趣味物理学-第14部分
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少度。这就是皮袄不会给人温暖的一个证明。而且，你甚至可以证明皮袄
竟会把一个物体冷却。拿一盆冰裹在皮袄里，另外拿一盆冰放在桌子上。
等到桌子上的冰熔化完之后，打开皮袄看看：那冰几乎还没有开始熔化。
那么，这不是说明皮袄不但不会把冰加热，而且还在让它继续冷却，使它
的熔化减慢吗？
你还有什么说的呢？你能够推翻这个说法吗？你没有办法推翻的。皮
袄确实不会给人温暖，不会把热送给穿皮袄的人。电灯会给人温暖，炉子
会给人温暖，人体会给人温暖，因为这些东西都是热源。但是皮袄却一点
也不会给人温暖。它不会把自己的热交给别人，它只会阻止我们身体的热
量跑到外面去。温血动物的身体是一个热源，他们穿起皮袄来会感到温
暖，正是因为这个缘故。至于温度计，它本身并不产生热，因此，即使把
它裹在皮袄里，它的温度也仍旧不变。冰呢，裹在皮袄里会更长久的保持
它原来的低温，因为皮袄是一种不良导热体，是它阻止了房间里比较暖的
空气的热量传到里面去。
在这个意义上，冬天下的雪，也会跟皮袄一样地保持大地的温暖；雪
花和一切粉末状的物体一样，是不良导热体，因此，它阻止热量从它所覆
盖的地面上散失出去。用温度计测量有雪覆盖的土壤的温度，知道它常常
要比没有雪覆盖的土壤的温度高出摄氏10 度左右。雪的这种保温作用，
是农民最熟悉的。
所以，对于“皮袄会给我们温暖吗”这个问题，正确的答案应该是，
皮袄只会帮助我们自己给自己温暖。如果把话说得更恰当一些，可以说是
我们给皮袄温暖，而不是皮袄给我们温暖。
我们脚底下是什么季节？
当地面上已经是夏天的时候，地底下，譬如说地面以下3 米的地方，
正是一个什么季节呢？
你以为那儿也同样是夏天吗？错了！地面上的季节和地底下的季节，
并不象我们平常所想象的那样以为它们是相同的，实际上它们根本不相
①
在这种情形下，清水只会冷却到摄氏4 度（这时候它的密度最大），而不会冷却到0 度；但是在实际生
活上，一般也并没有必要把饮料冷却到0 度。
同。土壤是很难导热的。比方说在列宁格勒，即使在最严寒的冬天日子里，
装在地面以下2 米深的自来水管就不会冻裂。地面以上温度的变化，要很
久才能够传到地面下很深的土壤，土壤层越深的，这个落后的时间也越
久。举例来说，在列宁格勒州斯卢茨克地方做的直接测量就告诉我们，在
3 米深的地方，一年里面最暖时间的到来要比地面上迟76 天，而最冷时
间的到来要迟108 天。这就是说，假如地面上最热一天是七月二十五日，
那么在3 米深的地下，最热一天要等到十月九日才到来！假如地面上最冷
一天是一月十五日，那么在3 米深的地下，最冷一天要在五月间才到来！
至于更深的地方，这个落后的时间也就更长。
向土壤进入越深，温度的变化不但要在时间上落后，而且还逐渐减
弱，到了某一个深度，还完全停止了变化。在这地方，成年成世纪地都只
有同一个固定不变的温度，这就是那个地方的所谓全年平均温度。巴黎天
文台的地窖里，在28 米深的地方有一只温度计，这只温度计还是拉瓦锡
放在那里的，已经近二百年了，在这样长的一段时间里，这只温度计指出
的温度竟一点也没有变过，始终是同一的温度（摄氏11．7 度）。
所以，在我们脚底下的土壤里，从来没有跟我们这儿同样的季节。当
我们这里已经是冬天的时候，3 米深的地方还只是秋天——还不是地面上
有过的那样秋天，而是温度减低更缓和的秋天；而当我们这里到了夏天的
时候，地底下还在过着冬天严寒的尽头呢。
这件事情，对于研究地下动物（例如金龟子的幼虫）和植物地下部分
的生活条件，是非常重要的。譬如，各种树木根部细胞的繁殖所以在天冷
