民俗谚语蕴含诸多物理现象,如“小小秤砣压千斤”,依杠杆原理,秤砣力臂长,能以小力撬重物;“开水不响,响水不开”,水沸腾前对流强、气泡振动发声大,沸腾后平稳,响声变小;“但闻其声,不见其人”,因声波可衍射绕障,光波难衍射,便只能闻声难见人。
民俗谚语是民间智慧的结晶,其中不少蕴含着有趣的物理现象。
“四两拨千斤”,体现杠杆原理。就像撬棍撬石头,在远离支点处施加较小的力,能撬动重力大得多的物体。秤砣虽小压千斤也是同理,利用长力臂与短力臂的悬殊比例,只需适当移动秤砣位置,就能平衡重物,测量出重量,四两之力得以抗衡千斤之重。
“坐井观天,所见甚少”关乎光的直线传播。井口限制视野,光线沿直线进入眼中,人只能看到被井口圈定的那一小片天空,无法看到更广阔的外部世界,形象地展示了光传播特性带来的视野局限。
“霜前冷,霜后暖”与热学相关。霜是地面附近水蒸气遇冷凝华而成,只有气温足够低,降到0℃以下,水蒸气才会凝华成霜,所以霜前冷;霜形成后,天气转晴,阳光照射,气温回升,让人感觉霜后暖。
“真金不怕火炼”一方面有化学稳定性因素,另一方面从物理热学看,金熔点高,常规火焰温度难以达到金的熔点,使其在烈火灼烧下依然能保持原形,彰显其珍贵品质。这些民俗谚语将深奥物理知识通俗呈现,传承千百年。
开水不响,响水不开
在日常生活中,我们烧水时常常会发现“开水不响,响水不开”这一有趣现象,其实它蕴含着热学方面的物理知识。
当我们开始加热水时,容器中的水温度是不均匀的,底部水温高,其密度大于上部水温较低的水的密度,这样水就会形成上下对流循环。这种对流循环会产生摩擦,带动水振动,并且还会带动容器共振,使得振动声响变大。
同时,水壶中的水达到一定温度时,容器底部和器壁会出现一些小气泡,这些小气泡是由吸附在容器壁以及溶在水中的空气形成的,气泡中除了有空气外,还有受热产生的饱和水汽。随着温度继续升高,向气泡内蒸发的水汽增多,气泡内压强增大,气泡逐渐膨胀,在浮力作用下由底部上升。
而上面的水温度较低,气泡内部分水汽又会凝结成水,内部压强减小,气泡体积就逐渐缩小。继续加热,原来温度低的水温度升高,气泡再次膨胀上升,升到一定温度时,气泡中的部分水汽又凝结成水,体积再次缩小。
所以,在加热过程中,随着温度逐渐升高,气泡体积一会儿膨胀,一会儿缩小,不断上浮并发生振动。当这种振动的频率与容器的固有频率相同时,还会产生共振现象,这就导致我们听到比较大的响声,但此时水其实还没开,也就是“响水不开”。
当水被烧开达到沸点后,由于水的对流和热气泡不断向上运动,水的下、中、上层水温趋于一致,水壶里各部位水温都达到了100℃,就不会再产生对流循环了,摩擦以及相应的振动也会逐渐变小。
水沸腾时,从容器底部产生的大量水蒸气不断涌出水面,这个过程中水蒸气与水之间虽有一定摩擦,但摩擦不大,气泡与容器的共振现象也相对较小,我们只能听到比较柔和的“嘶嘶嘶”的声响。
还有一种情况是水沸腾时会发出“叭叭叭”的声响,这是因为水沸腾时,气泡内的压力大于气泡外的压力,气泡会迅速膨胀,加速上浮,直至水面破裂释放出蒸汽和空气,随着大量气泡破裂,气压增大冲击到水壶盖,使水壶盖被弹起,释放部分气体后落下,如此周而复始,形成这种声音。
总体来说,水烧开后响声就变小了,这便是“开水不响”的道理所在。
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