現在來考考你,一輛以每小時100千米的速度在公路上行駛的汽車,請問它行駛得是快還是慢呢?
無論你回答是快,還是慢,都是不對的,這是個無法回答的問題,因為缺少一個參照物。參照物是可以任意選擇的,對於同一個物體,選用的參照物不同,其運動情況的描述也就不一樣。假如把行人或自行車當參照物,那汽車就是快的;如果把空中的飛機、火箭作參照物,則汽車就是慢的。
所以,很多時候,同一個問題從不同的角度來思考會有不同的答案。比如:在一條行駛得十分平穩的船的甲板上,頭尾分別立有兩個靶子。有兩名射手,一個在船頭,一個在船尾。假設子彈的飛行速度是一樣的,那麼,射手用同樣的槍支同時向對麵的靶子射擊,誰的子彈先打中靶子呢?
回答這個問題,也需要分三種情況來討論:第一種,如果船做勻速直線運動,因為射手在同一參照係中(船),所以,同時射中。
第二種,如果船做直線減速運動,船後的射手先擊中靶子。
第三種,如果船做直線加速運動,船頭射手的子彈先擊中靶子。
奇怪的雪花
故事裏的大學問
在一個寒冷的夜晚,在俄國首都彼得堡市中心的一個大廳裏正在舉行舞會,6000支燃燒著的蠟燭,把舞會氣氛烘托得很溫暖。
在悠揚的樂曲聲中,各界名媛以及名流雅士擁滿大廳,翩翩起舞。正在大家跳得如癡如狂的時候。一位小姐突然暈倒,旁邊的人不知所措,突然,隻聽見有人大喊:“趕緊把窗戶打開!”
於是,有人便把窗戶打開了,刺骨的寒風湧入大廳,突然出現了奇怪的現象:大廳裏竟然飄起了雪花,紛紛揚揚落到人們的頭發和衣服上。在場的人無不目瞪口呆,麵麵相覷。你知道雪花是從哪裏來的嗎?還有,那個小姐為什麼會突然暈倒呢?
真相是這樣的
這個神奇的故事是怎樣發生的呢?這一神奇的故事發生需要具備一定的條件。
首先,我們來說一說雪花的形成,這需要兩個條件:
一是空氣中要含有大量的水蒸氣,因為大廳裏的6000支蠟燭正在燃燒,就會產生水蒸氣。還有大廳裏有那麼多人在呼出大量的水蒸氣以及人們的汗水,這些都是水蒸氣的來源。
二是水蒸氣必須遇到很低的溫度才能凝華成雪,“窗戶打開了,刺骨的寒風湧入大廳”就提供了這個條件。
至於那個小姐為什麼會突然暈倒,那是因為那麼多蠟燭在燃燒消耗了大量的氧氣,大廳裏有那麼多人,在封閉的空間活動,很容易造成缺氧,那個小姐因為缺氧就暈倒了。
剛才我提到了一個物理名詞——凝華,凝華就是物質從氣態不經過液態而直接變成固態的現象,這是一種比較常見的物理現象,比如樹枝上的霧凇,從冰箱裏拿出來的冰棍外表結了一層霜,自然界中霜的形成,冬夜室內的水蒸氣常在窗玻璃上形成冰晶的窗花等,都是凝華現象。
通過以上的講解,你知道了窗花是凝華現象形成的,可是你有沒有仔細觀察過,冰窗花的花紋有著不同的形狀,為什麼會這樣呢?
首先,一麵窗上的水汽或小水珠凝結會服從數學中的分形模型,也就是六角形小雪花的形狀。仔細觀察一下,你會發現,很多冰窗花都是由一些小小雪花或六角形小鱗片組成,這樣的冰窗花很有立體感,摸起來凹凸不平。
其次,風力和重力也會影響冰窗花的形成形狀。冰窗花在凝結時可能由於窗邊的縫隙有細微冷風吹進,使凝結與融化形成一個動態平衡過程,造成細微冰水的流淌,這樣形成的窗花多像山水畫,很漂亮。
最後,玻璃的性質,尤其是玻璃的表麵形態也能影響窗花的形狀,如玻璃的表麵不太平整,或者有汙漬了,會直接影響上述小雪花的累積過程和形態,而且還直接影響到風的滲入和流淌情況,平時我們經常看到的各種怪蕨紋就是這樣形成的。
原子彈爆炸後的蘑菇雲
故事裏的大學問
說起原子彈,大家首先會想到兩個詞:能量大、蘑菇雲。至於它有多大的能量,或許我們從廣島原子彈爆炸中能夠窺見一斑。1945年8月6日,美國將“小男孩”原子彈投擲在廣島引爆,這是人類曆史上第一場核武器空襲行動。