觀看足球比賽時常常可以看到,當判進攻一方罰定位球時,被進攻一方總會在罰球點9.15米以外築起一道人牆。主罰隊員舉腳直接打門時,球往往會繞過人牆竄入網底(由於球的飛行軌跡彎曲程度類似於香蕉形狀,所以在足球運動中人們稱為“香蕉球”)。球怎麼會繞過人牆進入球網呢?讓我們來看一下物理學中的伯努利定理就明白了。
伯努利定理講到,通過一定位置的流體的速度增加時,該處的壓強就減小。你不妨做一個簡單的實驗:在兩張紙中間留一定空隙,用嘴對準空隙吹氣,結果發現紙片非但不會吹開,反而靠攏,這是由於中間氣體流速大壓強小,而紙片外側大氣壓強未變,產生指向中間的壓力的緣故。
現在再看足球。球員踢出的球是旋轉的,當球向前行進時同時旋轉,氣流速度與球速反向,而且在A的一邊相對流速小,在B的一邊相對流速大,根據伯努利定理A端的壓強大,B端的壓強小,因此產生一個由A指向B的合力F。在力學中,當一個物體以一定速度前進時,同時受到一個與速度成角度的力的作用,物體將作曲線運動。因此這時球行進方向便由A偏向B曲線前進。
如果球員想使球從左麵繞過人牆竄入網底,那麼他在踢球時著力點偏離球心,應使行進的球產生逆時針的旋轉;反之亦然。這就是人們常說的“香蕉球”的奧秘所在。
不要忘記空氣的浮力
中學生小馬給小學低年級小朋友開講座課。小馬拿出一隻玻璃杯,問:“杯子裏有東西嗎?”小朋友們瞪大著眼睛看著,不一會異口同聲地回答:“杯子裏什麼也沒有。”小馬得意地笑了,說:“不對。杯子裏有東西,它裝滿了空氣。”小朋友們知道上當了,暗暗地吐舌頭,欽佩地望著大哥哥。
小馬詳細地敘述了空氣性質後,又提出一個問題:“空氣有沒有重量?”這下誰也不敢搶先回答,教室裏一片寂靜。小馬拿出一架天平,從口袋裏又掏出一隻淺綠色的癟氣的“洋泡泡”。他用細線把口紮好放在左邊托盤裏,右邊托盤加上砝碼,使左右平衡。接著他請一個小朋友上來打氣,瞬間癟氣“洋泡泡”成了一個大氣球,小馬又用那根細線把它紮好,準備放在左邊托盤上。這時小馬心想,現在稱出來的應該是癟氣“洋泡泡”和它裏麵空氣的總重量,它一定比癟氣“洋泡泡”重。於是,他交代小朋友要注意觀察秤的平衡狀況,並且指出:如果秤稈保持平穩,說明空氣沒有重量;如果秤錘一端往上翹,說明空氣有重量。可是,當小馬慢慢地鬆開抱著大氣球的雙手時,秤杆竟紋絲不動地保持平衡,弄得小馬滿臉飛紅,一時下不了台。
小馬的錯誤在於他忘了空氣的浮力。因為打了氣的洋泡泡,確實因充了空氣而增加重量,但其所增加的重量正好等於它在空氣中受到的浮力的增加量,兩者大小相等,方向相反,互相抵消,因此秤杆仍然保持平衡。
顏色與能量
顏色和能量之間有著密切的聯係。
1666年,23歲的牛頓用三棱鏡做太陽光的色散實驗時,發現日光是由紅、橙、黃、綠、藍、靛、紫7種單色光組成的。經深入研究,6年後牛頓在他發表的第一篇科學論文中指出:顏色不是物體自身的性質,而是由它對照射到它上麵的各種顏色的光的反射和吸收決定的。如紅色顏料,我們看去是紅的,因為當它受到白色日光照射時吸收了大部分其他色光,反射到我們眼中的主要是紅光。同理,白色幾乎反射所有色光,而黑色幾乎吸收所有色光。
光是一種電磁波。各種顏色的光有特定的波長,其光子有一定的能量,從紅光到紫光的波長依次減小,而光子能量卻依次增大,顯然光是能的一種形式。物體吸收了光就獲得了能量,顏色不同吸收色光不同,獲得的能量也不同,可見顏色同能量有密切的關係。
奇怪的磁力線
小王將玻璃板(上麵均勻地灑上細鐵屑)擱在一條條形磁鐵上,用手輕敲玻璃板,使其微微震動,板上即出現了一種的奇怪的磁力線。
按理,條形磁鐵上的磁力線,應如圖2所示,磁性最強的部分在兩端(稱為磁極),中間部分很弱,磁力線由N極到S極。小王又將此條形磁鐵的兩端和中間部分去吸鐵屑,發現兩端吸的鐵屑最多,中間部分也吸了不少(按理應是很少)。其中的奧妙何在呢?
原來,磁體的兩個極是不可分的,它不存在磁單極。一根被磁化了的廢鋸條,磁極在兩端,中間磁性極弱。小王把它折斷,兩段各端又各自有兩個異名磁極,再分下去,仍有這個現象。庫侖曾對磁體結構設想了一個磁分子模型,說明被磁化後的物體內的磁分子,有規律地排列著。它們的異名磁極相對著,磁作用差抵消了,隻有兩端的發子,才顯示出磁性。根據這一原理,可以斷定,圖2他使用的這根條形磁鐵中間A處內部,已有裂痕和縫隙,隻是外表尚未斷離,在那裏形成了兩個異名磁極,從而又形成了一個磁力線回路。他將折斷的條形磁鐵並攏,重做了上述實驗,觀察到了類似現象,從而證實了這個分析是正確的。