的比较近的航天器，近距离的照片照下来的，就是这样的，像唱片一样旋转。不过它演奏的不是贝多芬的音乐，它是许多微小的石块密集在一起，所以就成了这个样子。我今天讲这个望远镜里的宇宙呢，不只是在地球上用望远镜，在宇宙空间也用望远镜，所以说这个望远镜是广义的，地球上的、空间的、或者飞到火星去的都在里头。 

　　这是彗星，我们在左面看到这几张彗星图，是在国家天文台兴隆观测站拍到的海尔-波普彗星，1997年拍到的。这就是海尔-波普彗星，右边的这个是什么呢？右面这个是我们中国的天文爱好者自己发现的一颗彗星，这个彗星的下面还有一个小白点，那白点是个河外星系。那个河外星系呢，是一个银河系外面的“银河系”。它离我们大约是两百多万光年，光年当然距离很大了，一光年是光线走一年的距离，光一秒钟走三十万公里，可以绕地球七圈半，算下来一年就要走9.5万亿公里。就这么快的光，从那里走到我们这里要二百多万年，那么正好这个彗星走在这个仙女座星系的旁边照张相。这表示是太阳系的天体，那是遥远的“银河系”的天体，这一远一近一比较，当然太阳系的天体对我们说来也挺远，但对其银河系外面的“银河

系”那就显得近了。这就是一个近的、一个远的在一起合影，也挺好看。这就是我们看到的彗星照片。 

　　刚才讲的都是太阳系的一些星球，这是离我们很近的。尽管太阳系的星球对我们说来，我们要坐飞船也得飞很长时间，但毕竟是很近的。那么我们现在就向遥远的星空看去，这张照片是天上的银河。如果在夏天的晚上，你就可以看到银河在天上，当然我们空气如果不太好，我们就要到更远的郊区去看星，现在有不少人在郊区去观星。这里有两颗星值得介绍，左上方的星是织女星，中间下面的这颗星是牛郎星，就是牵牛星。牛郎织女隔着银河相望，这就是中国古代流传的一个故事。在中国古代的传说里面，据说到了农历的七月初七的晚上，银河就消失了。好多鸟雀含着羽毛就搭起天桥，就让牛郎织女会面。其实这都是传说，但那天银河倒是真看不清楚了。因为七月初七月亮是上弦月，是半个月亮，正好在银河附近出现，当然它的光辉就遮住了银河。至于说他们俩到底能不能见面呢？织女星离我们二十七光年，牛郎星离我们十六光年，他们之间的距离也有十六光年，打个电话来回都要三十二年，怎么见面？这就是把这天上的星照下来，让你慢慢评说，就这样的。 

　　天上的很多星星，都不是单个的。人家说你是双星，双星什么意思？就是两颗星在一起，但这个双星的意思现在就多了。现在拿双星来比喻各方面的事都多了，很多星星都是两颗星在一起。所以这就是从望远镜里观测以后描绘下来的两颗星，有的是三颗星在一起。那么这些星呢，从眼睛看是绝对看不出来的，只有一颗星星还稍微看得见，就是北斗七星里有一个柄上有颗星，你要好的眼睛，在最晴朗的晚上你能看到旁边还有颗小星。一般你看不出来，要拿望远镜还是好分辨率的望远镜，才把它分得开。然后你才能看得清楚，所以天上的星，很多都是双星，都是成双成对的，和地上也差不多，都是这样的。所以天上的双星特别多，这也是很近乎人情的。这是双星，所以天上的星有单个的、有两个的、有三个的，这都很好看。这个星就多了，这是在金牛星座里面叫昴星团，也叫七姐妹星团。就是肉眼说是可以看到七个，大概是多少年以前看到的，现在看不到了，肉眼只能看到六个。那么这个星离我们是四百多光年，光线要走四百多年。那么这个星你看发蓝的颜色，为什么有点云雾呢？不是天上的云把它遮住了，是它自己那里就有云雾。你照相照得时间长了，那个云雾就显现出来了。所以说摄影的曝光时间和这个大有关系，好几小时的曝光就能把这个星云围绕在恒星旁边给照出来。你还看到这个上面好像有十字架的样子，这个星怎么还有十字架呢？这就是望远镜镜筒的十字架反射到那个照片上的，看起来好像挺灿烂辉煌的，实际上这是偶合。倒是挺漂亮，比那个圆点还好看。它就是离我们有四百多光年的叫做疏散星团，疏散星团就是离我们比较近的几十颗星。比方这个昴星团，叫七姐妹星团，古人看到有七颗，望远镜看起来就有几十颗，一百多颗都有。你就拿个小望远镜看，现在它已经慢慢往西面沉了，就是说你要看到那团小星呢，就离猎户座不远的那个小星。你一看，就能看到好多星，就是小望远镜都能看到，很好看的。

　　打嗝，又叫打呃或呃逆，是一种极为常见的消化道受刺激的症状。 

　　人为什么会打嗝呢？原来在人体的胸腔与腹之间，有一层横膈，也就是由肌肉组成的膈肌。它不但起到分隔胸腔与腹腔的作用，还具有辅助呼吸的功能。但当这块膈肌产生不正常的强烈收缩时，就会造成空气突然被吸进气管，因为同时伴有声带的关闭，所以会发出一种呃声。 