季节进行，根部的所谓形成组织所以几乎在整个温暖季节里停止活动，恰
跟地面上树干的情形相反，根据上面所说的，我们也就不应该有什么奇
怪。
纸制的锅子
请看图77：鸡蛋放在纸锅里煮着！“纸要立刻烧起来，水就会把火
浇熄的，”你一定会这样说。但是，请你先拿厚纸和铁丝做一个纸锅来实
验一下。你就会相信，你的纸锅一点也不会给火烧坏。原因是，水在开口
的（不是密闭的）容器里面，只能煮到沸腾的温度，就是摄氏100 度；锅
里煮着的热容量相当大的水，吸收了纸的多余的热量，不让纸热到比100
度高多少，就是不使它达到能够燃着的温度（更切实些的实验，是用小纸
盒来做的，纸盒形状象图78 所示）。因此，虽然火焰不断舐着纸锅，纸
并不会起火燃烧。
不小心的人会把空壶放到炉子上，因此使壶底的焊锡熔化了，这个叫
人懊丧的经验也属于同一类的现象。这原因很明显，焊锡比较容易熔解，
只有水贴近它的时候才会使它不受到过高的温度。同样，有焊接部分的锅
子也不可以不放水就直接放在火上。在马克沁式的机关枪上，正是利用水
防止了枪筒的熔化。
你还可以做这样的一个实验，把一块锡块放在卡片纸做的纸盒里来熔
化，只要使火焰恰好舐着锡块和纸盒接触的地方，那么，由于锡块是一个
比较好的导热体，就会很快地从纸上把热量吸过去，不让纸的温度升到比
锡的熔点就是摄氏335 度高得太多。这样的温度还不会使纸烧着。
下面的一个实验也很容易做：用狭长纸条象螺丝般紧裹在一枚粗铁钉
或者一根铁杆（最好是铜杆）上面，然后把这东西送到火上去。熊熊的火
焰虽然舐着这纸条，但是在钉子烧红之前，纸条不会烧起来。这个现象的
解释很简单：钉子（或铜杆）的导热度很大；同样的实验，如果改用导热
度小的玻璃棒，就不成功了。
图80 表示一个和上面所说相仿的实验，是把棉线紧绕在一柄钥匙
上。
为什么冰是滑的？
在擦得光光的地板上，要比在普通地板上容易滑倒。这样看来，冰上
也应该一样了，就是光滑的冰应该比凹凸不平的冰更滑了。
但是，假如你曾经在凹凸不平的冰面上拖过满载重物的小雪橇，你就
会相信，雪橇在这种冰面上行进，竟要比在平滑的冰面上省力得多。这就
是说，不平的冰面竟比平滑的冰面更滑！解释是，冰的滑性主要并不因为
它平滑，而是由于完全另外的一个原因，就是当压强增加的时候，冰的熔
点要减低。
让我们分析一下，当我们溜冰或者乘雪橇滑行的时候，究竟发生一些
什么事情。当我们穿了溜冰鞋站在冰上的时候，用鞋底下装着的冰刀的刃
口接触着冰面，我们的身体是只支持在很小很小的面积上，——一共只有
几平方毫米的面积上。你的全部体重就压在这样大小的面积上。假如你想
起第二章里所谈的关于压强的问题，你就可以明白，溜冰的人对于冰面所
加的压强是极大的。在极大压强的作用下，冰在比较低的温度也能够熔
化；比方说，现在冰的温度是摄氏零下5 度，而冰刀的压力把冰刀下面的
冰的熔点减低的还不止5 度，那么这部分的冰就要熔化了①。那时候就怎
么样了呢？那时候在冰刀的刃口和冰面之间产生了一薄层的水，——于
是，溜冰的人可以自由滑溜了。等他的脚滑到了另外一个地方，发生的情
形也是一样。总之，溜冰的人所到的地方，在他的冰刀下面的冰都变成了
一薄层水。在现有各种物体当中，还只有冰具有这种性质，因此一位物理
学家把冰称做“自然界唯一滑的物体”。其他物体只是平滑，却不滑溜。
现在我们可以谈到本节的题目上来了：光滑的还是凹凸不平的更滑。
我们已经知道，冰面给同一个重物压着，受压面积越小，压强就越大。那
么，一个溜冰的人站在平滑的冰面上，对支点所加的压强大呢，还是站在
凹凸不平的冰面上所加的压强大？当然在凹凸不平的情形压强大：因为在
不平的冰面上，他只支持在冰面的几个凸起点上。而冰面的压强越大，冰
的熔化也越快，因此，这冰也就显得更滑了（这个解释只对于刀刃比较阔
