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本书紧密联系生活实际，从一个又一个自然有趣的话题谈起，生动活泼地用物理学知识解释生活中那些常见的现象和事物，引导读者主动学习、主动探究，从身边的事物、生活的经验着眼，观察物理现象、学习物理知识、探究物理的奥秘。本书有助于读者开阔视野，学会灵活运用物理知识。
全书采用谈话的形式，亲切自然，文字通俗，说理浅显，引人入胜，适合青少年读者，尤其是小学高年级学生及初中学生阅读学习，也可供教师及培训机构参考使用。
科学新悦读文丛
身边有科学
包罗万象的物理
刘行光 编著
杨仕强 绘
人民邮电出版社
北京
图书在版编目（CIP）数据
身边有科学：包罗万象的物理/刘行光编著；杨仕强绘.--北京：人民邮电出版社，2021.8
ISBN 978-7-115-55952-4
Ⅰ.①身… Ⅱ.①刘…②杨… Ⅲ.①自然科学-普及读物②物理学-普及读物 Ⅳ.①N49②04-49
中国版本图书馆CIP数据核字（2021）第021782号
◆编著 刘行光
◆绘 杨仕强
责任编辑 王朝辉
责任印制 王郁 陈犇
◆人民邮电出版社出版发行 北京市丰台区成寿寺路11号
邮编100164 电子邮件315@ptpress.com.cn
网址http://www.ptpress.com.cn
三河市中晟雅豪印务有限公司印刷
◆开本：880×1230 1/32
印张：6.375 2021年8月第1版
字数：128千字 2021年8月河北第1次印刷
定价：39.80元
读者服务热线：（010）81055410 印装质量热线：（010）81055316
反盗版热线：（010）81055315
广告经营许可证：京东市监广登字20170147号
物理无处不在，它藏身于我们生活中的每一个角落。本书内容紧密联系生活实际，从一个又一个自然有趣的话题谈起，生动活泼地用物理知识解释了生活中常见的现象和事物，涵盖了物理学中的力学、热学、声学、电学、光学等方面的知识。旨在引导读者主动学习、主动探究，从身边的事物、生活的经验着眼，观察物理现象、学习物理知识、探究物理奥秘，并学会如何应用物理方法解决实际问题。
本书为大众科普读物，文字通俗，说理浅显，适合广大物理爱好者阅读，尤其适合青少年读者学习使用。
12月中旬的一个星期天上午，我带着儿子刘畅去哥哥家。小侄子刘书戎一见我，就兴高采烈地说：“叔叔，我早就盼望您来啦！”
他是一个初中三年级的学生，很喜欢下象棋、打羽毛球。我随口说：“是啊，我好久没有来跟你玩了，今天咱们痛痛快快地杀几盘、打几局。”
“叔叔，今天我不下棋、不打球了！”
正当我对书戎的回答感到纳闷的时候，哥哥插嘴说：“过去你常夸他物理学得好，其实他全靠死记硬背。半个月前，他听了一位物理学家的报告，就坐不住了。”
书戎接着说：“那位物理学家谈到现代科学和日常生活之间并没有一条鸿沟。在生活中也有学物理、用物理的广阔天地，就看你能不能开动脑筋、细心观察、勤于思考！我虽说已经学了一年多物理，还自学了一些高中的物理知识，但是对‘身边的物理’几乎一无所知，您说能不着急吗！”
“原来是这么回事！”我笑着说，“那么好，就从今天开始，我们按照力学、热学、声学、电学和光学的顺序，一起来漫谈我们身边的物理知识，总题目就叫‘包罗万象的物理’。”
“太好了，我保证做好后勤保障！”哥哥插话说，“其实我们生活在一个物理世界中，对身边司空见惯的物理现象可能已经浑然不觉了，但是这些现象背后都有着深刻的道理和其发生的必然性。观察、思考、解释这些现象背后的物理知识，本身就是很有意义的事情。”
听说我要讲“我们周围的力学”，书戎很高兴，连忙拉我在客厅的沙发上坐下，说：“记得我第一次接触到力学的时候，对它既感到陌生，又相当好奇，总想知道它是研究什么的，有什么用处。”
我喝了一口水，笑着解释说：“在初中物理课程中，力学所研究的是我们这个变化万千的世界中最简单、最基本的运动形式——机械运动。人类能实现遨游太空、踏上月球的创举，力学这门科学是立下了‘汗马功劳’的，而且历史上还有许多有趣的力学故事，你知道吗？”
书戎想了一下，说：“我知道，牛顿在苹果树下发现地心引力，伽利略在比萨斜塔上证明不同质量的物体同时落到地面上，阿基米德在浴缸中发现浮力的原理……这些都是力学中有趣的故事或传说。”
我点了一下头，接着说：“生活中有许多现象也蕴藏着丰富的力学道理，我们的不少日常活动都可以说是一次次力学的实验。例如，用指甲钳剪指甲是杠杆实验，用橡皮筋弹弓发射弹丸是弹性实验，推铅球是斜抛实验……”
