趣味物理实验

雅科夫？伊西达洛维奇？别莱利曼（1882～1942） 
出生于俄国格罗德省别洛斯托克市，享誉世界的科普作家、趣味科学的奠基人。1959年，“月球3号”无人月球探测器传回了世界上第一张月球背面图，其中拍的一个月球环形山就被命名为“别莱利曼”环形山，以纪念这位科普大师。 
别莱利曼从17岁时开始在报刊上发表文章。1909年大学毕业后，开始全力从事科普写作和教育工作。从1916年开始，他用了3年时间，创作完成了其代表作《趣味物理学》，为以后一系列趣味科普读物的创作奠定了基础。别莱利曼一生共创作了105部作品，其中大部分是趣味科普读物。他的作品被翻译成数十种语言，对世界科普事业作出了非凡贡献。 
别莱利曼的趣味科学系列丛书既妙趣横生又立论缜密，是受欢迎、适合青少年阅读的科普书。一些在学校里让学生感到难懂枯燥的科学问题，在别莱利曼的笔下，都改变了呆板的面目，显得和蔼可亲了。

畅销20多个国家，全世界销量超过2000万册 
做一个了不起的科学少年！ 

世界科普大师、趣味科学奠基人别莱利曼的代表作品，对全世界青少年科学学习产生深远影响的科普读物。入选世界十大科普读物。 

其实啊，物理哪有那么难！新奇、有趣、充满想象力的科学玩耍手册！ 
与教科书上枯燥难懂的物理题目说“再见”，通过有趣的物理小实验，激发无限科学想象力。 

送给孩子好的礼物！培养善于发现问题的眼睛和勇敢探索的心灵，让每一个少年都成为“小牛顿”。 

全世界孩子喜爱的趣味科学读物 
★如何制作模拟潜水艇？ 
★液体会产生向上的作用力吗？ 
★怎样将物品向着自己的方向吹过来？ 
★窗户明明关好了，为什么还会漏风？ 
★可以用开水将水烧开吗？ 
★房间里的空气有多重？ 
…… 

全世界孩子最喜爱的大师趣味科学丛书 
①《趣味物理学》 
②《趣味物理学-续篇》 
③《趣味力学》 
④《趣味几何学》 
⑤《趣味代数学》 
⑥《趣味天文学》 
⑦《趣味物理实验》 
⑧《趣味化学》

    Chapter 1 生活中的有趣物理实验 
     
    比哥伦布更厉害 
     
    “ 哥伦布 真是个伟人，”一名小学生在作文里写道，“他不仅发现了美洲，还竖起了鸡蛋 。”对于这个年幼的小学生来说，这两项成就都令他觉得惊叹。 
    然而，马克·吐温 却不这么认为，他觉得哥伦布发现新大陆没什么大惊小怪的：“要是他没有发现美洲，反而是一件奇怪的事情。” 
    我却觉得，哥伦布确实称得上是一位伟大的航海家，但竖鸡蛋算不上是一项成就。你知道哥伦布是如何竖起的鸡蛋吗？其实，很简单，他先是把鸡蛋一端的蛋壳敲破，然后把鸡蛋放到桌上，鸡蛋就竖起来了。我们可以看出，这个方法虽然竖起了鸡蛋，但鸡蛋已经不是原来的形状了。那么，如果不改变鸡蛋的形状，是否也能把它竖起来呢？作为航海家的哥伦布虽然很勇敢，但他并没有解决这个问题。 
    实际上，相比于发现美洲，竖鸡蛋要容易得多，可能比发现一个弹丸小岛都要容易。关于竖鸡蛋，可能有下面三种情况： 
    ●一是把熟鸡蛋竖起来。 
    ●二是把生鸡蛋竖起来。 
    ●三是把生、熟两种鸡蛋都竖起来。 
    先说竖熟鸡蛋，这是最容易实现的。用两个手掌或者一只手的手指让鸡蛋转动，就像转陀螺一样，可以看到，鸡蛋在转动的过程中都是竖着的，在停下来之前，它一直保持直立的姿态。多试几次，会让鸡蛋转得更久，竖起的时间更长。 
    采用同样的方法是不能竖起生鸡蛋的。如果你试过就会发现，对于生鸡蛋来说，它很难转动起来。其实，这也正是生鸡蛋与熟鸡蛋的区别，可以作为鉴别方法。对于生鸡蛋而言，它里面的物质是液态的，在转动的时候不会像熟鸡蛋那样与蛋壳一起快速转动，相反，它还会阻碍转动这一行为。 
    那到底怎样才能把生鸡蛋竖起来呢？ 
    方法是这样的：先把生鸡蛋用力摇晃几次，使蛋黄表面的薄膜裂开，让蛋黄从薄膜里流出来；让鸡蛋大头朝下，等一会儿，由于蛋黄比蛋清重一些，它会慢慢沉到鸡蛋的底部。于是，鸡蛋的重心就会变低，也就是说，这时的鸡蛋具有更强的稳定性。 
    另外，还有一种竖鸡蛋的方法。如 图1 所示，我们把鸡蛋放在瓶口上，而瓶口是塞住的，然后，在鸡蛋上放一个两侧都插着一把叉子的软木塞。如果用物理学家的话来说，这个“系统”非常稳定，哪怕你倾斜一下瓶子，它仍然会保持平衡。 
    那么，软木塞和鸡蛋为什么掉不下来呢？其实，道理也很简单，如 图2 所示，在铅笔上插一把小刀，再把它垂直竖在手指上，铅笔同样也不会掉下来。从科学的角度来说，它们之所以如此稳定，是由于整个系统的重心比支持点要低。换句话说，“系统”的总重量集中的那个点，低于系统中各部分所接触的那个点。 
     
