中国古代趣味物理实验拾零(2)
其实,早在沈括以前,就已经有人做过瑟弦相应实验,战国时庄子(前365~前286)在他的著作中就提到一个叫鲁遽的人:为之调瑟,废(置)于一堂,废于一室,鼓宫宫动,鼓角角动,音律同矣。[5]只不过纸人共振实验更为直观
其实,早在沈括以前,就已经有人做过瑟弦相应实验,战国时庄子(前365~前286)在他的著作中就提到一个叫鲁遽的人:为之调瑟,废(置)于一堂,废于一室,鼓宫宫动,鼓角角动,音律同矣。[5]只不过纸人共振实验更为直观和有趣罢了。
5铜瓮雷鸣实验
西汉刘安(前179~前122)在《淮南万毕术》中云:铜瓮雷鸣。其注曰:取沸汤置瓮中,坚塞之,内于井中,则作雷鸣,闻数十里。[6]
意思是:把开水倒进铜瓮里(但勿倒满),将铜瓮密封后丢入井中,声似雷鸣,数十里也能听到。铜瓮怎能雷鸣?原因可能有两种:第一,铜瓮在下沉过程中,瓮内水面之上蒸气遇冷降温凝结,压强减低,水的沸点随之降低,水再次沸腾作响;第二,若瓮壁极薄,当瓮内压强降低时,受大气压加水压的作用,铜瓮向内破裂,造成爆炸,声似雷鸣。
上述两种现象,都是通过空气冷凝的方法达到做功的目的。现中学用铁皮盒替代铜瓮演示上述第二种现象,实验时因条件限制不在水中而在空气中进行。若演示上述第一种现象,则是将烧瓶内水烧开后稍冷却,再在瓶外浇冷水降温减压来实现。
6循烟燃烛实验
姜岌在《续古文苑》一书中介绍了一个有趣的实验:今燃一烛在上,一烛在下,灭下烛使烟相当,则上烛之炎,循烟而下,燃下烛矣。此类相从也。[7]
意思是:现在让我们点燃两支蜡烛,一支放在上面,一支放在下面,将下烛的火焰吹灭,使它产生的烟雾(即蜡烛燃烧时产生的蜡蒸气)正好对着上烛的火焰。此时,上烛的火焰会沿下烛烟雾传递过来把下烛点燃。这是因为固态的蜡烛和气态的蜡蒸气都属于同一种物质。
在中学物理实验活动课中,常演示空中飞火、火外生枝两个实验,它们是从循烟燃烛中派生出来的。
7首泽浮针实验
《淮南万毕术》云:首泽浮针。其注云:取头中垢,以涂塞其孔,置水即浮。[6]张岱(1597~1667以后)在《夜航船》中指出:取头垢涂针,及塞针孔,水上自浮。[8]
上述两种解释,前一种仅指出用头垢涂塞针孔,后一种则还指出应将头垢涂针。其实,将头垢涂针才是最重要的。
通常,将密度大于水的物体放在水中,它会沉入水底,因为此时物体所受重力大于水对它的浮力。但由于液体具有表面张力,如果把像绣花针那样小的物体小心地投放水面,针也能由于水的浮力以及表面张力的作用而不沉下。取头垢涂针,把针平放在水面上,因针表面有油脂(头垢),针与水之间的接触角增大,实验更容易成功。
首泽浮针,这是一个非常有趣的实验。明代刘侗、于奕正在《帝京景物略》中记载:七月七日之午,丢巧针,妇女曝盎水日中,顷之,水膜生面,绣针投之则浮。
8水中游蝌实验
宋代苏轼(1037~1101)在《物类相感志》中写到:獐脑黄蜡和匀染黑,投水中作蝌蚪,自然水中走动。但欲洁净,用了油手指则住。[9]
这个实验中的獐脑应为樟脑(萘)。苏轼曾在《格物粗谈》介绍过浮水金丹实验:樟脑、银珠捣为饼,入水,即游走。[10]这个实验与水中游蝌相似。
盆中行船实验,与水中游蝌也有相似处,对了解水中游蝌实验原理会有帮助。用保安刀片将泡沫塑料或木片削制一个约3cm长的小船,在船尾切一个V形切口,在V形切口中嵌入一片小肥皂,将小船放入倒满水的盆中,小船会自动向前航行。
这是一个利用水表面张力做功的实验,肥皂在船尾慢慢溶化,使小船后面水的表面张力系数慢慢减小,所以船头水的拉力大于船尾水的拉力,船缓缓向前移动。
9鸡子举飞实验
《淮南万毕术》云:艾火令鸡子飞。这是一个很有趣的实验,但因记载简单,很难确定其实验原理与方法。《太平御览方术部》引注云:取鸡子去其汁,然艾火,纳空卵中,疾风因举之飞。[6]宋朝苏轼在《物类相感志》中云:鸡子开小窍,去黄白了,入露水,又以油纸糊了,日中晒之,可以自升起,离地三四尺。[9](责任编辑:www.360gaokao.com)
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