论文部分内容阅读
有人着迷于魔术，认为魔术师神通广大，其中奥秘无穷，非一般人能理解。我们不否认魔术师的个人技术，这个技术在魔术表演中起着很重要的作用。但是任何魔术如果没有科学原理作为后盾就无法实现。让我们揭示几个比较简单的魔术背后的科学原理。
空中悬鱼
魔术师手里端着一个玻璃杯子，杯中有一条鱼在水中游来游去，突然魔术师迅速把玻璃杯翻过来。观众不免心头一惊，为鱼的性命担忧，结果杯子中的水一点也没有洒出来，鱼仍然在水中游来游去。这是不是有点悬。
其实，魔术师只是做了一点小手脚，他在另一只手掌里还藏了一块比玻璃杯杯口稍大的透明塑料薄片。在手掌的掩护下，你看不到它。当把左手盖在玻璃杯上时，顺势将塑料薄片对齐杯口压下，再将杯子口朝下倒立，稍等片刻，让大家看清楚，鱼真的不会掉下来。再用左手托住杯子口，把杯子倒转回来。移去左手时顺势将塑料薄片拿走，满满一杯水如刚才一样。
为什么玻璃杯中的水不会洒出来呢?这当然不是魔术师的功劳。真正的“魔术师”是大气压力。大气压在透明的薄片上将水托住了，鱼和水都不会漏下来。最后将杯子再翻过来时，还把塑料薄片再移回左手掌中。而薄片是透明的，观众不太可能看出其中的奥秘。看来魔术本身不神秘，神秘的是怎么能想出方法来“骗”过观众的眼睛。
人们生活在大气之中，由于习以为常所以谁也没有感到有什么压力存在。其实大气压力是很大的。空气看起来重量是微不足道的，但是天太高了，整个大气的重量却是很重的。地球上每一平方厘米受到1．0336千克的压力。一个中等身材的人身体表面积约15000平方厘米，全身受压约15000千克，由于人体内外压力平衡，人才没有什么感觉。如果登上高山，一般人会感到很不舒服，而且容易出鼻血，这是因为体内的压力大于外界的压力。现在，把0℃时，在纬度45‘海平面上的大气压力(760毫米汞柱)作为大气压力的单位，称为一个大气压。
大气压力自古就存在，到了17世纪人们才发现了大气压力的蛛丝马迹。伽利略于1638年注意到一台普通抽水机，把水提升到超过外部水面10米左右就不再上升了。他认为这些都是与大气压力有关的。当时伽利略年老力衰，这个问题只好由他晚年的弟子托里拆利去完成了。
托里拆利在一个一端封闭的长约1．2米的玻璃管内装满水银，使开口的一端立于盛有水银的容器内。水银从上落下，停留在管内约76厘米的地方，管的上方留下了空间，后来这个空间得名“托里拆利真空”。托里拆利猜想，管中水银之所以会停留在中途，是被外面大气的重量 (大气压力)推压造成的。托里拆利提示了大气压力的存在，并测出了具体数值。
此后，法国里昂的帕斯卡重现了托里拆利的实验。并进一步证明水银柱的高度随大气压的增减而增减。既然水银柱的涨落是由于大气压的作用，那么在不同高度下做实验，水银柱的高度也一定不同。1648年9月19日，帕斯卡委托内兄佩利埃等人在奥维纽州的多姆山进行了这个实验。首先在山脚修道院的院子里进行了托里拆利实验，水银柱显示约62厘米。在山腰约60厘米，在1000米的山顶测量水银柱下降到55．6厘米。结果和预想的一样。参加实验的人都因赞叹和惊异而出了神。
大气压力被发现之后，仍然有许多人不相信这一事实。1654年德国马德堡市市长，学者奥托·冯·格里克和他的助手将两个直径约30多厘米的青铜半球合在一起，在两个半球衔接处，垫以涂了油脂的皮革，通过装在一个半球上的管闩把里面的空气抽空，然后再关闭管闩，每个半球都套上一支八匹马的马队，沿相反方向驱赶这两支马队，可是它们拉不开这两个半球。这就是著名的马德堡半球实验。当年格里克使用的一对已为慕尼黑科学博物馆收藏，供游人观赏。
冰烧开水
有人说冰能把水烧开，你一定不会相信，烧开水是需要加热的，冰融化是要吸收热量的。再说你见过谁用冰烧过开水呢?魔术师能。
魔术师把试管内的水烧开，盖上盖子，把试管翻过来，在瓶底上放上冰，不一会儿瓶内的水就开始冒气泡了，人们惊奇的看到气泡越来越大，水真的开了。
魔术师真有这么大的魔力，用冰来烧开水?