正当我们讨论力学的时候，嫂子拎着一条鲤鱼，乐呵呵地进门了。我故意问她，这条鱼有多重。她说：“在农贸市场买的，没有称，约莫有2斤（1斤=500克）。”
哥哥冲着她说：“约莫个啥，拿秤来称一称，不就知道了！”
书戎转身拿了杆秤来，一称正好是2斤。这时候我也从手提包里掏出旅行秤，递给书戎：“你再用这个秤称一下看看。”
“叔叔，这是什么秤啊？”
“旅行秤，就是一种弹簧秤。它可以随身携带，用起来很方便。”
书戎把鱼往弹簧秤秤钩上一挂，看到指针正好指在1千克的刻度上，就说：“1千克等于2斤，这旅行秤还挺准的，称出的数和杆秤一样！”
“两个数真的一样吗？”我突然问。
“当然一样！”书戎毫不犹豫地说，“因为它们都表示鱼的质量是2斤。”
“不对！”我郑重其事地说，“这两个数代表的意义不同！”
书戎愣住了，低声地嘟囔说：“明明都是2斤，怎么不一样呢？”
“你想想，用弹簧秤称物体，测出的数应该表示什么？”我问。
他脱口而出：“重量，也就是重力。”
“那么用杆秤或者天平称出的数呢？”
他想了一下说：“表示物体的质量。”
“是呀，质量和重力是两个不同的概念。质量表示物体所含物质的多少，是一个恒量，在任何地方都不会变化。重力表示物体受到地球吸引力的大小，计算公式是G=mg，其中G表示重力，m表示质量，g表示重力加速度，大小约为9.8牛/千克。g的值还随着纬度变化而改变，在赤道上最小，约为9.78牛/千克；在两极上最大，约为9.83牛/千克。例如刚才这条鲤鱼，不管在什么地方称，质量都是1千克（2斤），但是重力就不同了，在赤道上测是9.78牛，在北极测就变成9.83牛。”
“既然这样，在日常生活里为什么可以用弹簧秤称出的数值来代表质量呢？”书戎问。
我笑着说：“这是因为弹簧具有受力后产生与外力相应的形变的特性。根据胡克定律，弹簧在弹性极限内的形变量与所受力的大小成正比。称重时，弹簧形变所产生的弹力与被测物的重量(重力）相平衡，故从形变量的大小即可测得被测物的重力，进而再确定其质量。例如一个弹簧原长10厘米，受到9.8牛的拉力作用后的长度为11厘米，则弹簧的伸长量为1厘米，这个拉力就近似等于质量为1千克物体产生的重力，所以就可以在刻度上伸长量为1厘米处标为1千克；当弹簧受到19.6牛的拉力作用后它的长度为12厘米，则弹簧的伸长量为2厘米，可以在刻度上伸长量为2厘米处标为2千克。以此类推，我们还可以在1千克和2千克之间进行10等分，表示0.1千克，这样弹簧秤的刻度就可以直接显示为质量值了。”
我问书戎：“你使的杆秤最多可以称多少斤？”
“20斤。”
“假如现在要用它称几百斤的大重物，你说行吗？”
他不以为然地笑着说：“叔叔，您别开玩笑了，连二十几斤它都称不了，还能称几百斤？”
我正儿八经地说：“这可是真的，我还称过呢！”
我的话立刻引起了书戎的兴趣，他急切地问：“那您是怎么称的？”
“称法很简单，”我一面在纸上画示意图一面说，“找一根杠棒，在重心O处绑一根粗绳子，另找一根杠棒穿过粗绳的绳圈，把重物架起来。如果被称物体的质量很大，也可以由两个人抬着。再用一根粗绳子把被称的重物绑住，粗绳的绳圈挂在靠近O处的A点上。在杠棒的末端B点上绑一根绳子，绳圈挂在杆秤的秤钩上。然后提起秤纽，把秤锤向外移动，当重物被提离地面、杆秤达到平衡的时候，记下杆秤上的读数，同时用尺子量得OA和OB的长度，就可以算得物体的质量了。”
“这个办法好像是利用了杠杆的平衡条件，对吗？”书戎若有所思地问。
“是的，”我说，“杆秤能够称物体的质量，就是利用了杠杆平衡条件。你知道杠杆平衡条件是怎么说的吗？”
书戎想了一下说：“要使杠杆平衡，作用在杠杆上的两个力（动力和阻力）的大小跟它们的力臂成反比。也就是动力×动力臂=阻力×阻力臂，用代数式表示为F1×L1=F2×L2。式中，F1表示动力，L1表示动力臂，F2表示阻力，L2表示阻力臂。”
你说的很对！现在我们用小杆秤称大重物，是再一次利用了这个原理。在这里，O是支点，秤的质量读数为m，其受的力G=mg是动力，OB表示动力臂；重物的质量为M，其重力W=Mg是阻力，OA表示阻力臂。因为杠棒是平衡的，所以一定满足等式G×OB=W×OA，也就是mg×OB=Mg×OA。假定m=20斤，OB=100厘米，OA=5厘米，约掉等式两边的公因数重力加速度g，那么重物的质量就是
“噢，是这样！”书戎一面点头一面说，“哎，叔叔，那这支点O为什么必须选在杠棒的重心上？”
“这样做可以使问题简单化。”我回答说，“你想，这样一来，杠棒平衡的时候，它本身的质量不就可以不用考虑了吗！”
书戎赞叹说：“小秤大用，真是妙不可言！”