     
     
    离心力 
    把打开的雨伞放在地上，使它的顶向下，转动雨伞。这时，如果我们往旋转的伞里扔一个小球、纸团或者手帕，其他的东西也可以，只要这个东西重量很轻且不易摔碎就行。这时，我们会发现一个很有意思的现象，倒立的雨伞并不愿意接受这个“礼物”，被扔进去的东西会慢慢滑到伞的边缘，并且从伞边飞出去。 
    通过这个实验，我们可以看出，扔进去的东西是被一种力给抛出去的，而这个力就是“离心力”。准确地说，这应该称为“惯性”。任何物体在做圆周运动的时候，都会产生离心力。这其实就是惯性的一种表现形式： 
    运动着的物体会始终保持运动方向和运动速度的一致性。 
    其实，说到离心力，远不止刚才实验中提到的这一种。如 图3 所示，如果我们在一条绳子的一端系上一块石头，并且把石头甩起来，我们会感觉绳子绷得很紧，就像要断掉似的，这其实也是离心力的作用。 
    古时候，战场上经常用到一种武器——投石器，其实就是利用了这一原理。同样的道理，如果磨盘转得非常快或者不牢固，就会被离心力弄碎。 
    借助离心力的作用，我们还可以变一个戏法： 
    在一个杯子里倒满水，让杯子快速地做圆周运动，只要速度足够快，倒立杯子，杯子里的水也不会倒出来。 
    还有更绝的。在马戏团里，自行车手会借助离心力完成令人头晕目眩的“超级筋斗”，如 图4 所示。 
    为了把牛奶中的凝乳分离出来，人们发明了离析器，也是利用了离心力的原理。利用同样的原理，人们还发明了离心分离机，用来把蜂蜜从蜂房中抽出来，以及特制的离心脱水装置，用来甩干衣服，等等。 
    坐过有轨电车的人都有过这样的感觉，当行驶线路突然改变时，也就是转弯时，我们会明显地感受到离心力的存在，被挤向车厢靠外的一侧。如果不是外侧的车轨比内侧的车轨铺得稍高一些，那么当电车行驶的速度非常快时，电车就可能会在离心力的作用下翻倒。所以，车轨的正确铺设方法应该是在转弯的地方稍微向内倾斜。虽然听起来有些奇怪，倾斜的车厢竟比水平的还稳定？！事实上，也确实是这个道理。 
    我们可以通过一个小实验来弄明白其中的原理： 
    第1步：先来准备一个特殊的器皿——把一块硬纸板卷成宽口的喇叭形。当然，也可以用其他的东西代替。比如，侧壁呈圆锥形的小碗，圆锥形的玻璃罩或者铁皮罩，以及类似形状的灯罩都可以。 
    第2步：准备好这样的一个器皿以后，我们在里面放上硬币、小金属片。 
    第3步：给器皿里的小东西一个力，让它沿着器皿内壁做圆周运动。 
    我们就会看到，小东西会向内侧下方倾斜。当硬币速度慢下来以后，就会慢慢趋向器皿的中心。也就是说，硬币的运动轨迹会逐渐变小。这时，如果我们转动器皿，硬币就会重新转动起来，随着速度的加快，硬币就会离开器皿的中心，圆周运动的轨迹也会慢慢变大。当速度足够快的时候，硬币就会全滑出器皿。 
    自行车比赛的场地一般都是环形的，在场地设置的时候也需要考虑离心力的作用，特别是在转弯的地方，赛道必须向内侧倾斜。而且，当自行车手在上面骑行的时候，自行车也倾斜得非常厉害，就像刚才实验中的硬币。我们会发现，这时的自行车不仅不会翻倒，而且看起来还特别稳定。明白了这一原理，我们对于马戏团的自行车手在剧烈倾斜的木板上绕骑，就不会感到不可思议了。因为我们已经知道了它的原理其实很简单。相反，对于自行车手来说，真正困难的是沿着平稳、水平的道路骑行。同样的道理，赛马场上急转弯的地方也会向赛道的内侧倾斜。 
    刚才提到的这些现象，都是我们经常见到的。其实，还有很多现象也存在着离心力。比如，我们居住的地球。我们都知道，它每天都在旋转，所以它也会受到离心力的作用。那么，这里的离心力表现在哪里呢？下面我们就来分析一下。 
    首先，在地球旋转的时候，地表上的物体会变轻。 
    其次，越接近赤道的物体，由于它在24小时内完成的圆周更大一些，也就是说，它们旋转的速度更快，所以损失的重量也就越多。 
    举个例子来说，如果我们把一个1千克的砝码从地球的两极拿到赤道重新称重，就会发现重量少了5克。当然，这个差别并不大。但是，如果物体非常重，它损失的重量就会更多一些。比如，一辆蒸汽机车从阿尔汉格尔斯克开到敖德萨，到达目的地的时候重量会减少60千克，这个重量相当于一个成年人的体重。而一艘重2万吨的战列舰从白海到达黑海，损失的重量能达到80吨。这个数字恰好是一辆蒸汽机车的重量！ 
    这种现象是如何发生的呢？ 
    当地球旋转的时候，表面的物体会受到离心力的作用，物体好像被抛出去一样，就像本节一开始的雨伞实验。只不过，由于受到地球引力的作用，这些物体并没有被扔出去。我们习惯上把地球引力叫作“重力”。虽然地球没有把物体抛出去，但是物体的重量确实减少了。也就是说，地球上的物体比它的实际重量轻一些。 
    物体旋转的速度越快，它减轻的重量就越明显。科学家们曾经做过计算，如果地球的转速达到现在的17倍，那么赤道上的物体就会变得没有重量了。如果转得再快一些，比如，每隔1小时地球就自转一周，那么不仅赤道上，赤道附近所有陆地和海洋上的物体都会失去重量。我们可能根本无法想象这一点，物体竟然会失去重量？！我们可以想象一下，这样的话我们就可以举起任何物体，哪怕是蒸汽机车、大石块、巨型炮，或者整艘军事战舰，更不用说汽车、武器了，举起它们就像举起一根羽毛一样轻松。如果我们把它们扔下来，也不用担心它们会摔坏，因为它们根本就没有重量，所以，它们也不会掉下来，在什么地方放下它们，它们就会飘在那里，是不是很神奇？而且，我们可以跳得非常高，甚至比世界上高的建筑或者高山都要高。不过，有一点我们千万别忘记了，跳起来很容易，但想要落下来可就不容易了。因为我们也没有了重量，所以我们不会自己掉下来，只能飘在空中。 
    困扰还不仅如此。我们可以想象一下：所有的物体，不管是大的还是小的，如果它们杂乱地飘在空中，没有任何束缚，来一阵微风就会把它们吹到另一个地方。所以，这时的人类、动物、汽车、运货车，甚至轮船，它们就会在空中相互碰撞，自然也免不了在碰撞时发生损伤和损坏了。 
    刚才描述的现象就是地球转得太快所造成的后果！ 
     
