四种常见现象的物理解释

侯中柱

（宝应县山阳镇中心初中，江苏 宝应 225805）

奇怪的物理现象总能激发我们追求伟大的中国物理梦，生活中有些问题看似简单却不寻常.当用我们学习的知识去解释时，好像与学习的物理知识相违背，但是当进一步去研究问题与现象，揭秘知识背后的知识时，原来真相就深深地埋藏在问题当中.下面列举生活中遇到的4种常见现象，揭示现象背后的物理秘密.

现象1.用蒸笼蒸包子，是上层蒸格中包子先熟还是下层蒸格中的包子先熟呢？小明学习完物理知识后解释：高温的水蒸气经过多层蒸格向上升，遇到冷的蒸笼盖时，大量水蒸汽发生液化现象，放出热量，使上层蒸格中的包子先熟.然而细心的小王在路过蒸包子店时却发现：面点师傅在蒸包子时总是先将下层蒸格中的包子拿出来，然后将放满包子的蒸格放在最上面进行蒸，这是为什么呢？

这是一道经典的物理试题，答案总是如同小明分析的一样，然而我走访了几家蒸包子的小吃店，虚心向面点师傅请教，几家包子店的师傅回答一致：肯定是下层的包子先熟.师傅们的经验是，如果蒸笼内的包子是同种馅的，检查包子有没有蒸熟，只要看一看最上层的包子，如果最上层的熟了，整个蒸笼里的包子肯定都熟了；如果蒸的包子不是一种馅，在蒸之前总是把难熟的放在最下层.

为了验证面点师傅的答案，笔者找来5只蒸笼，将两只完全相同的温度计分别放在最上层和最下层，将包好包子的5层蒸笼同时放置于沸水锅上方，同时每隔1min读取温度计示数1次.表1是实验时所测量和记录的数据（标准气压下）.

表1

由上面的实验可以看出，用蒸笼蒸包子是下层先熟，主要是因为高温的水蒸气来自于蒸笼下方的水的汽化产生的.高温水蒸气在上升过程中先与下层包子接触，从而在下层包子上液化放热，使下层的包子温度先上升；蒸笼内多余的水蒸气再与上方的低温气体产生热传递，也会在上层包子上液化放热，使上方的温度逐渐升高.在蒸笼内的上下温度平衡以前，上方的温度总是低于下方温度.还有蒸笼不可能是绝对密封的，总会有大量的水蒸气从蒸笼下层到蒸笼上层逐渐往外漏出，这些水蒸气会在空气中液化，会浪费一定量的水蒸气，所以水蒸气在往上过程中，到达上层的水蒸气是非常少的，所以下层包子先熟的原因就不难理解了.

现象2.行驶的汽车如果在冰雪地里快速开车，突然猛踏刹车，此时汽车将不是往前快速滑过，而是突然快速旋转，整个车身横在马路中间，如图1所示，这是为什么呢？

按道理说，冰雪覆盖的马路上摩擦力很小，汽车刹不住应该向前冲才是，怎么会横过来呢？其实这是符合物理规律的.在滑动摩擦中，有一个大家不太注意的规律，就是当一个物体相对另一个物体滑动的时候，在与滑动方向相垂直的方向上摩擦力十分小.因此一旦刹车，车轮就不再滚动，而汽车由于惯性会与地面发生相对滑动，上面的规律就开始起作用，这时横向的摩擦力迅速减小，而在和滑动垂直的方向上，只要有一个较小的力发生作用，就可以使车子打横.其中马路不平，是横向力的主要来源.一般马路为了排水，中间高两边低，倾斜的路面产生的下滑力平时是微不足道，现在则产生了作用.另外下雪天路面积冰很不平整，也是使汽车打横的另一个原因.当然打横也有其他的原因，比如汽车本身的刹车装置不完善，两个轮子刹车的力量大小不一样，一个轮子刹住，另一个仍然在跑，也会产生打横现象.又比如用钻头钻木头的时候，会有这样的体会：钻头钻进木头里后，如果停钻，由于摩擦力的作用很难把钻头拔出来，但是，如果让钻头继续旋转，钻头就能很容易地拔出来了，这是由于钻头转动时和木头在水平方向有滑动摩擦，因此沿着竖直方向上的摩擦力就很小，这样，只要轻轻用力，钻头就拔出来了.

其实这样的规律在骑摩托车、电瓶车、自行车等时也会有所体现，骑车时一定不要超速，刹车时要让车尽量慢慢逐渐地停下，就是说不要猛捏车闸刹车，因为一刹车，车轮就在地面上滑动，出现打横摔倒的现象.

图1

现象3.如图2所示，我们可以用测电笔辨别火线和零线，而当手直接接触到火线或与火线相连的用电器都会触电，但是有经验的电工师傅会直接用手指进行辨别火线和零线，这是为什么呢？

人直接或间接接触火线会触电的原因是火线、人体、大地构成闭合回路，导致流过人体的电流过大，从而使人触电.如图3所示，当手接触到火线时，人的自然本能的反应是手会迅速地握紧，即手会沿着火线逆时针牢牢抓紧火线，这时火线、人体、大地构成闭合回路，人当然会触电了.而有经验的电工师傅会按照如图4所示的方式用手直接辨别火线和零线，即用手的背面对着火线，用手的指甲去试触火线.当接触到火线时，人的手也会自然本能迅速握紧，即手会逆时针快速握紧，此时手也就在短时间内快速脱离火线的接触，人也就自然不会触电，这就是有经验的电工师傅用手直接辨别火线和零线的原理.

图2

图3

图4

现象4.水落在纸巾上会被纸巾吸收，然而我在2014年1月25日CCTV2财经频道《是真的吗》这栏目上看到这样一种现象：纸巾上有水珠在运动，纸巾却一点也不潮湿，而且水珠还能在纸巾上“跳舞”，难道现在的纸不吸收水了吗，这是为什么呢？

纸巾能够吸收水珠主要是因为纸巾的分子之间距离较大，水分子极易钻进纸巾当中，所以水很容易被纸巾吸收，就像海绵能够吸水是一样的道理，这就是毛细现象.当我们在纸巾上喷上一种叫“超疏水”的材料，这种超疏水材料可以让纸巾表面形成一种让水无法渗透的保护层，从而使水落在纸巾上形成一个个小的水珠，水珠可以在纸巾上不停地运动，此现象类似于水珠在纸巾上“跳舞”，令人陶醉、十分优美.所以这种材料防水性能比较好，可以应用在雨衣上防止雨水渗漏、应用在浴室的玻璃上防水、应用在室外高压线上防积雪等.