第三章 學生物理科學興趣培養7
17.4℃時的水
在４℃時，水的密度為什麼最大，這裏介紹一種比較常見的解釋。
我們知道水的密度比冰的密度大，這是因為液態的水在凝固成冰的時候，分子間的相互作用力使分子按一定的規則排列，每個分子都被四個分子所包圍，形成一個結晶四麵體。這種排列方式是比較鬆散的，使得冰晶體中的分子間的平均距離大於液態水中的分子間的平均距離。在液態水中，分子的排列比較混亂。分子在液態中的運動雖然比在冰中更自由，但分子與分子間的平均距離比在冰中更小，所以水的密度比冰的密度大。
用Ｘ射線研究液態水的結構時，發現液態水中在一定程度上還保留著非常微小的冰的晶體。根據推算，在接近０℃的水裏，約包含著０．６％的這種微晶體。當溫度逐漸升高時，這種微晶體逐漸地被破壞，由於這種微晶體有較小的密度，所以微晶體的被破壞就會引起密度的增加。因此，在水中有兩種使密度改變的效應：使密度變小的效應。當溫度升高的時候，水分子的熱運動更劇烈了，分子間的距離變大了，因而引起密度的減小。使密度變大的效應。當溫度升高時，水中的微晶體逐漸地被破壞，引起密度的增大。在４℃以上，水的溫度升高時，第一種效應占優勢，水的密度減小，體積增大。在４℃以下，水的溫度升高時，第二種效應占優勢，水的密度增大，體積減小。因此，水在４℃的時候，密度最大，這就是水的密度反常變化的原因。
18.包在皮襖裏的冰為什麼不化
假如有人一定要你相信，說皮襖根本一點也不會給人溫暖，你要怎樣表示呢？你一定會以為這個人是在跟你開玩笑。但是，假如他用一連串的實驗來證明他的話呢？譬如說吧，可以做這樣一個實驗。拿一隻溫度計，把溫度記下來，然後把它裹在皮襖裏。幾小時以後，把它拿出來。你會看到，溫度計上的溫度連半度也沒有增加：原來是多少度，現在還是多少度。這就是皮襖不會給人溫暖的一個證明。而且，你甚至可以證明皮襖竟會把一個物體冷卻。拿一盆冰裹在皮襖裏，另外拿一盆冰放在桌子上。等到桌子上的冰熔化完之後，打開皮襖看看：那冰幾乎還沒有開始熔化。那麼，這不是說明皮襖不但不會把冰加熱，而且還在讓它繼續冷卻，使它的熔化減慢嗎？
你還有什麼說的呢？你能夠推翻這個說法嗎？你沒有辦法推翻的。皮襖確實不會給人溫暖，不會把熱送給穿皮襖的人。電燈會給人溫暖，爐子會給人溫暖，人體會給人溫暖，因為這些東西都是熱源。但是皮襖卻一點也不會給人溫暖，不會把自己的熱交給別人，它隻會阻止我們身體的熱量跑到外麵去。溫血動物的身體是一個熱源，他們穿起皮襖來會感到溫暖，正因為這個緣故。至於溫度計，它本身並不產生熱，因此，即使把它裹在皮襖裏，它的溫度仍舊不變。冰呢，裹在皮祆裏會更長久的保持它原來的低溫，因為皮祆是一種不良導熱體，是它阻止了房間裏比較暖的空氣的熱量傳到裏麵去。
這樣的話，冬天的雪也會保持大地的溫暖。雪花和一切粉末狀的物體一樣，是不良導熱體，因此，它阻止熱量從它所覆蓋的地麵上散失出去。用溫度計測量有雪覆蓋的土壤的溫度，知道它常常要比沒有雪覆蓋的土壤的溫度高出１０攝氏度左右。雪的這種保溫作用，是農民最熟悉的。
所以，對於“皮襖會給我們溫暖嗎”這個問題，正確的答案應該是，皮祆隻會幫助我們自己給自己溫暖。如果把話說得更恰當一些，可以說是我們給皮襖溫暖，而不是皮襖給我們溫暖。
19.魚雷為何能自己尋找目標
魚雷被用作海戰武器，已經有１００多年的曆史了。人們為了提高魚雷的速度和命中精度，在它的動力和控製係統方麵想了很多方法。為了讓魚雷發射後，能按照指揮員的命令，隱蔽在水中作勻速、定向、定深航行，準確地擊中敵艦，不僅要求發射魚雷的艦艇，必須占領有利陣位，而且要求瞄準得十分精確。否則，敵艦艇發現魚雷航跡，立即進行躲避，或因瞄準、計算有點誤差，魚雷就難以命中敵艦艇。那麼，有什麼辦法能使發射的魚雷，像海獅捕魚一樣，使敵艦艇無法逃遁呢？