　　那么，膈肌为什么会发生不正常的强烈收缩呢？这要从两根神经说起。支配横膈本身的是膈神经；支配胸腹部大部分内脏器官的是迷走神经。如果有什么不良刺激，例如进食太快，突然吃冰凉东西，迎风大口吸入凉风，吃东西太多太饱等，都可以刺激膈神经或迷走神经，结果通过一系列复杂的神经反射，引起膈肌不正常的强烈收缩，于是发生打嗝。 

　　正常人发生打嗝大多是轻而短暂的，上腹部轻轻按摩，喝上一口温热茶水，用手捂一会儿鼻子和嘴，或者采用针刺疗法，打嗝一般很快会停止。个别顽固持久的打嗝，恐怕是由于疾病引起的，例如脑部疾病、腹腔内有感染等，则应请医生进一步检查与治疗。 

　　科学家研究认为，打嗝动作可能是一些既有肺又有腮的动物防止水进入肺的一种机制，是动物从水生到陆生进化过程的残余现象。 

　　据英国《新科学家》杂志报道，打嗝是人体用于吸气的肌肉突然收缩导致的。这些肌肉开始运动时，声门关闭气管，发出特殊的“嗝”声。超声波扫描发现，未出生的胎儿在有呼吸运动之前就会打嗝。 

　　法国科学家最近在英国《生物评论》杂志上报告说，哺乳动物打嗝可能是某种原始反应的残余现象，通常在特定的大脑回路被激活时产生。 

　　人类的打嗝动作与蟾蜍等动物的腮流通过程有很多相似之处。科学家们提出，打嗝可能是人类早期祖先的一种生理机能，而控制其中声门和腮动作的脑回路对产生其它一些复杂运动也有用。所以经几亿年的进化之后，它并没有被淘汰掉。 

　　科学家们认为，胎儿打嗝很可能是哺乳动作的一种早期体现，就像幼儿学会走路之前先学会爬一样。婴儿吮吸乳汁的动作与打嗝非常相像，在肌肉运动时声门关闭，以防止乳汁进入肺部

黑洞产生过程 

 恒星形成黑洞的表现形式

观测证据

人老了为什么会驼背和变矮

常听到老年人说：“人老了，个子矮了，背也驼了。”这种现象确实存在，而且相当普遍。严重时，一个人80 岁时的身高会比年轻时缩短10～ 15 厘米。这是为什么呢？

人的身高主要由脊柱和下肢的长度决定。成人脊柱由26 块脊椎骨及其间的椎间盘共同构成。大部分人会觉得自己的腰背是挺直的，其实从侧面看脊柱并不直，而是存在着四个生理弯曲，两个前凹、两个后凸，互相抵消后整体看来还是直的。在四个生理弯曲中，对身高影响较大的是胸椎的后凸和腰椎的前凸。

人到了成年以后，随着年龄的增长，全身的关节都会发生退行性改变， 关节软骨因磨损和退化而变薄，关节间隙出现狭窄。椎间盘作为脊椎骨之间的特殊关节，当然也不例外。而且，上了年纪的人或多或少都会有骨质疏松，严重者脊椎骨（尤其是胸椎、腰椎）在体重的压迫下会不堪重负，由四方形变成前低后高的楔形。

由于骨质疏松引起多个脊椎骨的楔形变，胸椎后凸增大，腰椎前凸减小，最终使脊柱整体变得前半部分矮，后半部分高，反映在身体外形上就是驼背。驼背使得脊柱的相对长度缩短，人在站立时个子也就显得矮了一些。

个子变矮还有其他一些原因，其中最主要的是颈椎、胸椎、腰椎3 个椎间盘的缩水变薄。按平均每个椎间盘变薄3 ～ 4 毫米计算，脊柱就会缩短10 厘米左右。另外，下肢的髋关节、膝关节、踝关节间隙狭窄，尤其是膝关节变窄并且变成罗圈腿时，身高会进一步降低。

　　寒冷的冬天，吃上一碗热乎乎的“冻豆腐”，那真算得上是一种别具风味的美菜呢！

　　豆腐本来是光滑细嫩的，冰冻以后，它的模样为什么会变得象泡沫塑料呢？

　　豆腐的内部有无数的小孔，这些小孔大小不一，有的互相连通，有的闭合成一个个小“容器”，这些小孔里面都充满了水分。我们知道，水有一种奇异的特性：在4℃时，它的密度最大，体积最小；到0℃时，结成了冰，它的体积不是缩小而是胀大了，比常温时水的体积要大10%左右。当豆腐的温度降到0℃以下时，里面的水分结成冰，原来的小孔便被冰撑大了，整块豆腐就被挤压成网络形状。等到冰融化成水从豆腐里跑掉以后，就留下了数不清的孔洞，使豆腐变得象泡沫塑料一样。冻豆腐经过烹调，这些孔洞里都灌进了汤汁，吃起来不但富有弹性，而且味道也格外鲜美可口。

