旅途中的物理小知识①

曹铃铃

(江阴市临港实验学校初中部，江苏 江阴 214443)

·STS研究·

旅途中的物理小知识①

曹铃铃

(江阴市临港实验学校初中部，江苏 江阴 214443)

旅行，不光是看看美丽的风景，如果你细心留意观察周围的事物，会发现很多与物理相关的现象和知识，并且可以利用物理知识解决生活中的一些问题，真正做到“从生活走向物理，从物理走向社会”.

旅途；自然现象；物理知识

今年暑假，笔者去了江西的三清山和湖南的张家界游玩，在领略了祖国河山的美好风光的同时，还发现了旅途中有许多与物理相关的现象，并且运用物理知识帮助同行的朋友解决了一些问题，在欣赏风光的同时也体会到了帮助他人的快乐，并且深刻感受到物理真是一门非常有用的学科，体会到物理的“从生活走向物理，从物理走向社会”的宗旨.下面笔者就把旅途中的那些事和大家一起分享一下吧.

1 飞机的机翼

图1

去湖南张家界旅游，我们是双飞，坐上飞机的座位后，笔者就开始仔细打量这架飞机，尤其是看到了窗户外飞机的机翼，形状如书上所介绍的那样，上面是曲面，下面是平面(如图1).

同行的旅客就问了：“我第一次坐飞机，也是第一次看到飞机的机翼，它为什么做成这样呢？为什么不反过来呢？”笔者给他解释道：“因为机翼上方曲面、下方平面的设计，可以让风吹过来的时候，也就是空气流经机翼的上下方时，在相同的时间内流动的路程不同.很明显在机翼上方，气体流动的路程是曲线，大于下方直线的气流路程，上方气流的速度大于下方气流速度.根据流体压强与流速的关系：流速大的地方压强小，可以知道机翼上方空气流速大，压强小；而机翼下方则空气流速小，压强大，从而形成向上的压力差，也就是升力，飞机可以上升.”

2 飞机上“耳鸣”

坐过飞机的人都知道飞机在上升和下降的时候，人们往往会出现耳鸣现象.当飞机飞行在万米以上高空时，空气已经很稀薄，为了保证飞行安全，机舱内会加压，反之飞机下降阶段就会平衡舱内压力使之与机外气压一致.如果飞机爬升阶段或下降阶段变化速度比较大，人体内的气压与体外的气压不一致，人就会感到不适，最敏感的就是人的耳朵，内耳中的液体就会异常，鼓膜也会因内外压力不平衡而变化，所以耳鸣、头晕、鼻子不通气等也就正常了.在飞机上笔者对耳鸣的原因进行了解释，并告诉大家在飞机上打哈欠、吞咽口水等动作对解除耳部不适会有很大帮助.大家用方法上述之后耳鸣果然减轻了不少，纷纷夸物理真的非常有用.

3 盘山公路

(1) 盘山公路本身就是一个斜面

现代人爬山与古代人相比已经是简单了很多，也方便了很多，因为现代人很聪明，利用了盘山公路.盘山公路其实也是物理力学中的一种机械，叫做斜面.斜面的特点就是省力、费距离.斜面的坡度越小，费的距离就越多，就越省力，所以我们的盘山公路要修得弯弯曲曲，这样的话可以减小坡度、省力.

(2) 盘山公路上拐弯处的反光镜

以前在山上或是公路上拐弯处看到的反光镜都是圆形的，这次在张家界的盘山公路的拐弯处看到的反光镜却是方的，并且很大.笔者当时心里一紧：难到这与之前看到的反光镜不一样？笔者记得书上说的反光镜是凸面镜，所以又仔细地观察了这个镜子，并且在镜子里看到了缩小的司机、自己还有同车的许多乘客.恰好此时车上一位胖乘客问：“物理老师，你能不能说说那个镜子啊？”因为刚才仔细观察过了，所以笔者胸有成竹地告诉他：“这叫反光镜，目的是在车辆拐弯前较早地发现对面的车辆，避免事故的发生.反光镜的表面是凸出来的，它实际上就是一个凸面镜，因为凸面镜对光有发散作用，可以扩大视野，所以用它做反光镜效果是最好的，我们的汽车后视镜也是同样的道理，大家不相信的话下车了可以去看看，摸一摸.”末了，又不忘调侃那个已经比较熟悉的胖乘客一句：“刚才经过反光镜的时候你没有发现镜子里面的你变得苗条了？”这下，全车的乘客都笑开了，看来物理知识还有调节旅途气氛的作用呢！