突然，刘畅在过道里哭了起来，只听哥哥说：“你这孩子就会跑，也不小心点，看把你摔了吧！”我连忙跑过去扶起他。哥哥指着站在一旁傻笑的书戎说：“你小时候也是这个样，跑起来跌跌撞撞，老是栽跟头。”
书戎好像挺委屈地说：“我也不知道怎么的，小时候一快跑就经常跌跤。”
我笑着对哥哥说：“小孩是容易跌跤，你也不能全怪他们。”
“好啊，你还为他们辩护！”他提高了嗓门说，“那怪谁呢？”
“这里面有物理学上的原因。”
我的话音刚落，书戎迫不及待地说：“叔叔，您快说说，是什么物理规律在欺侮我们小孩？”
我没有直接回答他的问题，只是问：“你说我们站着为什么不会跌倒？”
“因为通过身体重心的竖直线落在由两只脚形成的支面里。”
“要是通过身体重心的竖直线越出了支面呢？”
“就会跌倒呗！”
“对啊！”我说，“我们走路的时候，总是要把身体向前倾，使通过重心的竖直线越出支面，等于在做一个接一个的跌倒动作。而双脚交替向前移动，正是为了维持新的平衡。假如你跑得很快，通过重心的竖直线远远越出支面，后脚又来不及跟着向前移动，不就跌倒了嘛！”
“哎，叔叔，您讲的这些规律对大人、小孩都是适用的，为什么偏偏小孩跌跤的可能性比大人大呢？”
“主要原因就是你们小孩的个儿比大人矮。”
“不对啊！”书戎沉思了片刻说，“我记得物理书上说过，物体的重心越低，平衡越稳定。小孩比大人个儿矮，重心也比大人低，应该不容易跌倒。”
“你这是在张冠李戴，”我笑着说，“你说的这个规律，是对稳定平衡来说的。对于支面不断移动的不稳平衡，情况刚好相反：重心越高越有利于移动支面，来维持新的平衡。不信你可以做一个简单的实验……”
书戎很快找来一根一米多长的细竹竿和一根筷子，按我说的实验方法，先后用手指顶了起来。只见竹竿顶得比较稳，而筷子老是倒下。通过亲身实践，他深有体会地说：“确实是重心比较高的竹竿好顶，因为它倒下得比较慢，一旦开始倾倒，我有比较充裕的时间移动手指，使它达到新的平衡。而筷子就不是这样，它的重心低，说倒就倒，手指来不及移动。”
“你对实验总结得很好！”我接着说，“人走路时候的平衡，和顶在手指上的竹竿的平衡相类似，是用一只脚作支面的不稳平衡。大人的重心高，跌倒所用的时间长，移动后脚维持新的平衡自然就容易些。小孩的重心低，跌倒所用的时间短，往往还没有等后脚向前移，人就倒地了。”
“噢，我明白了！”书戎兴奋地说，“快跑更容易跌跤，是因为这时候身体向前倾倒得更厉害，通过重心的竖直线远远越出了支面，为了维持新的平衡，后脚需要向前移动得更快，容不得半点迟缓。”
哥哥有在星期天欣赏音乐的习惯。“来，我们一起听几首独唱歌曲，好吗？”没等我回答，他打开了唱机，放上唱片，优美动听的歌声就响了起来。我看出书戎因为他爸打断了我们的谈话而有点不高兴，就小声对他说：“咱们边听边谈吧。”
“这咿里哇啦的，怎么谈啊？”
“我们就谈唱机吧，你知道唱针对唱片的压强有多大吗？”
他摇摇头：“不知道。”
我提示他：“唱针的针尖和唱片的接触面积大约是0.0001平方厘米，假定唱片上唱头的质量是半两（1两=50克），也就是0.025千克……”
没等我说完，书戎抢着说：“根据‘压强是单位面积上受到的压力’的定义，唱针对唱片的压强计算公式是：p=F/S，而压力F就是唱头的重力G，重力G=mg＝0.025×9.8=0.245（牛），而S是0.0001平方厘米，也就是10-8平方米，所以压强是0.245÷10-8=2.45×107（帕），也就是24500千帕。”
“算得对！”我说。
“这压强好大啊！”书戎惊讶地说，“记得我以前曾经计算过，我的体重是49千克，每一只脚同地面接触的面积是175平方厘米，当我站立的时候，对地面的压强是27440帕，大约只有唱针对唱片的压强的1/900！”
“你可知道，还有一种唱机，它的唱头质量少说也有半斤，因此，唱针对唱片的压强可以达到245000千帕。”我估计书戎要问这么大的压强为什么不会把唱片压坏，就补充说，“幸好这种压强是静压强，并且是稳恒地作用在唱片上的，而唱片对于静压强有着惊人的抵挡能力，所以它能够安然无恙。”
“半斤就是0.25千克，重力大约为2.45牛，竟然可以产生245000千帕的压强，”书戎自言自语地说，“这真是小力产生大压强啊！”
“你知道吗？在家里，利用小力产生大压强的例子多得很呢！”
“这我知道，”书戎连珠一样地说，“例如图钉、缝衣针、钉子、锥子、斧头、切菜刀等，都是利用小力作用产生大压强，为我们服务的。”
“说得对！”我说，“和唱针对唱片的压强相比，向墙上按图钉的时候，图钉对墙产生的压强要大得多。假定图钉尖的面积是0.0004平方厘米，按图钉的力若是3.92牛，那么压强就是9.8×108帕。也正因为这样，图钉才能被按进坚硬的墙里。再说切菜刀吧，刀口薄而锋利，切起东西来就省力。用了一段时间，刀口变厚变钝了，受力的面积变大了，再用同样的力去切东西，压强就变小，切起东西来也费劲。切菜刀要经常磨，道理就在这儿。”
听我们谈到磨刀，嫂子在厨房里说：“我这把刀切东西又不快了，劳驾你再给磨一磨吧。”以前差不多每隔一段时间，我总要帮她磨一次刀，不比磨刀师傅磨得差。
书戎一听妈妈要我磨刀，就嚷嚷开了：“磨刀谁还不会，把刀放在磨刀石上来回多蹭几次就得了，还非得麻烦叔叔！”
我和颜悦色地说：“哎，书戎，你说得也太轻巧了。磨刀并不像你想的那样简单，更不是人人都会磨的。”
他惊奇地问：“难道磨刀还有诀窍？”
“当然有，”我一边磨一边问他，“你知道菜刀为什么能够把东西切开吗？”
“这刚才您不是说过了嘛，因为刀口薄，用不大的力就可以产生很大的压强。”
“仅仅这样说还不够，”我把菜刀拿到他面前说，“你仔细观察一下就可以发现，刀是劈形的，它的侧面是斜面。用力切东西的时候，在刀口切进东西里面的同时，刀的侧面就把东西向两边推压，于是东西被切开了。我们假定菜刀是一个理想的劈形。根据力的分解，用力切东西的时候，加在刀上的力F可以分解成刀的两个侧面对东西的推压力F1和F2。”我一面比画着一面说，“由相似三角形的对应边成比例可以知道，F1（或者F2）和F的比等于刀面宽度l和刀背宽度d的比，也就是F1:F=l:d。假如菜刀的刀背宽度d=1厘米，刀面宽度l=8.5厘米，你用20牛的力切东西，那么刀面向两边推压东西的力就是
。假如这把菜刀的刀背宽度d减小一半，刀面宽度保持不变，这时候同样用20牛的力切东西，从上面的公式可以知道，刀面向两边的推压力就增大到340牛。”
书戎终于听懂了，脸上也露出了笑容。他像做总结一样地说：“这么说刀面宽度比刀背宽度大得越多，或者说，刀的两个侧面的夹角越小，刀就越锋利，切起东西来也越省力。”
“是这样！”我点头说，“磨刀的诀窍就是根据这个道理，设法把刀口磨得很薄，使刀口斜面间的夹角尽量小。所以，正确的磨刀方法应该是在磨刀的时候使刀面尽量贴紧磨刀石。这样虽然磨得慢一些，但是磨出的刀口斜面间的夹角可以很小，刀口很锋利，使用起来既顺手又省力。假如你贪快，图省事，磨刀的时候把刀背抬得很高，或者像常见的有些人那样，把用钝的刀在缸边上蹭几下，虽然也可以使钝刀暂时变得稍锋利一点，但用不多久又不快了，原因是这样磨出来的刀口斜面间的夹角比较大，不锋利。另外，刀口在缸边上来回干蹭，还会产生高热，使刀口上的钢退火，降低刀口的硬度。我磨刀的时候不断向磨刀石上加冷水，就是为了防止刀口因摩擦生热而退火。”
看我磨刀看得津津有味的书戎感叹道：“没想到磨刀还真有诀窍呢！”
“你别看道理简单，磨起来却不那么容易，”说着，我把还没有磨好的刀递给书戎，“来，你现在就实践一下，学会了以后你妈妈就不会再‘麻烦’叔叔了。”
书戎高兴地说了声“好嘞”，就很认真地按照我教的方法磨了起来。
书戎把磨好的刀送到厨房以后，他妈妈叫他淘米，准备做饭。淘米以前他先聚精会神地拣了起来，还招呼刘畅帮着一起拣。我问：“书戎，你在拣什么啊？”
他不耐烦地说：“这米真差劲，里面小石子、稗子多极了，拣也拣不干净，真烦人！”
“嗨，石子、稗子不用拣，用水一淘就淘出来了。”
“怎么个淘法？”书戎猛地站起身，睁大了眼睛问，“难道淘米也有窍门？”
“是的，可以利用阿基米德定律。”
“阿基米德定律说，浸在液体里的物体会受到向上的浮力，浮力的大小等于物体排开的液体的重力。”书戎眯着眼睛背诵道，“可是，它跟淘米有什么关系呢？”
“关系大着哩！”我说，“把大米浸到水里，米粒、稻糠、石子、稗子都要受到水的浮力。由于它们的密度不同，像稻糠、稗子的密度比水小，米粒、石子的密度比水大，所以有的上浮，有的下沉……”
说到这里，书戎明白过来了：“噢，把密度比水小的稗子、稻糠浸到水里，它们所受到的浮力比本身的重力大，所以就浮到水面上，的确可以淘去。”稍停片刻，他又疑惑了起来：“可是，米粒和石子的密度都比水大，它们都沉到了水底，怎么把它们分开呢？”
“只要你肯动脑筋想，办法是有的，就是利用石子和米粒的密度不同。”我接过淘米盆，另外还拿了一个空盆，边淘边说，“石子的密度比米粒大，所以在水里把米粒、石子一起搅动，让它们稍稍浮起以后，一定是石子先沉到盆底，米粒落在石子的上面。假如我一面把淘米盆倾斜，轻轻晃动，一面连米带水慢慢倒入空盆，那么沉到最底下的石子不就留下来了？当然，里面可能混入一些米粒，但是这时候拣起来就省事多了。这样反复几次，就可以把石子清除干净。”不一会儿，我就把米淘好了。
嫂子听了我的淘米法，也觉得新鲜，连连点头说：“这个办法好！我看用它淘小米，就更显出它的优越性了。”