　　很早以前，我国人民就已经懂得了冰冻膨胀的原理，并利用它来开采石头：冬天，他们在岩石缝里灌满水，让水结冰膨大，把巨大的山石撑得四分五裂，很快就能采到大量的石料。

　　近年来，工业生产上出现了一种巧妙的新工艺――“冰冻成型”，也是冰冻膨胀原理的应用。办法是：根据零件的形状，用强度很大的金属，做一个凹形的阴模和一个凸形的阳模，把要加工的金属板放在两个模的中间，在阳模和密闭的外壳之间，灌满4℃左右的水，然后把这个装置冷却到0℃以下。这时，由于水结冰，体积膨胀，所产生的巨大力量把阳模压向阴模，便把金属板压成一定形状的部件了。

　　由于水在4℃时的密度最大，体积最小，水温低于4℃时体积反而增大，所以，在4℃时水就不再上下对流了。因此，到了冬季，寒冷地区的江河湖海，表面上虽然结了厚厚的冰层，但下面水的温度却保持在4℃左右，这就给水生物创造了生存的环境。

　　冰冻也会给人们带来危害，它能使水缸冻破，把自来水管道冻裂……因此，在冬季来临的时候，要及时做好保暖防冻工作。

　　刚从开水里取出的熟鸡蛋，你用手去拿，为什么不觉得烫手?

　　这是因为，刚从开水里拿出来的鸡蛋表面还沾着水，水分的蒸发使蛋壳温度降低，因此手并不感到很烫。不过，这只是很短的一会儿，鸡蛋表面的水分完全蒸发以后，鸡蛋就会烫手了。

　　蒸发是降低温度的好办法。当室温比人体的温度高的时侯，人体向外散热主要足依靠蒸发的办法。人体每小时可以分泌l升以上的汗液，带走的热量大约是580千卡。也就是说可以使58公斤的水温度下降10摄氏度。所以一个人即使在面包炉里，只要不被直接烫伤也是能待一个短时间的。人体对周围温度的感受和空气的涅度关系很大。冬天虽然屋子里的温度在25摄氏度，脱了衣服仍然感到很冷，这是由子冬天屋子里的空气十分干燥，身上的汗水蒸发的快。而夏天空气潮湿，蒸发过程缓慢，所以不觉得冷。

任立增(山东省青州市郑母中心初级中学 262519) 
于保全(山东省郓城县第一中学 274700)

　　水开了，这时你若迅速把壶提起来并勇敢地把手贴到壶底，发现壶底并不烫手，若过一会才把手贴向壶底，壶底反而又烫手了。为什么会出现这种现象呢? 

　　壶底是离热源最近的地方，也是水汽化最集中的地方。水开后，在壶底产生一串串汽泡，并上升到水面，这就是沸腾。水沸腾要吸收大量的热，在水壶离开火炉后的一瞬间，水的沸腾仍在进行，所以此时壶底附近的热大量地被吸收，暂时降低了壶底的温度，因此壶底并不烫手。可是过一会儿后，水停止沸腾，不再冒汽泡，壶底和水温相同，壶底也就烫手了。

　　找一个水杯或玻璃罐头瓶，一块旧棉布。把棉布湿水后，迭成几层，平放在桌面上，然后给瓶里放上一团棉花，用火燃着，不等火熄灭，就赶快把瓶子扣在湿布上，瓶子就把布吸住了。

　　这是因为瓶里的空气，有一部分受热膨胀后跑掉了，瓶子扣在湿布上以后，里边空气很快凉下来，瓶里空气的压强小于外面空气的压强，在里外压力差的作用下，湿布就好象被一只无形的手按住一样，掉不下来了。拔火罐就利用了这个道理。拔过火罐的人都会感觉到，在罐口处有一股向上拔的劲，就是这股劲促进机体的新陈代谢，达到一定的治疗目的。拔火罐的医疗方法在我国已有很悠久的历史，大约在公元四世纪就开始使用了。这说明在一千五百多年前，我们的祖先就已知道气体热胀冷缩的现象，并且利用了它。

　　可是，为了证明大气有压力存在，以及测定大气压强到底有多大，科学家们却花费了大量的精力。著名的科学家伽利略，虽然发现了抽水唧筒不能把水吸到高于9.8米的高度，但是无法解释它的原因。直到他去世后的一年（1643年），才由他的学生托里拆利用大气的压强进行了解释。当时托里拆利测得大气的压强是76厘米水银柱高，即1.01×105牛顿／米2。不久，托里拆利的解释被实验所证实，其中最有名的实验，就是德国科学家冯・葛利克于1654年进行的。他用铜做了两个中空的半圆球，直径是1.2英尺（约合37厘米），两个半球的边缘都镶了涂有油脂的皮圈，使它们合在一起的时候不会漏气。起先，把这两个半球合在一起，轻轻地一拉，它们就分开了。接着，又把这两个球粘在一起，抽去球内的空气。这次人再也拉不开了，改用16匹马，一边8匹，向相反的方向拉，才把铜球拉开。这是因为抽气前，球内外所受的气压相同，轻轻用力就可以把两个半球分开；抽气以后，球内的气压很低，几乎没有，铜球受到外部气压的作用，被紧紧地压在一起，据计算这种压力大约有2100多公斤呢，难怪很难把它拉开。

　　以后科学家们还发现，一定气体的压强还随着温度的升高而增大。明白了这个道理，我们就可以解释日常生活中的许多现象，如用高压锅做好饭后，为什么不能马上打开锅盖；为什么爆米花机能把结实的米粒爆成松脆的米花等等。

　 自行车在我国是很普及的代步和运载工具。在它的“身上”运用了许多力学知识，

　　1．测量中的应用

　　在测量跑道的长度时，可运用自行车。如普通车轮的直径为0.71米或0.66米。那么转过一圈长度为直径乘圆周率π，即约2.23米或2.07米，然后，让车沿着跑道滚动，记下滚过的圈数n，则跑道长为n×2.23米或n×2.07米。

　　2．力和运动的应用

　　(1)减小与增大摩擦。

　　车的前轴、中轴及后轴均采用滚动以减小摩擦。为更进一步减小摩擦，人们常在这些部位加润滑剂。

　　多处刻有凹凸不平的花纹以增大摩擦。如车的外胎，车把手塑料套，蹬板套、闸把套等。变滚动摩擦为滑动摩擦以增大摩擦。如在刹车时，车轮不再滚动，而在地面上滑动，摩擦大大增加了，故车可迅速停驶。而在刹车的同时，手用力握紧车闸把，增大刹车皮对钢圈的压力以达到制止车轮滚动的目的。

　　(2)弹簧的减震作用。

　　车的座垫下安有许多根弹簧，利用它的缓冲作用以减小震动。

　　3．压强知识的应用

　　(1)自行车车胎上刻有载重量。如车载过重，则车胎受到压强太大而被压破。

　　(2)座垫呈马鞍型，它能够增大座垫与人体的接触面积以减小臀部所受压强，使人骑车不易感到疲劳。

　　4．简单机械知识的应用

　　自行车制动系统中的车闸把与连杆是一个省力杠杆，可增大对刹车皮的拉力。自行车为了省力或省距离，还使用了轮轴：脚蹬板与链轮牙盘；后轮与飞轮及龙头与转轴等。

　　5．功、机械能的知识运用

　　(1)根据功的原理：省力必定费距离。因此人们在上坡时，常骑“s形”路线就是这个道理。

　　(2)动能和重力势能的相互转化。

　　如骑车上坡前，人们往往要加紧蹬几下，就容易上去些，这里是动能转化为势能。而骑车下坡，不用蹬，车速也越来越快，此为势能转化为动能。

　　6．惯性定律的运用

　　快速行驶的自行车，如果突然把前轮刹住，后轮为什么会跳起来。这是因为前轮受到阻力而突然停止运动，但车上的人和后轮没有受到阻力，根据惯性定律，人和后轮要保持继续向前的运动状态，所以后轮会跳起来。

　　切记下坡或高速行驶时，不能单独用自行车的前闸刹车，否则会出现翻车事故！

　　罚点球的队员把球踢出去后，对方守门员朝着来球的方向扑去，但是球在半途中改变了方向，绕过守门员射进了球门，球场上响起了一片喝采声……

　　这种被解说员称为“香蕉球”的射门技巧是由于射出的球高速旋转而形成的，但为什么旋转的球体就不走直线了呢？这就要用空气动力学中一条重要结论来解释了。这条结论简述为：物体在流体中运动，它周围的流体相对它流速越大处压强就越小，当球如图所示的方向旋转着前进时，球的左侧面的气流相对球面来说流动速度较小，这时球左侧的压强大于右侧，则球受了一个向右的力，所以球从对方大门右侧射入。

　　流体力学的这条规律有多种应用，如飞机机翼的断面设计成上凸下平、喷雾器插在药液中的细管等。

　　经典物理学是从否定亚里士多德的时空观开始的。当时曾有过一场激烈的争论。赞成哥白尼学说的人主张地球在运动，维护亚里土多德—-托勒密体系的人则主张地静说。地静派有一条反对地动说的强硬理由：如果地球是在高速地运动，为什么在地面上的人一点也感觉不出来呢？这的确是不能回避的一个问题。

　　1632年，伽利略出版了他的名著《关于托勒密和哥白尼两大世界体系的对话》。书中那位地动派的“萨尔维蒂”(图4-1)对上述问题给了一个彻底的回答。他说：“把你和一些朋友关在一条大船甲板下的主舱里，让你们带着几只苍蝇、蝴蝶和其他小飞虫，舱内放一只大水碗，其中有几条鱼。然后，挂上一个水瓶，让水一滴一滴地滴到下面的一个宽口罐里。船停着不动时，你留神观察，小虫都以等速向舱内各方向飞行，鱼向各个方向随便游动，水滴滴进下面的罐中，你把任何东西