(3) 惯性

汽车在盘山公路上开的时候，其实最需要注意的就是惯性问题了，因为对于盘山公路而言，转弯实在是太多了.刚进入张家界，坐上盘山公路大巴的时候，我就发现了这个大巴车与普通大巴车的不同之处：普通大巴车有时人多座位不够的时候挤挤也是可以的，但是这个大巴一共30个座位，司机严格控制最多30个人坐，不允许任何一个人站着.大巴车行驶在盘山公路上时，如果有乘客站着的话是非常容易摔倒的，因为张家界的盘山公路是大角度的转弯，而且基本上隔一分钟一个大转弯，那么我们必须紧紧抓住前面的座椅后背或者是周围比较近也比较方便的扶杆，就是这样做身子还是在左晃右晃的，如果站着的话肯定就摔来摔去，不知道摔了多少跤了.惯性是保持原来运动状态不变的性质，在大巴车突然改变运动状态的时候，人的脚已经跟着改变了运动状态，但是人的上身却保持原来运动状态不变，显示出与脚的不和谐，会容易摔倒，此时就需要用手来抓一些东西保持平衡.司机未必会用物理知识来解释这个问题，但是长期的生活经验告诉他，在盘山公路的大巴车上乘客是不可以站着的.物理知识是来源于生活，又是服务于生活.

4 吊桥

在三清山，上上下下爬过了无数个台阶后，眼前突然出现了一座吊桥.其实通往目的地的路有两条，一条是和前面一样的山路，另一条就是这个吊桥.不管害怕不害怕，大家无一例外地选择了吊桥.其实吊桥，大家都只是在电视电影中看过，真正走过的人很少.胆大的男士走在前面开路了，胆小的女士紧跟其后，最后还跟随着一些男士.在女士们小心翼翼地走到吊桥中央的时候，男士们就开始拼命摇绳，伴随着女士们的尖叫，整个吊桥就左右摇晃起来.笔者也在其中，也被晃得很害怕，不过笔者发现，当我们在吊桥上像平时一样走时，吊桥的晃动会使人摔倒.而不倒翁是因为重心位置较低才不会倒，假若让自己的重心下移，是不是可以稳一点呢？于是笔者把两腿尽量地左右张开，使重心尽量下移，发现这样走果然稳很多，于是我一边走，一边喊：“大家尽量把腿左右张开，这样走就稳了！”大家顺利走过吊桥后，都问是怎么想到这个办法的，笔者很简单地说了句：“没什么，不倒翁原理！”

在之后的张家界旅游过程中，我们去了宋祖英的外婆家——夯吾苗寨，这个苗寨同样也有一个吊桥，我又用同样的方法帮助了同行的旅客顺利地走过了吊桥，心里真是美滋滋的.

5 水库

大巴车在张家界盘山公路上行驶的时候，笔者在看窗外的风景，无意中看到了一个很大的水库.这可是第一次亲眼看到真正的水库，笔者不由得多看了几眼，发现其形状是上窄下宽的设计，这种设计主要是与液体压强有关，因为水的压强是随着深度的增加而增大的.但是这种设计除了这个原因之外，还有以下三个好处：第一，不仅节省了建筑材料，而且降低了坝体的重心从而更增加了坝本身的稳度；第二，坡形的设计有利于缓冲水对坝体的冲击力，相同的冲击力斜面比直面的受力要小得多；第三，梯形的设计还有效地增加了水库可利用的储水体积.