     
     
    10种制作陀螺的方法 
    下图中，我们可以看到用10种方法做成的不同的陀螺。这些陀螺可以帮助我们进行很多有趣的实验。那么，如何制作这些陀螺呢？其实，方法很简单，我们可以自己动手来做一做。做这些陀螺既不需要别人帮忙，也不需要花钱。 下面我们就来看看怎么做陀螺。 
    方法1：如图5所示，找一个有5个小眼的纽扣，我们可以非常容易地利用它来做一个陀螺。找一根火柴，按图示的方法把一头削尖，穿到纽扣中间的小眼上，这样就做好了一个陀螺。其实，这样做出来的陀螺两头都可以转，就像我们平常玩的那样，可以把陀螺的钝头朝下，用拇指和食指捏住转轴，然后把陀螺快速地甩到桌子上，陀螺就会自己转起来，而且还会有意思地摇来晃去。 
    方法2：我们可以找一个软木塞。从它上面切下一个圆片，找一根火柴从中间穿入。这样，我们就做成了第二个陀螺，如图6所示。 
    方法3：如图7所示，我们可以看到，这个陀螺很特别，它是一个核桃陀螺。从图中可以看出，它尖头朝下旋转。它是怎么制作的呢？其实方法很简单，只需要在核桃的钝头上插入一根火柴就可以了。我们捏住火柴就能把它转起来。 
    方法4：我们还可以找一个又平又大的软木塞，或者瓶子上的塑料盖。把铁丝烧红，在软木塞的中间位置烫一个洞，插上火柴就可以了。别看它很笨重，其实转起来特别稳。 
    方法5：下面，我们再来看一个特别的方法。找一个装面霜的小圆盒，同样地，在中间穿一根削尖的火柴。为了保证火柴粘在圆盒上不滑动，还需要在小洞里倒一点儿蜡油，如 图8 所示。 
    方法6：如 图9 所示，这是一个很有趣的陀螺。将一张硬纸剪成圆片，在四周边缘系上带吊钩的圆扣，这个有趣的陀螺就做好了。陀螺转动的时候，圆扣会沿着纸片的半径甩起来，系圆扣的线会被绷紧，这其实是离心力的作用。 
    方法7：下面介绍的方法跟前面类似。如 图10 所示，找一个小圆珠，用大头钉把它插到从软木塞上切下的圆片周围。当陀螺转动时，小圆珠就会在离心力的作用下甩向远离陀螺半径的方向。要是光线好，我们还可以看到大头钉转动所形成的银白色光带，小圆珠还会在圆片周围形成一条彩色的花边。如果把陀螺放在光滑的盘子上转动，看到的景象更美妙。 
    方法8：如 图