　　扔给你的朋友时，只要距离相等，向这一方向不必比另一方向用更多的力。你双脚齐跳，无论向哪个方向跳过的距离都相等。当你仔细地观察这些事情之后，再使船以任何速度前进，只要运动是匀速，也不忽左忽右地摆动，你将发现。所有上述现象丝毫没有变化。你也无法从其中任何一个现象来确定，船是在运动还是停着不动。即使船运动得相当快，在跳跃时，你将和以前一样，在船底板上跳过相同的距离，你跳向船尾也不会比跳向船头来得远。虽然你跳到空中时，脚下的船底板向着你跳的相反方向移动。你把不论什么东西扔给你的同伴时，不论他是在船头还是在船尾，只要你自己站在对面，你也并不需要用更多的力。水滴将象先前一样，滴进下面的罐子，一滴也不会滴向船尾。虽然水滴在空中时，船已行驶了许多柞。鱼在水中游向水碗前部所用的力并不比游向水碗后部来得大；它们一样悠闲地游向放在水碗边缘任何地方的食饵。最后，蝴蝶和苍蝇继续随便地到处飞行。它们也决不会向船尾集中，并不因为它们可能长时间留在空中，脱离开了船的运动，为赶上船的运动而显出累的样子。”

　　萨尔维阿蒂的大船道出了一条极为重要的真理，即：从船中发生的任何一种现象，你是无法判断船究竟是在运动还是在停着不动。现在称这个论断为伽利略相对性原理。

　　用现代的语言来说，萨尔维阿蒂的大船就是一种所谓惯性参考系。就是说，以不同的匀速运动着而又不忽左忽右摆动的船都是惯性参考系。在一个惯性系中能看到的种种现象，在另一个惯性参考系中必定也能无任何差别地看到。亦即，所有惯性参考系都是平权的、等价的。我们不可能判断哪个惯性参考系是处于绝对静止状态，哪一个又是绝对运动的。

　　伽利略相对性原理不仅从根本上否定了地静派对地动说的非难，而且也否定了绝对空间观念(至少在惯性运动范围内)。所以，在从经典力学到相对论的过渡中，许多经典力学的观念都要加以改变，唯独伽利略相对性原理却不仅不需要加以任何修正，而且成了狭义相对论的两条基本原理之一。

　　桥是不是不应该设计成拱形向上的，而应该设计成凹形的为好。因为汽车在向下行驶之前具备一定的势能，这个势能可以帮助它顺利地到达桥的那一端。可是拱形向上的桥却没有这个优点。

　　桥设计成向上的理由，是因为汽车经过桥中部时，桥所承受的压力较小；而相比之下，凹形桥承受的压力较大。

　　由于汽车经过一个弧形的时候，需要有一个向心力f，它是由重力mg和支承力n合成的。

　　　在拱形桥：f=mg-n ∴ n=mg-f
　　　在凹形桥：f=n-mg ∴ n=f-mg

　　由上述两个式子可见，拱形桥的n较小，n是桥对汽车的支承力，其大小等于汽车对桥的压力。所以拱形桥对桥的结构强度设计上有利。至于茜露的理由是对汽车而言，为了汽车能利用势能节约一点汽油，反而改变桥的设计，这岂不是本末倒置了吗？

　　一般江河大堤和水库大坝的横截面如图1甲、乙所示．
图1

　　比较上面两图，不难发现，它们的共同之处都是上窄下宽，不同的是江河堤的迎水面坡度缓，背水面坡度陡，而水库坝则恰恰相反，挡水面坡度陡，背水面坡度缓．

　　一、为什么江河大提与水库大坝都修成上窄下宽

　　无论是江河大堤，还是水库大坝都修成上窄下宽，其目的主要是为了“三防”．

1．　防水压

　　根据液体内部压强公式ｐ＝ρｇｈ可知，堤坝内的水越靠近堤坝底，水深ｈ越大，水产生的压强也越大．堤坝下宽能承受较大的水压，确保堤坝的安全．

2．　防渗漏

　　堤坝下部受水的压强越大，水越容易渗进坝体．把下部修得宽些，就可以延长堤坝内水的渗透路径，增大渗透阻力，从而提高堤坝的防渗透性能．
　　3．防滑动
　　堤坝内水的压力总有将大堤向外水平推动和将大坝推向下游的运动趋势，堤坝基底需要有与之抗衡的静摩擦力，才能保持堤坝平衡．将堤坝下部修宽既可增大坝体的重力，也可增大迎水面（挡水面）上水对坝体竖直向下的压力，因此，可以增强坝体与坝基间的最大静摩擦力，达到防止堤坝滑动的目的．

　　二、为什么江河大堤和水库大坝两边的坡度陡缓状况修得恰恰相反
　　对于两岸拦水的大堤来说，奔腾的江河水的冲击力方向朝下游，水对堤坝的作用力主要是压力，如图2甲、乙所示，水的压力垂直于堤面，根据力的分解知识有，ｆｘ＝ｆｓｉｎθ，ｆｙ＝ｆｃｏｓθ，因此，对于同样大小的水的压力ｆ，坡度平缓的堤面所受横向水平压力较小，即ｆｘ＜ｆｘ′；所受竖直向下的压力较大，即ｆｙ＞ｆｙ′．所以对于江河大堤，迎水面坡度缓，水对大堤水平向外的推力ｆｘ小．同时竖直向下的力ｆｙ大，有利于增大堤坝基底与堤坝的静摩擦力，即可以防滑．
　　　　
　　　图2　　　　　　　　　　　　　　　　　图3