“是啊，很多人淘小米用的就是这个办法。小米里常常混入许多颜色和小米粒差不多的沙粒，小米粒又很小，所以你要把一粒粒沙子拣出来，那可真费牛劲了。要是用这种淘米法反复倒腾几次，保管能够把沙粒剔除得干干净净。”
嫂子听了半开玩笑地说：“敢情物理还真有用，看来我也得学一点才好喽！”
快要吃午饭了，嫂子让书戎剥熟鸡蛋壳，谁知刘畅却拿了4个生蛋混到了熟蛋里。书戎埋怨说：“看你越帮越忙，把生蛋和熟蛋混在一起了！你好好想想，哪4个是你拿来的？”
刘畅瞪大了眼睛，把蛋拨来拨去，看看都一样，只好摇头说：“哥哥，我分不出来了。”
正当书戎愁眉不展的时候，我提醒他：“可以利用物理原理把生蛋和熟蛋分开嘛。”
“对！只要把蛋放到亮光里照一下就分开了。”书戎很得意地说，“因为生蛋的蛋清、蛋黄是液体，光能够透过；而熟蛋的蛋清、蛋黄凝成了固体，光是透不过的。”
说完，他正要用光照的办法去分辨，我把他阻止了：“你能不能想一个更简捷的判别方法呢？”
书戎一下子懵了，摇摇头说：“想不出来，还是请您告诉我吧。”
“可以用旋转的方法！”说着我在桌子上转动每一个蛋，很快就把4个生蛋挑了出来。
“我知道啦！”站在一旁看得出神的书戎高兴地说，“转得慢，只转一两圈就停下来的是生蛋。转得快，能够连续转好几圈的是熟蛋。对吗？”
“不错，”我接着问，“可是你能说出其中的科学道理吗？”
“我说不太清，”他不好意思地摇摇头，“很可能和惯性有关系。”
“正是和惯性有关！”我解释说，“熟蛋的蛋清和蛋黄都凝成了固体，所以旋转蛋壳的时候，蛋的各部分都能够一起旋转。但是，生蛋里面的蛋清和蛋黄都是液体，当蛋壳旋转的时候，由于惯性，蛋清和蛋黄不但不能够随着旋转，而且还会对蛋壳的旋转起阻碍作用。”
这时候，书戎故意把生蛋和熟蛋重新混在一起，兴致勃勃地逐个旋转起来，嘴里还喃喃地说：“以后再遇到这种情况，我就可以用这个办法把它们分开了！”
吃完午饭，书戎沏了一壶茶水。我问他：“你知道茶壶上有什么秘密吗？”
他怀疑地说：“茶壶是装水的，不漏就行，还能有什么秘密？”
“有，”我说得很肯定，“而且至少有两个。”
听我这样一说，他就目不转睛地盯住茶壶，仔细端详起来。但是看了好长时间，也没有看出什么名堂来。我提示他：“你先注意一下壶嘴。”
“壶嘴？”他用手指着壶嘴说，“它也没有什么特别的，既不比壶身高一段，也不矮一截。”
“哈哈，秘密就在这壶嘴和壶身一样高上！”我笑着说，“你还记得吗？茶壶是一个连通器，嘴里的水面和壶身里的水面总是一样高的。倒水的时候把壶一歪，壶嘴比水面低了，水就流出来。假如壶嘴做得比壶身矮，壶里的水就装不满。因为水面一高过壶嘴，水就会从嘴里冒出来……”
书戎终于开窍了，他打断了我的话说：“假如壶嘴比壶身高出一段，壶里的水倒是可以装得满满的，但是倒水的时候就出问题了，把壶一歪，水还没有从壶嘴倒出来，就会从壶盖缝里流出来。”
“现在你再找一找第二个秘密。”
机灵的书戎立刻指着壶盖说：“我看这上面的小孔开得有点儿蹊跷，也许秘密就在这里。”稍停了一会儿，他又迟疑地自言自语：“可是，不开这个小孔，又有什么关系呢？”
“这第二个秘密算是被你蒙对了。没有这个小孔可不行！不信你用手指按住它，再往杯里倒水试试看。”
他一倒水，开始还流得比较顺畅，但是后来越流越少，好像壶嘴被什么东西堵了一样。他把按孔的手一挪开，水又流得顺畅了。他惊奇地说：“真是没有想到，这小孔竟有这样神奇的作用。”
“其实，真正在起作用的是大气压强。”我解释说，“小孔敞开，壶里的空气跟壶外的大气连通，压强相同，一歪壶身，水就在重力作用下从嘴里流出来……”
“我明白了！”书戎抢着说，“小孔堵住了，壶盖又盖得很严密，那么壶里的气体跟壶外的空气就不连通。开始倒水的时候，壶里气体的压强和大气压强相等，水就在重力作用下从嘴里流出来。但是流出了一些水以后，壶里水面上方的空间增大，气体压强减小，和壶外大气压强产生了压强差。就是这个压强差，阻碍着水从壶嘴里流出来。”
“分析得很对，”我补充说，“而且壶里的水装得越满，按住小孔以后出水不畅的现象越显著。因为在这种情况下，壶里气体少，容易造成较大的内外压强差。”
说完茶壶盖都必须开孔以后，天真的书戎有点儿埋怨大气压强的存在：“要是大气没有压强多好，壶盖上也不用开小孔了。”
“哎，你这话可就片面了！”我说，“要知道，大气压强是助人为乐的‘模范’，我们从生活到学习都得到了它的不少帮助呢！”
“我怎么没有感受到？”
“你一定喝过汽水吧？你想过没有，为什么把吸管插到汽水瓶里，用嘴一吸，汽水就沿着管子上升到你的嘴里？”
“因为我吸的时候用了力。”
