趣味物理实验(原名《趣味物理思考题》)
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1.要学会用大脑思考

哥哥今天也不知道怎么了,整个人都很兴奋,哥哥说晚上他会和我做些关于电的实验。

我听到实验这个词也是很兴奋的:“实验?有什么新的实验?不如我们现在就开始做吧!”我对哥哥说到的事情充满了期待,因为每一次哥哥做实验我都会学到很多知识。怪我说话太快了,哥哥对我说:“你要学会等待,对做任何的事情都要有一些耐心。”

“我已经说了我会在晚上给你做实验啊,你就耐心地等着晚上的到来吧。我现在需要为实验做些准备,比如一些机器什么的。”

“还要准备机器,你要准备什么机器?”

“当然是与电有关的机器啊。因为我们这次做的实验是与电有关的。”

“你要做什么我这儿有啊,我可以给你弄来,你就赶快做实验吧。”

“还是我自己去找吧,我怕你会把实验搞砸的。”哥哥很不经意地说道,“你只会给我添麻烦,总是什么也找不到,最后还会把东西弄得很乱。”他说完后,还是决定自己去找了。

“你确定你可以找到机器吗?”

“当然可以了,你不用急,晚上你就可以看到了啊。”

哥哥走出门了,但是他把装有机器的包忘在了前厅里的小桌上。我很好奇他的包里面是什么东西,因为就我一个人和哥哥的包在一起,而对于我来说包里面的东西又是那么的神秘。我被包里面的东西深深地吸引了。心里面不停地想到底是什么,无论我做什么都不能转移我的注意力。

哥哥可真奇怪,他居然可以把发电机放在皮包里,因为我想象中它绝对不会那么平。我继续着我的好奇,向皮包的里面探索,我看到有一个东西好像包在了报纸里面。这是什么呢?我打开了报纸,原来包里面一本接着一本的除了书还是书,其余的东西就什么都没有了。原来我被哥哥骗了。

过了一会儿,哥哥空手回来了。他看到了我的表情,就知道是怎么回事了。

“你不会是偷偷看了我的皮包吧?”他笑着问道。

“你不是说有什么设备吗?我怎么没有见着呢?”

“这怎么会呢,就在包里面啊?”

“你骗人,包里面什么都没有,就只有书。”

“你仔细一点儿看就可以看得出来了,要不你再看看啊?”

“我用什么才能看得出来呢?眼睛?”

“你需要边看边思考,既要用上你的眼睛还要用上你的大脑,你需要理解你看到的一切。因为只有这样看了你才可以明白这一切。”

“好吧,哥哥你就别绕来绕去的了,你赶紧教教我吧。”

“仔细看着啊,让我来教教你只用眼睛看和用整个头脑看事情的区别之处。”

哥哥从口袋里面掏出了一支铅笔,然后他就在纸上画了一个图形(图62)。

“你看到图上的线了吗?我们用图中的双线表示轨道,单线表示公路。你告诉我,我们画的轨道,哪一条轨道更加长一些呢?你认为是1到2的距离更加长一些呢,还是1到3的距离更加长一些呢?”

图62

“在我看来,我还是认为1到3的轨道要更长一些。”

“如果刚才你是用眼睛看见的,那么这一次我们用我们的大脑好好仔细地思考一下,到底是哪一条轨道要更加长一些。”

“可是我不知道要怎么去思考啊。这个太难了,我真的理解不了。”

“我让你好好地用大脑思考一下。那么就请你仔细地思考并想象一下。这回你从1的位置引出一条直线,这条线必须遵守一个规则,那就是要和底部的2至3公路垂直。”哥哥说完后在图上画了条虚线,“现在你来好好地想一想,我画的这条线是怎么把这条公路划分的?划分成了哪些部分呢?”

“是平分的吧。”

“你猜对了,这条虚线上的所有点到点2和点3的距离是一样远的。那现在你看看点1,它到点2和点3哪个更近一些呢?”

“通过你给的指引,我现在明白了,它到点2和点3的距离是一样的,而并不是右边的距离比左边的长。”

“现在你知道用眼睛看和用大脑思考的区别了吧。”

“现在我终于知道了,原来好多事情是用眼看不出来的。但是我还有一个疑问,哥哥,你说的机器在哪儿呢?”

“什么?哦,你是说那个发电的机器啊。它在包里啊,你没有看到吗?它就在原来的地方,你需要用大脑思考,不能光用眼睛看。”

哥哥说完后,就顺手从包里面拿出了一包书,小心地拆开,把一张大报纸空出来,随后将报纸递给了我,说:“这就是我们的发电机。”

我很不理解。

“你仔细地想一想,这真的就只有报纸,没有别的了?”哥哥接着说,“如果你用眼睛看,我认为你是对的。但是用头脑看的话,就能够看到报纸里面有物理仪器。”

“物理仪器?做实验的?”

“对。现在你把报纸抓在手里,觉得很轻是吧?你可以用很轻的力气就能够将它拿起来。但是,同样的一张纸,却可以变得很重很重。你还记得那根画图尺子吗?现在你把它递给我。”

“这个尺子已经没有什么用了,已经破了。”

“这样就更好了,因为即使把尺子弄断了也不会伤心了。如果现在你用手往下面压着尺子,那么你就会很容易把它压弯了。但如果我用报纸把另外的一面遮住,现在你再试一试,你觉得会怎样?”

哥哥非常认真地用手将报纸抚平,摊在桌子上,然后把尺子塞进了报纸下面(图63)。

图63

“现在你按照我说的去做。你看,我用报纸盖住了尺子的一部分,现在你快速地、用力地打击尺子的另外一部分。”

“这不行,我这么做,报纸立刻就会飞走,尺子也会被我折断。”

“用力。”哥哥说。

一开始,我确实有些担心。但结果却出乎了我的意料,尺子断了,而报纸仍旧完整。“你看,原来报纸比你想的要重得多了吧?”

“这是电的实验吗?”

哥哥说:“这是实验,但并不是电的。我们要做的电的实验还没有开始呢。我想要告诉你的是,这张报纸确实可以用来做物理实验的仪器。”

“我有一个疑问。报纸的重量很轻,但是为什么尺子受了那么大的力后,报纸却没事?现在我可以轻松地把报纸拿起来。”

“其实实验有一个关键点。那就是当空气将一个很大的压力施加在了报纸上。如果精确计算一下,每一立方厘米的报纸相当于受到1千克重物的压力。当你打击尺子的一端时,尺子的另一端就会从下挤压报纸,此时的报纸应该被掀起。当然,这是最常见的一种情况。整个实验分两种情况,如果慢速打击尺子,那么报纸上面的气压和下面的气压会平衡,尺子会折断并且报纸也会飞出去。但如果你打击得够快,那么空气就来不及渗透到报纸的下面,所以这个时候即使报纸中间已经朝上掀的时候,它的四周还是贴着桌子的。所以我才让你用大力、快速地打尺子。”

“我可以用具体的数字来帮你分析:假设报纸的面积是16平方厘米,那么它上面受到的空气压力就相当于16千克的重物。这张报纸的面积明显更大,就是说,举起报纸需要更大的力,大概为50千克重物的力。这个重量尺子承受不了,所以就断了。”

“那么你现在开始相信,借助重量轻的报纸也可以做实验了吧?好了,准备下一个实验吧。天快黑了。”