　　对于水库大坝受力分析，如图3所示，根据液体压强公式ｐ＝ρｇｈ，水库大坝的挡水面各处承受的压强跟水深成正比，呈三角形分布，故总水压力通过压强的三角形分布距坝底ｈ／3．设水库大坝的总重力为ｇ，重心在ｏ′处，为便于分析，设水库中水对大坝的总压力ｆ水平向外（大坝外侧），如右下图所示．因受水的压力ｆ的作用，坝体会以水库外侧大坝的坝脚ｏ为支点有沿顺时针方向倾覆的趋势，其倾覆力矩为ｍｆ＝ｆ×ｈ／3．而大坝依靠自身的重力ｇ产生的抗倾覆力矩ｍg＝ｇｄ．把坝体修得沿背水面坡度缓一些，能够达到既增大重力，又增大力臂ｄ的效果，从而达到增大抗倾覆力矩ｍg的效果．

　　由此可见，在不增加建设大堤和大坝的土石方，用料及造价相同的前提下，迎水面比背水面缓的江河大堤更牢固，挡水面比背水面陡的水库大坝更稳定．

　　过山车是一项富有刺激性的娱乐工具。那种风驰电掣、有惊无险的快感令不少人着迷。如果你对物理学感兴趣，那么在乘坐过山车的过程中不仅能够体验到冒险的快感，还有助于理解力学定律。实际上，过山车的运动包含了许多物理学原理，人们在设计过山车时巧妙地运用了这些原理。如果能亲身体验一下由能量守恒、加速度和力交织在一起产生的效果，那感觉真是妙不可言。这次同物理学打交道不用动脑子，只要收紧你的腹肌，保护好肠胃就行了，当然，如果你的身体条件和心理承受能力的限制，无法亲身体验过山车带来的种种感受，你不妨站在一旁仔细观察过山车的运动和乘坐者的反应。

　　在开始旅行时，过山车的小列车是靠一个机械装置的推力推上最高点的，但在第一次下行后，就再也没有任何装置为它提供动力了。事实上，从这时起，带动它沿着轨道行驶的惟一的”发动机”将是引力势能，即由引力势能转化为动能、又由动能转化为引力势能这样一种不断转化的过程构成的。

　　第一种能，即引力势能是物体因其所处位置而自身拥有的能量，是由于它的高度和由引力产生的加速度而来的。对过山车来说，它的势能在处于最高点时达到了最大值，也就是当它爬升到”山丘”的顶峰时最大。当过山车开始下降时，它的势能就不断地减少（因为高度下降了），但它不会消失，而是转化成了动能，也就是运动能。不过，在能量的转化过程中，由于过山车的车轮与轨道的摩擦而产生了热量，从而损耗了少量的机械能（动能和势能）。这就是为什么要设计成随后的小山丘比开始时的小山丘要低的原因：过山车已经没有上升到像前一个小山丘那样的高度所需要的机械能了。过山车最后一节小车厢里是过山车赠送给勇敢的乘客最为刺激的礼物。事实上，下降的感受在过山车的尾部车厢最为强烈。因为最后一节车厢通过最高点时的速度比过山车头部的车厢要快，这是由于引力作用于过山车中部的质量中心的缘故。这样，乘坐在最后一节车厢的人就能快速地达到和跨越最高点，从而产生一种要被抛离的感觉，因为质量中心正在加速向下。尾部车厢的车轮是牢固地扣在轨道上的，否则在到达顶峰附近时，小车厢就可能脱轨甩出去。车头部的车厢情况就不同了，它的质量中心在“身后”，在短时间内，它虽然处在下降的状态，但是它要”等待”质量中心越过高点被引力推动。

　　到达“疯狂之圈”时，沿直线轨道行进的过山车突然向上转弯。这时，乘客就会有一种被挤压到轨道上的感觉，因为这时产生了一种表观的离心力。事实上，在环形轨道上由于铁轨与过山车相互作用产生了的一种向心力。这种环形轨道是略带椭圆形的，目的是为了”平衡”引力的制动效应。当过山车达到圆形轨道的最高点时，事实上它会慢下来，但如果弯曲的程度较小时，这种现象会减弱。一旦过山车走完了它的行程，机械制动装置就会非常安全地使过山车停下来。减速的快慢是由气缸来控制的。

　　下雨天，外出的人们不是打伞，就是穿雨衣。

　　雨衣为什么不透水呢？奥妙就在制作材料上。就拿布制雨衣来说吧，它是用防雨布（经过防水剂处理的普通棉布）制成的。防水剂是一种含有铝盐的石蜡乳化浆。石蜡乳化以后，变成细小的粒子，均匀地分布在棉布的纤维上。石蜡和水是合不来的、水碰见石蜡，就形成椭圆形水珠，在石蜡上面滚来滚去。可见，是石蜡起了防雨的作用。物理学上把这种不透水的现象，叫做“不浸润现象”。而水一旦遇到普通棉布，就通过纤维间的毛细管渗透进去，这就叫做“浸润现象”。

　　物体是由分子组成的。同一种物质的分子之间的相互作用力，叫做内聚力；而不同物质的分子之间的相互作用力，叫做附着力。在内聚力小于附着力的情况下，就会产生“浸润现象”；反之，则会出现“不浸润现象”。雨衣不透水，正是由于水的内聚力大于水对雨衣的附着力的缘故。

　　物理学还告诉我们：水的内聚力作用在水表面形成表面张力。水的表面张力使水面形成一层弹性薄膜，当水和其他物体接触时，只要水对它不浸润，那么这层弹性膜就是完好的、可以把水紧紧地包裹着。有人试验过：巧妙地把水倒进浸过蜡的金属筛里，水并没有从筛眼里漏下去。

　　常见的玻璃，看起来光滑晶亮。可是，水遇上它，却紧紧地缠住不放，带来了种种麻烦：下雨的时候，车前窗玻璃上的雨水挡住了司机的视线，很不安全，于是只好开动划水器，把雨水排去；戴眼镜的人，在喝热水的时候，镜片立即蒙上一层雾汽，挡住了视线，什么东西也看不见了。

　　人们知道了水的表面张力的特性，了解了水的内聚力与附着力的关系以后，不仅巧妙地制成了雨衣，而且还造出了新颖的“憎”水玻璃――在普通玻璃上涂一层硅有机化合物药膜，它大大削弱了雾汽对玻璃的附着力。用这种憎水玻璃做镜片，为戴眼镜的人解除了蒙雾的苦恼；把这种玻璃安在车的前窗上，划水器也就用不着了。现在你该能说出篷布、布伞不漏雨的道理了吧！

任立增(山东省青州市郑母中心初级中学 262519)
于保全(山东省郓城县第一中学 274700)

　　水槽下方的下水管大都做成如图一样的弯曲形状，再通入水道，你知道这是为什么吗? 

　　这是利用连通器的原理。下水管做成弯曲形状，这就制成了一个连通器，液体不流动的情况下，连通器的液面总保持相平，当上面的水管不使用时，没有水流入下水管中，弯曲水管中的a、b管水平面相平，这样可以阻止下水道里污水的臭气上升；而当上面的水管使用时，水流入下水管内，由于a管液面升高，a、b液面不平，产生压强差，从而使水开始流动，脏水流走。

　　要想弄清这个问题，首先要弄清电冰箱的工作原理，下面就压缩式冰箱介绍一下。 压缩式电冰箱是电机压缩式电冰箱的简称，它主要有以下三个构成部分：箱体、制冷系统与控制系统。而其中最关键的是制冷系统。 现在就来看看制冷系统是如何工作的。它是利用物态变化过程中的吸热现象，使之气液循环，不断地吸热和放热，以达到制冷的目的。其具体过程是：通电后压缩机工作，将蒸发器内已吸热的低压、低温气态制冷剂吸入，经压缩后，形成温度为55c～58c，压强为1128帕的高压、高温蒸气，进入冷凝器。由于毛细管的节流，使压力急剧降低。因蒸发器内压力 低于冷凝器压力，液态制冷剂就立即沸腾蒸发，吸收箱内的热量变成低压、低温的蒸气。再次被压缩机吸入。如此不断循环，将冰箱内部热量不断的转移到箱外。

　　正是因为这样，所以夏天用冰箱来冷却房间，不但是不可能的，反而会使其内部温度升高。 通过以上分析，我们知道只要压缩机一工作，其机体内就有高压存在，并且在断电后，要有段时间才能消失，这就是冰箱为什么不能在关机后立即开机的原因所在。下面详细分析一下其内在机理。 电冰箱在运行过程中，其制冷系统压缩机的吸气侧移为低压侧，其压力略高于大气压力。压缩机的排压侧移为高压侧，压强高达117007帕左右，两侧的压强差很大(压力差也是很大)，停机后两侧系统仍然保持这个压力差，如果立即起动，压缩机活塞压力加大，电机的压动力矩不能克服这样的压力差，使电机不能起动，处于堵转状态，这就使得旋转磁场相对于转子的转速加快，磁通量的变化率加大了，从而导致电机绕组的电流剧增，温度升高，如果时间长，很有可能烧毁电机。因此要求停机后过4～5分钟再起动。

任立增(山东省青州市郑母中心初级中学 262519) 
于保全(山东省郓城县第一中学 274700)

　　电灯泡的灯丝是用金属钨制成的。通电后，灯丝发热，温度高达2500℃以上。金属钨在高温下升华，一部分金属钨的微粒便从灯丝表面跑出来，附着在灯泡内壁上。时间一长，灯泡就会变黑，降低亮度，影响照明。

　　科学家们根据气体对流是自下而上的特点，在灯泡内充有少量惰性气体，并把灯泡做成梨形。这样，灯泡内的惰性气体对流时，金属钨蒸发时的黑色微粒大部分被气体卷到上方，着在灯泡的颈部，便可保持玻璃透明，使灯泡亮度不受影响。