6 十里画廊的小火车站台上的黄线

张家界的山上有个很著名的景点叫十里画廊，这是由十里连绵不绝的山峰组成的自然景观，就像是一幅幅美丽的山水画，因此得名为“十里画廊”.由于游览该景点的路途太长，景点就开通了小火车让游客乘坐，让游客坐在小火车上欣赏美丽的风景，同时火车上还配有喇叭在同步解说一路的美丽风光.笔者在等候小火车的时候发现：小站台上也有一条小黄线，但是离小火车的铁轨并不远.看来景点的安全措施做得非常到位，尽管小火车开得并不快，但是开过来的时候，靠近小火车的地方空气流速大，压强小，而远离小火车的位置空气流速小，压强大，会形成一个方向指向小火车的压强差，人如果离小火车较近的话还是容易发生事故，所以景点在站台设置了安全黄线，让等候小火车的人站在黄线以外，避免离小火车太近.其实这里的物理知识点和飞机的机翼是一样的，用这个知识点可以解决生活中的很多问题.

7 张家界的米饭很硬

在张家界吃的每顿饭，米饭都比较硬，尤其是在张家界的山上吃的那顿团队餐，那个米饭不仔仔细细嚼一遍的话是咽不下去的，可想而知有多硬.其实这个现象在物理学上是可以解释的.液体的沸点是与气压有关系的，气压越低，沸点也越低，而海拔越高，气压越低，所以在高山上水的沸点变低了.比如标准大气压下，水要100℃才沸腾，而在高山上，水不用达到100℃就能沸腾，这样煮的米饭也就不怎么熟、很硬，张家界的人们习惯并且喜欢吃这样的米饭.

8 《魅力湘西》的演出

《魅力湘西》的演出是整个行程中最让人震撼的，简直就是一场视听盛宴.不过细心观察的笔者是在整场演出中找到不少和物理相关的现象.

(1) 剧场的四周和屋顶凹凸不平

《魅力湘西》的演出是在一个很大的剧场里面进行的，进入剧场后演出还没有开始，我仔细观察了下剧场四周，发现剧场的四周和屋顶做得凹凸不平，这也是可以用物理知识解释的.由于剧场面积比较大，声音从舞台传出后遇到墙壁再反射回来的话，用的时间较长，回声和原声间隔的时间如果较长的话，人耳就可以把它们区分开，这样观众会听到两个声音，也就是说回声会对原声形成干扰.因此不光剧场，会堂的四壁和屋顶都做成凹凸不平或用蜂窝状的材料制成，从而达到吸声的目的.

(2) 舞台的幕布

舞台的幕布是白色的，并且比较粗糙，理由是：白色物体可以反射所有色光，而粗糙的幕布可以使光发生漫反射，让剧场中各个不同角落的观众都能欣赏到精彩的演出.

(3) 剧场中的投影

剧场中的投影利用的是凸透镜成倒立、放大的实像，这样就可以把小小的投影片放大，令观众看得更加清楚，也更有感觉.

(4) 舞蹈演员的衣服颜色

整场演出给我留下最深刻记忆的是白族的歌伴舞《马桑树儿搭灯台》，其中有对双胞胎姐妹在舞台中的杂技尤其引人注意.她们的衣服颜色也是非常艳丽，时而金光闪闪，时而红艳艳，时而流光溢彩……那时我就在想：衣服能变化出这么多不同的颜色，肯定不是衣服本身的颜色，应该是灯光的颜色，那么这件衣服肯定是白色的，才可以反射所有色光.果不其然，最后打白光的时候，我清楚地看到了白色的衣服.

生活中处处皆物理，只要留心皆学问.旅行途中不但有美丽的风景，还有许多我们留心观察就能发现的有趣的物理现象和物理知识.愿我们都做有心人，去发现旅途中和生活中的物理之美.

[1] 吴江燕.教室里的自然现象[J].当代教育，2009，(2).

[2] 朱志义.观察分析身边现象掌握应用物理知识——一堂初中物理总复习课[J].中学物理，2010，(2).

[3] 孙新茂.物理知识在日常生产生活中的应用[J].考试周刊，2012，(15).

①本文系江苏省江阴市教师专项课题“农村初中物理课程资源融合与开发利用的策略研究”的成果之一.