一场夏季雷雨过后,人行道很快就干了。许多家庭中,把水盛在敞开容器中坐在炉子上以增加空气的湿度。沸腾时水蒸气升起,把冷的盖子放到水蒸气上,盖子上就出现小水滴。
在蒸发过程中液体变成蒸气和气体。这种直接转变的经验表明,你也应该把液体想象成弹子球的聚集体。
实验4-1:液体的可压缩性
把瓶子灌满水,直到平瓶口为止。试着把软木塞塞进去,而又不溢出一点水。用你的手指封闭注射器的开口,然后推压注射器的针管。再在注射器中充满水,封闭注射器的开口,再次试图推压注射器的针管。
同气体相反,液体是高度不可压缩的。基于这一经验,应当把液体想象为成彼此挨着的固体弹子的聚集体。被压缩时这些挨着的弹子彼此推斥,因而不可能压缩液体。
实验4-2:流体的混合
将水注入量筒。用一根玻璃滴管将几滴溴滴到筒底。溴将慢慢地将水染成黄红色。(建议在几天之后再看一次水。)
液体自发地互相混合。为了理解混合,你必须认为液体是运动着的弹子的集合。流体的自发混合和膨胀叫做扩散。
看得见的扩散表征出看不见的粒子的运动。溴和水的混合进行得比溴和空气的混合慢得多。液体的扩散比气体的扩散慢得多。我们的模型可以解释这一点:液体中弹子球是彼此挨着的,它们的运动老是被邻居挡住。因此这些弹子球沿一条非常不规则的曲里拐弯的路径运动,它们走过一定的距离要花更多的时间。
实验4-3:让我们来"撕裂"水
把一个盖子从干的桌子上拿起来,然后把它从水面拿起来。你注意到什么区别吗?在空气中用根弹簧吊起一块薄片。弹簧将伸长一点点。把薄片从一张干桌子上提起来!然后再把它从水面上提起来!这两次实验中弹簧的伸长表明了什么?--从水面提起的薄片是湿的,即水和水分开了。
当你把一层液体从另一层液体上分开时你必须投入能量。用我们前面的简单的刚球模型,你没法理解撕开液体还需要作功这一事实。你必须补充这个模型,假设这些弹子球在彼此离开时会互相吸引。但是这种吸引力在看得见的距离上就不存在了。
实验4-4:1+1≠2
把一根长玻璃管一端封闭,往其中注水到管高的一半。再把酒精小心地加到水面之上,在玻璃管上液体的上表面处打一个记号。用你的手指按住管子的开口端,然后摇动混合两种液体。混合液的上表面要比原来低一些。混合液的体积减小了。
模型实验4-5:解释缩小的体积
让我们往量筒中倒一些米,再在米上倒一些豆子。在量筒上标出豆子的最高位置。然后摇动管子使二者混起来。你看到什么?米和豆子是什么现象的模型?
水和酒精混合时你看到体积有收缩。这可以用两种弹子的体积不同来解释。小弹子能嵌进大弹子之间的空隙中去。
考虑到液体的蒸发、混合、不可压缩性和可分开性,你会为液体建造以下的模型:
液体是彼此挨着的粒子--比方说弹子球--的聚集体。这些弹子球非常之小,它们的具体尺寸随不同实物种类而不同。这些弹子球不停地向四面八方运动,不过其运动受到近邻的阻碍因而变得十分不规则。当彼此挨着的弹子球离开时它们之间出现吸引力,而当弹子球之间的距离增大时这个吸引力又消失了。
问题
1.对液体你积累了哪些经验?基于这些经验,你为液体建造什么模型?
2.比较气体和液体的弹子球模型。它们的共同点是什么?
3.借助于弹子球模型,你能解释下面两件事实吗?即液体总是取盛他们的容器的形状,以及液体的自由面是水平的。放一把米到玻璃杯里。你能只接触玻璃杯而不碰到米,把米的表面弄成水平吗?
4.看一看一种稀薄的染料溶液或混有牛奶的水或混在水中的花粉!小颗粒作一种曲里拐弯的运动。这种现象也叫做布朗运动。用我们的模型解释这一现象。(如果已编好了上一课第4题的程序,那么现在你应怎样修改它使它也能应用于液体的布朗运动?)
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