听他回答得这样自信，我明确地告诉他：“假如你不用吸管，而用嘴唇直接含住瓶口，那么你用再大的力气吸，也吸不上汽水来。”
“难道说喝汽水的时候，大气压强真的帮我忙了？”他疑惑不解地问。
“是的，”我解释说，“吸管插进汽水瓶里以后，管子和瓶里的汽水面都跟大气接触，受到一样大小的大气压强。你含着管子轻轻一吸，管里的空气被你吸了一部分出来，剩下的空气变得很稀薄，对汽水面的压强也变小了。这时候管子外的汽水面仍然受到大气压强的作用。正是这管内外出现的压强差，迫使汽水沿着管子上升，流进你的嘴里。其实，不但用吸管吸汽水离不开大气压强，我们用杯子或者碗喝水、喝稀饭等，也都依靠了大气压强的帮助。”
“是，是。”书戎频频点头说，“可是，大气压强和学习又有什么关系呢？”
我反问他：“你钢笔里的墨水是怎样灌进笔胆里去的？”
“对，是大气压强把墨水压进笔胆里的！”真没料到，经我一问，他立刻做出了正确的回答，“吸墨水的时候，总是先按一下簧片，把笔胆压瘪，压出里面的空气；然后放开簧片，笔胆逐渐胀大，由于它里面的空气压强变小，大气压强就把墨水压进了笔胆里。”
“假如没有大气压强，你的钢笔就吸不进墨水了。你看，这不是把大气压强跟学习联系起来了？”
书戎一边点头称是，一边问：“叔叔，有一个问题我一直很纳闷：彩色笔的笔头是一根细棍，上面既没有开槽，也不见有流墨水的小孔，写起字来墨水为什么能够源源不断地流出来呢？”接着，他显得很神秘地说：“还有，更令人奇怪的是，彩色笔没有笔胆，只有一根两端开了口的塑料管，里面塞了一个棉线卷，我瞧了半天，也没有看见哪儿装了墨水！”说完，他把一支红色彩笔递给我。
我打开一看，就明白了问题的答案。但是我没有直接作答，只是问：“你知道钢笔为什么能够自动出水吗？”
“好像是利用了毛细管的作用。”书戎一边想，一边慢慢地回答说，“把一根很细的玻璃管插到水里，水立刻沿着管子的内壁上升，使管里的水面比管外的水面高出好多。这就是毛细现象。钢笔的自动出水，就应用了毛细现象。我拆过钢笔，看到笔舌上开了好些细槽，笔尖上还有一条细缝，这些槽和缝就是一条条毛细管，笔胆里的墨水正是通过这些毛细管，源源不断地输送到笔尖上。”
“你说得很好！钢笔的出水装置确实是根据毛细原理设计的。”我接着问，“是不是所有毛细管都能用肉眼看见呢？”
“不是！”他很有把握地说，“例如棉布、木材等的纤维里的毛细管，肉眼就看不见。”
“现在就不难揭开彩色笔的奥秘了。”
“对，我知道了！”书戎很激动地说，“彩色笔也是根据毛细原理设计的。棉线卷就是它的笔胆，墨水潜藏在棉线纤维的毛细管里。作为笔头的细棍，里面也充满了毛细管，末端插在棉线卷里。写字的时候，墨水就从棉线卷里的毛细管中输送到笔头上，再通过笔头里的毛细管输送到笔尖上。”
“真是‘世上无难事，只怕有心人’！只要你肯动脑筋，善于运用学过的知识来分析，再难的问题也是能够迎刃而解的。”
我接着问了书戎一个关于液体性质的问题：“为什么刚洗过的脚不容易穿进袜子？”
他放声大笑，不假思索地说：“这个问题太简单了！因为用热水洗脚的时候，脚受了热会膨胀，可是袜子的大小没有变化，所以穿起来要比平时困难。”
听了他的回答，我笑得合不上嘴：“假如用冷水洗脚，脚的体积会缩小，洗完脚穿起袜子来就更容易了，对吗？”
书戎摇摇头，知道自己出了洋相，脸也红了。
“你的解释是不对的，”我耐心地说，“用热水洗脚，脚的体积确实会受热膨胀，但是这种膨胀极其微小。人体对于周围的温度有惊人的适应和调节能力，即使洗脚水很热，脚升高的温度最多不会超过2摄氏度。有人估计，在这一升高的温度影响下，脚膨胀的尺寸也就零点几毫米。袜子是有弹性的，脚只增大几根头发粗细的长度，怎么能够对它起阻碍作用呢？而且实践告诉我们，用冷水洗脚，刚洗完同样不容易穿进袜子。”
“那是什么原因呢？”书戎眨巴着眼睛问。
“你一定有这样的经验，穿在脚上的袜子弄湿以后，会紧贴在皮肤上，不容易脱下来。这是因为一方面，水具有表面张力，把袜子疏松的纱线紧缩了；另一方面，水对于脚和袜子都存在一种附着力，把袜子和脚粘连在一起。”
书戎觉得没有解决他的问题：“叔叔，您说的是湿袜子为什么不容易脱下来的道理，可是往脚上穿的袜子是干的啊！”
“其实两者的道理是一样的，”我解释说，“刚洗过的脚，不管用热水还是冷水洗，擦干后皮肤上还是会附着许多看不见的小水滴，当你穿袜子的时候，小水滴渗进袜子的纱线里，产生表面张力和附着力，使袜子像是被‘粘’在脚上一样，所以就不容易穿进去了。”
可能是听到我们谈及穿袜子的缘故，嫂子想起补袜子来了，她打开缝纫机，“嗒嗒嗒”地补了起来。
我问书戎：“你知道缝纫机是怎样传递动力的吗？”