的冰刀是适用的，对于刀刃锋利的冰刀，因为它会切割到冰的凸起部分里
去，上面所说是不适用的——在这个情形，运动的能量要消耗到切割凸起
部分上面去）。
日常生活里有许多别的现象，也可以用冰在大压强下面熔点减低的道
理来解释。两块冰迭起来用力挤压，就会冻结成一块，正可以用这个道理
来说明。孩子们在捏雪球的时候，无意识地正是利用了这个特性，雪片在
① 如果高热病人或者体温比较高的人来做这个实验，纸片就旋转得更快。
受到压力的时候，减低了它的熔点，因此有一部分熔化了，手一放开就又
冻结起来。我们在滚雪球的时候，也是在运用冰的这个特性：滚在雪上的
雪球因为它本身的重量使它下面的雪暂时的熔化，接着又冻结起来，粘上
了更多的雪。现在你当然也会明白为什么在极冷的日子，雪只能够给捏成
松松的雪团，而雪球也不容易滚大。人行道上的雪，经过走路的人践踏以
后，也因为这个缘故，会逐渐凝成坚实的冰，雪片冻成了一整层的冰块。
冰柱的题目
你可曾想过这样的一个问题：我们时常看见的屋檐上垂下来的冰柱，
它们是怎样形成的？
这些冰柱是在怎么样的天气形成的呢？在暖和的日子里还是在严寒
的日子里？假如说是在温度是摄氏0 度以上的暖和日子里，那么它怎么会
凝结成冰柱呢？假如是在严寒日子里，那么，在一座没有生火的住宅屋
顶，又哪里来的水呢？
现在你已经看出这个题目不很简单了。要形成冰柱，一定要同时有两
种温度，一种是0 度以上的温度，能够使积雪熔化；一种是0 度以下的温
度，能够使雪水冻结。
事实上正是这样：倾斜的屋顶上的积雪在熔化，因为太阳光把它晒到
0 度以上的温度了；熔化以后的雪水流到屋檐上却又冻结了，因为这儿的
温度是在0 度以下。（当然，我们说的不是那种由于室内温度产生冰柱的
情形。）
试想象这样一幅图画：晴朗的天气，温度只有零下1—2 度。太阳光
正照在一切物体上。但是这些斜射过来的光线并没有能够使地面上的雪熔
化。这里值得注意的是，在正对太阳的倾斜屋顶上，太阳光并不象对于地
面那么偏斜，而是用比较陡峭接近直角的角度射下来的。大家知道，太阳
射下的光线跟射到的平面所成的角度越大，这个平面给太阳晒热的程皮也
越大。（太阳光线的晒热作用，跟这个角度的正弦值成正比；就象图81
所示的情形，屋顶上的雪受到的热是地面的雪的2。5 倍，因为sin60°大
约是sin20°的2。5 倍。）屋顶斜面上所以晒得比较热，原因就在这里，
因此，雪就熔化了，雪水一滴一滴从屋檐流下。但是屋檐底下的温度是比
0 度低的，同时水滴还要因为蒸发作用而冷却，自然要凝结起来。接着第
二滴雪水流到这已经凝结的冰滴上，也冻起来；这样下去，逐渐形成了一
个小小的冰球。这些冰球逐渐加长起来，结果就形成了挂在屋檐下的冰
柱。不生火的住宅或仓库的屋檐所以时常会产生这种冰柱，原因就是这
样。
我们用同样的理由还可以来解释范围比较大的现象。你知道不同的气
候带以及一年四季的温度上的区别，大部分是跟太阳光线射到的角度有关
的呀①。太阳离我们的距离，夏天和冬天大约相等；太阳离两极和赤道的
距离也差不多一样（虽然略有些出入，但是不起什么作用）。但是，太阳
① 理论上可以算出，要使冰的熔点减低1 度，每平方厘米上要有130 公斤的大压力。但是这是指冰熔化的
时候冰和水都是在同一压强下说的。而在现在我们所举的一些例子里，受到压力的只是冰，至于因此产生
的水，它只受到大气的压强；在这样的情形下，压力对于冰的熔点的影响要大得多。
射到地面的光线，在赤道上要比在两极上陡直；而且，这个角度夏天又比
冬天大。正是这个原因，才造成了白天里温度的显著变化，也就是说，引
起了整个大自然界生活上的显著变化。第七章光线
捉影
唉，影子啊，黑暗的影子，
有谁�
