四種常見現象的物理解釋

侯中柱

（寶應縣山陽鎮中心初中，江蘇 寶應 225805）

奇怪的物理現象總能激發我們追求偉大的中國物理夢，生活中有些問題看似簡單卻不尋常.當用我們學習的知識去解釋時，好像與學習的物理知識相違背，但是當進一步去研究問題與現象，揭秘知識背后的知識時，原來真相就深深地埋藏在問題當中.下面列舉生活中遇到的4種常見現象，揭示現象背后的物理秘密.

現象1.用蒸籠蒸包子，是上層蒸格中包子先熟還是下層蒸格中的包子先熟呢？小明學習完物理知識后解釋：高溫的水蒸氣經過多層蒸格向上升，遇到冷的蒸籠蓋時，大量水蒸汽發生液化現象，放出熱量，使上層蒸格中的包子先熟.然而細心的小王在路過蒸包子店時卻發現：面點師傅在蒸包子時總是先將下層蒸格中的包子拿出來，然后將放滿包子的蒸格放在最上面進行蒸，這是為什么呢？

這是一道經典的物理試題，答案總是如同小明分析的一樣，然而我走訪了幾家蒸包子的小吃店，虛心向面點師傅請教，幾家包子店的師傅回答一致：肯定是下層的包子先熟.師傅們的經驗是，如果蒸籠內的包子是同種餡的，檢查包子有沒有蒸熟，只要看一看最上層的包子，如果最上層的熟了，整個蒸籠里的包子肯定都熟了；如果蒸的包子不是一種餡，在蒸之前總是把難熟的放在最下層.

為了驗證面點師傅的答案，筆者找來5只蒸籠，將兩只完全相同的溫度計分別放在最上層和最下層，將包好包子的5層蒸籠同時放置于沸水鍋上方，同時每隔1min讀取溫度計示數1次.表1是實驗時所測量和記錄的數據（標準氣壓下）.

表1

由上面的實驗可以看出，用蒸籠蒸包子是下層先熟，主要是因為高溫的水蒸氣來自于蒸籠下方的水的汽化產生的.高溫水蒸氣在上升過程中先與下層包子接觸，從而在下層包子上液化放熱，使下層的包子溫度先上升；蒸籠內多余的水蒸氣再與上方的低溫氣體產生熱傳遞，也會在上層包子上液化放熱，使上方的溫度逐漸升高.在蒸籠內的上下溫度平衡以前，上方的溫度總是低于下方溫度.還有蒸籠不可能是絕對密封的，總會有大量的水蒸氣從蒸籠下層到蒸籠上層逐漸往外漏出，這些水蒸氣會在空氣中液化，會浪費一定量的水蒸氣，所以水蒸氣在往上過程中，到達上層的水蒸氣是非常少的，所以下層包子先熟的原因就不難理解了.

現象2.行駛的汽車如果在冰雪地里快速開車，突然猛踏剎車，此時汽車將不是往前快速滑過，而是突然快速旋轉，整個車身橫在馬路中間，如圖1所示，這是為什么呢？

按道理說，冰雪覆蓋的馬路上摩擦力很小，汽車剎不住應該向前沖才是，怎么會橫過來呢？其實這是符合物理規律的.在滑動摩擦中，有一個大家不太注意的規律，就是當一個物體相對另一個物體滑動的時候，在與滑動方向相垂直的方向上摩擦力十分小.因此一旦剎車，車輪就不再滾動，而汽車由于慣性會與地面發生相對滑動，上面的規律就開始起作用，這時橫向的摩擦力迅速減小，而在和滑動垂直的方向上，只要有一個較小的力發生作用，就可以使車子打橫.其中馬路不平，是橫向力的主要來源.一般馬路為了排水，中間高兩邊低，傾斜的路面產生的下滑力平時是微不足道，現在則產生了作用.另外下雪天路面積冰很不平整，也是使汽車打橫的另一個原因.當然打橫也有其他的原因，比如汽車本身的剎車裝置不完善，兩個輪子剎車的力量大小不一樣，一個輪子剎住，另一個仍然在跑，也會產生打橫現象.又比如用鉆頭鉆木頭的時候，會有這樣的體會：鉆頭鉆進木頭里后，如果停鉆，由于摩擦力的作用很難把鉆頭拔出來，但是，如果讓鉆頭繼續旋轉，鉆頭就能很容易地拔出來了，這是由于鉆頭轉動時和木頭在水平方向有滑動摩擦，因此沿著豎直方向上的摩擦力就很小，這樣，只要輕輕用力，鉆頭就拔出來了.

其實這樣的規律在騎摩托車、電瓶車、自行車等時也會有所體現，騎車時一定不要超速，剎車時要讓車盡量慢慢逐漸地停下，就是說不要猛捏車閘剎車，因為一剎車，車輪就在地面上滑動，出現打橫摔倒的現象.

圖1

現象3.如圖2所示，我們可以用測電筆辨別火線和零線，而當手直接接觸到火線或與火線相連的用電器都會觸電，但是有經驗的電工師傅會直接用手指進行辨別火線和零線，這是為什么呢？

人直接或間接接觸火線會觸電的原因是火線、人體、大地構成閉合回路，導致流過人體的電流過大，從而使人觸電.如圖3所示，當手接觸到火線時，人的自然本能的反應是手會迅速地握緊，即手會沿著火線逆時針牢牢抓緊火線，這時火線、人體、大地構成閉合回路，人當然會觸電了.而有經驗的電工師傅會按照如圖4所示的方式用手直接辨別火線和零線，即用手的背面對著火線，用手的指甲去試觸火線.當接觸到火線時，人的手也會自然本能迅速握緊，即手會逆時針快速握緊，此時手也就在短時間內快速脫離火線的接觸，人也就自然不會觸電，這就是有經驗的電工師傅用手直接辨別火線和零線的原理.

圖2

圖3

圖4

現象4.水落在紙巾上會被紙巾吸收，然而我在2014年1月25日CCTV2財經頻道《是真的嗎》這欄目上看到這樣一種現象：紙巾上有水珠在運動，紙巾卻一點也不潮濕，而且水珠還能在紙巾上“跳舞”，難道現在的紙不吸收水了嗎，這是為什么呢？

紙巾能夠吸收水珠主要是因為紙巾的分子之間距離較大，水分子極易鉆進紙巾當中，所以水很容易被紙巾吸收，就像海綿能夠吸水是一樣的道理，這就是毛細現象.當我們在紙巾上噴上一種叫“超疏水”的材料，這種超疏水材料可以讓紙巾表面形成一種讓水無法滲透的保護層，從而使水落在紙巾上形成一個個小的水珠，水珠可以在紙巾上不停地運動，此現象類似于水珠在紙巾上“跳舞”，令人陶醉、十分優美.所以這種材料防水性能比較好，可以應用在雨衣上防止雨水滲漏、應用在浴室的玻璃上防水、應用在室外高壓線上防積雪等.