只见他摇了摇头，立刻钻到缝纫机下面，全神贯注地观察起来。过了一会儿，他大声地说：“我看清楚了，原来是通过一根皮带，把脚的蹬力从大轮传到小轮上的。”
“你观察得对，”我接着说，“缝纫机的动力是脚的蹬力。脚用力蹬踏板，踏板做上下运动，通过拉杆、弯轴使下带轮旋转，然后通过皮带，借助皮带和轮子间的摩擦，把动力传给机头上的上带轮，再带动机器工作。现在你注意看一下，这上下两个轮子的转动速度是不是一样？”
“不一样！”书戎肯定地说，“上带轮的旋转比下带轮快。”
“这说明，缝纫机通过皮带传动，把慢的转动转变成快的转动。物理学告诉我们：大轮的直径是小轮的多少倍，小轮的转速也是大轮的多少倍。例如，下带轮的直径是30厘米，转速是100转/分，上带轮皮带槽的直径是5厘米，那么它的转速就是……”
没等我算出答数，书戎就脱口而出：“600转/分。”
“对，是600转/分。”我重复了一句，接着说，“你别看下带轮好像转得慢吞吞的，通过皮带传送，缝纫机上带轮的最高转速可以达到1000转/分呢！”
比较善于思索联想的书戎问：“皮带传动既然可以把慢转动变成快转动，我想反过来它也一定能够把快转动变成慢转动，对吗？”
“想得好！”我夸奖他说，“洗衣机的动力传递，就属于这种情况。”
书戎只晓得洗衣机的动力来自电动机，从来也没有想过洗衣机里还有皮带传动。为了使他有些感性认识，我放倒洗衣机，打开了底板。他边看边说：“小轮装在电动机轴上，通过皮带把动力传给大皮带轮，再带动同轴的拨水盘转动。”
“不错，洗衣机是这样通过皮带传动，把动力从小轮传到大轮，使电动机的快速转动变成拨水盘的比较慢的转动。”我举出数字继续说，“例如某洗衣机的电动机转速是1500转/分，小轮直径是6厘米，大轮直径是18厘米，那么拨水盘的转速就是1500×6÷18=500，也就是500转/分。在拨水盘的作用下，洗衣桶里的洗涤液就形成旋转涡流，并且自上而下地产生抽吸作用。洗涤液和衣服的这种旋转涡流和上下翻滚，同人工搓揉、捶打一样，是依靠机械作用和洗涤剂的去污能力把衣服洗干净的。”
说也凑巧，这时候嫂子的缝纫机出了毛病，无论她怎样蹬踏板，机器都不转动。我鼓励书戎去检查，没想到他竟一下就看出了毛病：“叔叔，您看，是因为皮带在轮子上打滑。”我一看，真是皮带打滑。皮带本来就比较松，加上嫂子刚才给机器加油的时候，不小心把油滴到了上带轮上，所以使皮带和轮子之间的摩擦减小了。我问：“书戎你会修理吗？”
“这我会！”他点头说，“只要设法增大皮带和轮子之间的摩擦就行了。办法是把油擦干净，再把皮带紧一紧。”说完，他就动手干了起来，不一会儿，机器又“嗒嗒嗒”地运转开了。
“想不到书戎也会修缝纫机！”嫂子喜形于色地说。接着，她问我：“最近洗衣机洗的衣服稍多一点，就只听到机器响，拨水盘却不转动，莫非也是皮带松了？”
“嗯，多半是这样。”我边说边检查洗衣机的传动皮带，发现固定电动机的螺母松了，造成电动机移动，使皮带松了。于是我把电动机挪回到原来位置，拧紧了固定螺母，对嫂子说：“你的估计完全正确，我已经把它修好了。”
“太好了！”嫂子乐呵呵地说，“书戎，快跟叔叔学一学。”
“这我已经学会了。”书戎得意地说。
我转身对书戎说：“怎么样，物理知识有用吧？过去一般都认为，皮带传动仅仅工厂里才有。可是，随着人民生活水平的提高，现在家庭里也用得多起来了，除缝纫机、洗衣机外，录音机里飞轮的旋转，也应用了皮带传动。”
时间不早了，我建议说：“下面我给你出个难题，作为我们今天谈话的‘收官’问题，好吗？”
“好嘞，您快出题吧！”
我先让书戎站到房间中央，然后问：“不许弯腿，你能够跳起来吗？”
“嗨，这算什么难题！”他踌躇满志地说，“没问题，我准能跳起来。”
“那么好，你就试一试。”
只见他直挺挺地站着，好像在使劲，但又使不上劲，显得很难受的样子。几分钟过去了，他连双脚同时离开地面都一点儿也没有做到，只好认输：“叔叔，我承认夸了海口，失败了！”
“你知道为什么跳不起来吗？”我问。
他皱着双眉，摇头不语。
“你还记得物体做机械运动必须遵守什么定律吗？”
他说了句“必须遵守牛顿运动定律”以后，陷入了沉思。过了一会儿，他才慢吞吞地说：“对了，想不弯腿跳离地面，是违背牛顿运动定律的。根据牛顿第一运动定律，物体要改变静止或者匀速直线运动状态，必须受到外力的作用。我站在那里要跳起来，也就是从静止变为运动，必须由地面对我施加一个作用力。”
“那么，地面对你的作用力是怎样产生的？”
“根据牛顿第三运动定律，作用力和反作用力是大小相等、方向相反的。所以只要我先对地面施加一个作用力，地面一定会同时‘回敬’我一个大小相等、方向相反的作用力，使我跳离地面。弯腿正是为了调整腿部肌肉，使我在跳的时候能够对地面施加作用力。”
