民俗諺語蘊含諸多物理現象,如“小小秤砣壓千斤”,依杠桿原理,秤砣力臂長,能以小力撬重物;“開水不響,響水不開”,水沸騰前對流強、氣泡振動發聲大,沸騰后平穩,響聲變小;“但聞其聲,不見其人”,因聲波可衍射繞障,光波難衍射,便只能聞聲難見人。
民俗諺語是民間智慧的結晶,其中不少蘊含著有趣的物理現象。
“四兩撥千斤”,體現杠桿原理。就像撬棍撬石頭,在遠離支點處施加較小的力,能撬動重力大得多的物體。秤砣雖小壓千斤也是同理,利用長力臂與短力臂的懸殊比例,只需適當移動秤砣位置,就能平衡重物,測量出重量,四兩之力得以抗衡千斤之重。
“坐井觀天,所見甚少”關乎光的直線傳播。井口限制視野,光線沿直線進入眼中,人只能看到被井口圈定的那一小片天空,無法看到更廣闊的外部世界,形象地展示了光傳播特性帶來的視野局限。
“霜前冷,霜后暖”與熱學相關。霜是地面附近水蒸氣遇冷凝華而成,只有氣溫足夠低,降到0℃以下,水蒸氣才會凝華成霜,所以霜前冷;霜形成后,天氣轉晴,陽光照射,氣溫回升,讓人感覺霜后暖。
“真金不怕火煉”一方面有化學穩定性因素,另一方面從物理熱學看,金熔點高,常規火焰溫度難以達到金的熔點,使其在烈火灼燒下依然能保持原形,彰顯其珍貴品質。這些民俗諺語將深奧物理知識通俗呈現,傳承千百年。
開水不響,響水不開
在日常生活中,我們燒水時常常會發現“開水不響,響水不開”這一有趣現象,其實它蘊含著熱學方面的物理知識。
當我們開始加熱水時,容器中的水溫度是不均勻的,底部水溫高,其密度大于上部水溫較低的水的密度,這樣水就會形成上下對流循環。這種對流循環會產生摩擦,帶動水振動,并且還會帶動容器共振,使得振動聲響變大。
同時,水壺中的水達到一定溫度時,容器底部和器壁會出現一些小氣泡,這些小氣泡是由吸附在容器壁以及溶在水中的空氣形成的,氣泡中除了有空氣外,還有受熱產生的飽和水汽。隨著溫度繼續升高,向氣泡內蒸發的水汽增多,氣泡內壓強增大,氣泡逐漸膨脹,在浮力作用下由底部上升。
而上面的水溫度較低,氣泡內部分水汽又會凝結成水,內部壓強減小,氣泡體積就逐漸縮小。繼續加熱,原來溫度低的水溫度升高,氣泡再次膨脹上升,升到一定溫度時,氣泡中的部分水汽又凝結成水,體積再次縮小。
所以,在加熱過程中,隨著溫度逐漸升高,氣泡體積一會兒膨脹,一會兒縮小,不斷上浮并發生振動。當這種振動的頻率與容器的固有頻率相同時,還會產生共振現象,這就導致我們聽到比較大的響聲,但此時水其實還沒開,也就是“響水不開”。
當水被燒開達到沸點后,由于水的對流和熱氣泡不斷向上運動,水的下、中、上層水溫趨于一致,水壺里各部位水溫都達到了100℃,就不會再產生對流循環了,摩擦以及相應的振動也會逐漸變小。
水沸騰時,從容器底部產生的大量水蒸氣不斷涌出水面,這個過程中水蒸氣與水之間雖有一定摩擦,但摩擦不大,氣泡與容器的共振現象也相對較小,我們只能聽到比較柔和的“嘶嘶嘶”的聲響。
還有一種情況是水沸騰時會發出“叭叭叭”的聲響,這是因為水沸騰時,氣泡內的壓力大于氣泡外的壓力,氣泡會迅速膨脹,加速上浮,直至水面破裂釋放出蒸汽和空氣,隨著大量氣泡破裂,氣壓增大沖擊到水壺蓋,使水壺蓋被彈起,釋放部分氣體后落下,如此周而復始,形成這種聲音。
總體來說,水燒開后響聲就變小了,這便是“開水不響”的道理所在。
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