　　现代年青人少年白头的越来越多，在一些压力大、竞争激烈的岗位上，更是不时可见年轻的面孔上顶着一头沧桑的白发。专家表示，“少白头”的致病机理暂时还不很清楚，市面上的药、生发水都无法彻底根治“少白头”，只能通过一些综合性因素共同作用改善病情。

　　市皮肤病性病防治医院院长王学民教授指出，从临床看，绝大多数“少白头”病人都有遗传背景，一些病人长到一定年龄就会出现白发，先天性就是白发的也不乏其人。

　　不过，专家至今还未发现致病的基因位点。只能推测是在有家族病史的情况下，由于精神、心理等因素作用，致病基因更易显现出来。基于现代人心理压力大、生活节奏快的现状，“少白头”出现得多也就不难理解。

　　对于一些声称可以使白发变黑的药物，王教授指出，头发黑是毛囊中黑色素作用的结果，这些药物基本上有营养毛囊的作用，因此对黑色素也能起一定的营养效果。但是，这些药物最多只能降低黑发变白的速率，不能根治少白头，也不能使原有白发变黑。

　　尽管如此，病人还是可以通过自身的努力，作出一定改善。王教授表示，首先，病人要进行正确的咨询，避免因为白发而导致心情过度焦虑。其次，病人要适当放松精神压力，这可能是促使少白头加重的外因。第三，要有均衡的营养，因为毛囊的活力需要局部营养，而系统性的全身营养有助于头发获得局部营养，相形之下，身体虚弱的人头发更易变白。

　　少白头的饮食防治

　　现代医学认为，少白头的发生多与神经因素、营养不良、内分泌障碍以及全身慢性消耗性疾病有关。

　　中医学则认为，此疾病主要是由于肝肾不足、气血亏损所致。先天性的少白头多与遗传有关，不易治疗；而后天性的少白头，除了根据病因治疗外，还应加强营养。实验表明，缺乏蛋白质和高度营养不良是早生白发的病因之一。饮食中缺乏微量元素铜、钴、铁等也可导致白发。

　　近年来科学家研究发现，头发的色素颗粒中含有铜和铁的混合物，当黑色头发含镍量增多时，头发就会变成灰白色；金黄色的头发中含有钛；赤褐色的头发中含有钼；棕红色的头发中除含有铜外，还含有钛。由此可见，微量元素与头发的颜色有密切关系。为了防止少白头的过早出现，在饮食上应注意多摄入还铁和铜的食物。含铁多的食物有动物肝、蛋类、黑木耳、海带、大豆、芝麻酱等；含铜多的食物有动物肝、肾、虾蟹类、硬果类、杏铺干和干豆类等。要注意B族维生素的摄入。医学家现已确认，缺乏维生素B1、B2、B6也是造成少白头的一个重要原因。应增加这类食物的摄入，如谷类、豆类、干果类、动物肝、心、肾、奶类、蛋类和叶蔬菜等。还要注意多摄入富含酪氨酸的食物。黑色素的形成过程，是由酪氨酸霉氧化酪氨酸而成的。也就是说，黑色素形成的基础是酪氨酸，酪氨酸缺乏也会造成少白头。因此，应多摄入含酪氨酸丰富的食物，如鸡肉、瘦牛肉、瘦猪肉、兔肉、鱼及硬果类食物等。

　　此外，经常吃一些有益于养发乌发的食物，增加合成黑色素的原料。中医认为“发为血之余”，“肾主骨，其滑在发”，主张多吃养血补肾的食品以乌发润发。

绝大多数的地震由地壳运动所引起。刚硬的岩石在地壳运动中受到力的作用，发生形变甚至破裂，往往就会产生地震。

虽然目前对地壳运动的推动力从何而来还有争论，对地震产生的根本原因也有许多推测，但关于“地震是由于该处的岩石发生破裂而直接引起”这一论断是毫无疑问的。

绝大多数地震的发生是由于该处地下的岩石产生了新的断裂，或原有的裂缝再次发生错动，强烈的地震则多发生在地下原有断裂的地方。

当地下的岩石接近破裂时，太阳和月亮引力作用、大气或水（水库）对地面压力的变化，都可促成破裂，从而引发地震。

地震也常常伴随着火山爆发，大量炽热的岩浆从地层深处喷出，其体积迅速膨胀，冲击地壳，因此常常引起地震。

通常每一根头发2～6年更换一次。正常的脱发，是毛根逐渐产生角质化，向下发展达毛乳头处，由于头发和毛乳头脱离，头发就从头皮脱落，但是又有一根新的头发在原处长出来。如果脱落的是长发，属正常更换；如果脱落的是短发，就可能是头发底下的毛乳头受到了不利影响。例如，婴儿的头皮经常在枕头上摩擦，人发烧或生了严重的疾病，都会引起暂时性脱发。但如果头部的皮肤因外伤、烫伤、患疮疖等造成皮肤组织损坏，结成疤痕而引起头发脱落，那以后就没有希望再长出来了。头发的生长与身体的健康状况、年龄以及气候有关。身体健康、年纪轻的人头发长得快；夏天，随人体的新陈代谢速度加快，头发也长得快些；反之，头发就长得慢，容易脱落，而且颜色发黄，没有光泽。