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《趣味物理學》在線閱讀——第6章 熱的現象(10-17)(8)

來源:百度文庫 2010-08-17 18:42:57

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6.17 冰柱的題目

  你可曾想過這樣的一個問題:我們時常看見的屋檐上垂下來的冰柱,它們是怎樣形成的?

  這些冰柱是在怎么樣的天氣形成的呢?在暖和的日子里還是在嚴寒的日子里?假如說是在溫度是攝氏0度以上的暖和日子里,那么它怎么會凝結成冰柱呢?假如是在嚴寒日子里,那么,在一座沒有生火的住宅屋頂,又哪里來的水呢?

  現在你已經看出這個題目不很簡單了。要形成冰柱,一定要同時有兩種溫度,一種是0度以上的溫度,能夠使積雪熔化;一種是0度以下的溫度,能夠使雪水凍結。

  事實上正是這樣:傾斜的屋頂上的積雪在熔化,因為太陽光把它曬到0度以上的溫度了;熔化以后的雪水流到屋檐上卻又凍結了,因為這兒的溫度是在0度以下。(當然,我們說的不是那種由于室內溫度產生冰柱的情形。)

  試想象這樣一幅圖畫:晴朗的天氣,溫度只有零下1—2度。太陽光正照在一切物體上。但是這些斜射過來的光線并沒有能夠使地面上的雪熔化。這里值得注意的是,在正對太陽的傾斜屋頂上,太陽光并不象對于地面那么偏斜,而是用比較陡峭接近直角的角度射下來的。大家知道,太陽射下的光線跟射到的平面所成的角度越大,這個平面給太陽曬熱的程皮也越大。(太陽光線的曬熱作用,跟這個角度的正弦值成正比;就象圖81所示的情形,屋頂上的雪受到的熱是地面的雪的2.5倍,因為sin60°大約是sin20°的2.5倍。)屋頂斜面上所以曬得比較熱,原因就在這里,因此,雪就熔化了,雪水一滴一滴從屋檐流下。但是屋檐底下的溫度是比0度低的,同時水滴還要因為蒸發作用而冷卻,自然要凝結起來。接著第二滴雪水流到這已經凝結的冰滴上,也凍起來;這樣下去,逐漸形成了一個小小的冰球。這些冰球逐漸加長起來,結果就形成了掛在屋檐下的冰柱。不生火的住宅或倉庫的屋檐所以時常會產生這種冰柱,原因就是這樣。

  我們用同樣的理由還可以來解釋范圍比較大的現象。你知道不同的氣候帶以及一年四季的溫度上的區別,大部分是跟太陽光線射到的角度有關的呀①。太陽離我們的距離,夏天和冬天大約相等;太陽離兩極和赤道的距離也差不多一樣(雖然略有些出入,但是不起什么作用)。但是,太陽射到地面的光線,在赤道上要比在兩極上陡直;而且,這個角度夏天又比冬天大。正是這個原因,才造成了白天里溫度的顯著變化,也就是說,引起了整個大自然界生活上的顯著變化。

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