“你分析得不错嘛！”我接着说，“而且，你跳离地面的高度，和你对地面施加的作用力大小是成正比的。你不弯腿，连力都产生不出来，怎么能够跳得起来？”
“原来是我把问题看得太简单了。”
“是啊，实际问题往往都比较复杂，要想做出正确的回答，并且分析得有理有据，非好好开动脑筋不可。你想，上面这个问题乍一听好像很简单，但是要解释清楚，竟用到了两条牛顿运动定律。”
“怪不得您说这是个难题，并且把它作为我们这次谈话的‘收官’问题呢！”
关于不弯腿跳不起来的谈话，把刘畅也吸引住了。他手里拿着一个玻璃杯，在一旁饶有兴趣地学着跳。就在我们要结束谈话的时候，突然“啪”的一声，玻璃杯掉到水泥地上打碎了。我很生气，狠狠地批评刘畅“太疯了”，他竟哇哇地哭了起来。机灵的书戎也许为了给刘畅解围，连忙问我：“叔叔，您说玻璃杯掉到水泥地上为什么会摔碎呢？”
我火气正大，无心回答书戎的问话，只管一面拣碎玻璃碴儿，一面还喋喋不休地批评刘畅。
“叔叔，您别生气，也不要光批评弟弟了。”书戎继续央求说，“我真的不明白，您就帮我解释一下吧。”
看着他真心诚意的样子，我把刘畅推到一边说：“好吧，我们还是一起来讨论。你真的一点道理都说不上来吗？”
“我曾经想，玻璃杯之所以会摔碎，可能是因为它的质地太脆了。可是再一想，又有疑问了，它要是掉到沙地或者棉絮上，为什么就不会摔碎呢？”
“玻璃质地脆，无疑是容易摔碎的固有原因，但是要完满地解答你的问题，还必须从物理学上去分析，而且至少同两条力学定律有关系。”为了启发书戎思考，我有意稍停了一会儿，然后继续说，“这第一条是机械能守恒定律，就是……”
书戎立刻接过我的话，很熟悉地说：“就是势能和动能可以相互转化，并且在转化的过程中，机械能的总量保持不变。”
“怎样用它来分析杯子掉下时的能量转化情况呢？”
书戎鼓足了勇气分析说：“杯子在刘畅手里的时候，势能最大，动能是零；在向下掉的过程中，势能逐渐减小，动能逐渐增大；当它落到地上的时候，势能全部转化成了动能。”
“嘿，你还分析得蛮清楚的。”我很高兴地夸奖说，“当然，这里没有考虑空气对杯子的阻力。假如杯子的质量m=0.2千克，离地面的高度h=0.8米，重力加速度g近似地算作10米/秒2，那么根据公式度
，就可以求得杯子落地时候的速
（米/秒）。就是说，杯子用4米/秒的速度和水泥地碰撞。”
书戎说：“噢，因为杯子落地速度比较大，所以撞碎了！”
“的确，假如杯子离地面很近，落地速度很小，那是不会摔碎的。”接着我提醒书戎，“可是，在你提的问题里，杯子落到棉絮或者沙地上的速度也是4米/秒，为什么就不会摔碎呢？”
“那是因为水泥地硬、棉絮软呗！”
“这是大实话，”我笑着说，“要做科学的分析，就要用牛顿第二运动定律，比较在两种情况下杯子所受撞击力的大小。”
“牛顿第二运动定律不就是F=ma吗？”书戎疑惑地说，“用它怎么来比较杯子所受的撞击力的大小呢？”
看书戎面有难色，我和他商量：“由于这里要用到高中才学的物理知识，计算也比较难，所以我只给你做一些定性分析，行吗？”
“好的。”
“根据牛顿第二定律可以算出，杯子落地时受到的撞击力大小，跟杯子速度从4米/秒降到零所用的时间长短有关……”
没等我往下解释，书戎猜测地问：“是时间越短，杯子受到的撞击力越大吗？”
“对的，”我点点头，继续分析说，“撞击力的大小同时间成反比。杯子落在水泥地上，速度从4米/秒降到零所经历的时间大约是千分之几秒，在这一短时间里，杯子受到的撞击力有几百牛，足以使杯子撞得粉碎。而掉在棉絮上，速度从4米/秒降到零所经历的时间是十分之几秒，杯子受到的撞击力只有几牛，不到掉在水泥地上的1%，自然就不会碎了。”
“噢，原来是这样！”书戎惊叹道，“这问题真是够难的，不过现在我总算明白了。”
听他这样一说，我故意考问了他一下说：“刚才讲的道理，你说在日常生活中有用吗？”
“有用，”他想了想说，“体育课上跳远、跳高，总是往松软的沙坑里或者垫子上跳，不就是例子吗？还有，前几天，爸爸给爷爷寄药，在小木盒里塞满了木屑、纸条，就是为了防止药瓶受震动撞碎的。”
“是的，”我补充说，“几乎所有怕撞坏的物品，像电视机、玻璃器皿等，在包装的时候都用泡沫塑料或者瓦楞纸等做衬垫，目的就是一旦发生震动或者撞击，可以延长碰撞时间，减小撞击力，有效地防止撞坏物品。”
“我要谢谢刘畅弟弟，”书戎风趣地笑着说，“是他不小心打碎杯子，才引出了这个真正的‘收官’问题，使我额外地学到了新的物理知识。”说完，他调皮地向刘畅敬了一个礼，逗得一直噘着嘴的刘畅笑了起来。
要吃晚饭了，我们的谈话也告一段落。求知心切的书戎主动跟我约定，下星期天他去我家，接着谈“我们周围的热学”。