这里面的科学原理其实并不复杂。水开了即水沸腾了，当液体的蒸气压等于液体表面的压力时，液体才会沸腾。所以水沸腾不仅与温度有关而且与气压有关。我们平常说水在100℃沸腾，是指在一个大气压的情况下的水沸点。随着气压下降，水的沸点也会下降。
加热时没有盖上瓶盖，管中的空气被赶出来，管中的空余的地方充满了水蒸气。把试管倒过来，试管的底与水分开，在那里充满了100℃左右的水蒸气，再把冰放在试管底上，使管中的水蒸气冷却。这时试管中的气压主要是由水蒸气的压力来决定，水蒸气冷却了压力就会下降，气压下降，水的沸点也会下降，虽然试管中水的温度此时已经不足 100℃，但水的沸点也降到100℃以下。在气压下降的情况下，水不到 100℃也会沸腾。
在高山上煮不出熟饭也是这个道理。在高山上，大气压力比地面小，水的沸点自然也就下降了。在海拔5000米的山上，大气压只有海平面的53％，水的沸点只有83℃，在世界的最高峰——珠穆朗玛峰上，水的沸点只有72℃，而在高压锅内水的沸点可达100℃以上。食物熟不熟与温度高低有关，温度低了不容易熟。
开水养鱼
把活鱼放入开水之中，鱼的下场是可想而知的。除了精神不正常的人一般人是绝不会用开水养鱼的，这是常识。现在要把养鱼水烧开，还要保证鱼不死。你会相信吗?来看一看——
魔术师拿着一个盛满水的大试管上场，把一条小金鱼放人试管内，点燃酒精灯，加热试管的上部。正当人们为小金鱼的生命担忧的时候，试管上部的水开始冒泡了，接着水花翻滚，气泡直冒。观众不免为小金鱼捏一把汗。然而试管下部小金鱼自在的游动，丝毫没有感到危险。
人们不能理解，难道这条金鱼不怕热吗?其实这是科学的功劳!
你只要了解热传递的方式就豁然了。传导、对流和辐射是热传递的三种方式，靠液体或气体的流动来传递热的方式叫做对流。水是热的不良传导体，热在水中传递主要是靠对流，在对流过程中，传热物质从一处运动到另一处。
水被烧开，并不是靠水的热传导，而是靠水的对流。烧水时，锅底下生着火，锅底部的水受热膨胀，比重变小，向上升。上部的凉水比重大，向下降。凉水沉到锅底又受热膨胀，比重减小，又向上升。这样锅里的水反复上升、下沉，反复循环，通过水的对流把热传播开来，最后使全部水都达到100℃(1个大气压)，水就开了。
在上面的魔术里，酒精灯只加热试管的上部，试管上部的水受热比重减小，因此不会下沉，下部的水比重比试管上部的大，也不会上升。试管内的水不产生对流，上部受到的热不能传到下部，下部的温度也不会有什么变化。尽管试管上部的水已经开了(达到100℃)，而下部的水还能保持着室温。
火柴点电灯
电灯在日常生活中是最常用的电器，如果有人说，电灯要用火柴才能点亮，恐怕你会笑掉大牙。但有这样一个魔术，电灯是非要用火柴点才能亮。
这个魔术在电灯下面的电路中接了一段铅笔芯，铅笔芯是由石墨和黏土烧制而成的。它有一个特点，就是随着温度的升高，电阻下降。用两个鳄鱼夹子把铅笔芯夹住，接在电路中，调整鳄鱼夹子的位置就可以调整铅笔芯的电阻。
大家都知道，要想使电灯亮必须满足下面的条件：电灯灯丝两端加有足够的电压，灯丝里流过足够大的电流。表演魔术之前先调整铅笔芯的电阻，使电灯刚好不亮。表演时用火柴(最好用打火机)烧铅笔芯，铅笔芯被烧之后电阻降低，电灯灯丝两端的电压提高，灯丝里流过的电流也增加了。电灯就亮起来了。把铅笔芯放在电灯下面，烧铅笔芯时使人感到好像是在点电灯。
空中悬鱼
魔术师手里端着一个玻璃杯子，杯中有一条鱼在水中游来游去，突然魔术师迅速把玻璃杯翻过来。观众不免心头一惊，为鱼的性命担忧，结果杯子中的水一点也没有洒出来，鱼仍然在水中游来游去。这是不是有点悬。
其实，魔术师只是做了一点小手脚，他在另一只手掌里还藏了一块比玻璃杯杯口稍大的透明塑料薄片。在手掌的掩护下，你看不到它。当把左手盖在玻璃杯上时，顺势将塑料薄片对齐杯口压下，再将杯子口朝下倒立，稍等片刻，让大家看清楚，鱼真的不会掉下来。再用左手托住杯子口，把杯子倒转回来。移去左手时顺势将塑料薄片拿走，满满一杯水如刚才一样。
为什么玻璃杯中的水不会洒出来呢?这当然不是魔术师的功劳。真正的“魔术师”是大气压力。大气压在透明的薄片上将水托住了，鱼和水都不会漏下来。最后将杯子再翻过来时，还把塑料薄片再移回左手掌中。而薄片是透明的，观众不太可能看出其中的奥秘。看来魔术本身不神秘，神秘的是怎么能想出方法来“骗”过观众的眼睛。
人们生活在大气之中，由于习以为常所以谁也没有感到有什么压力存在。其实大气压力是很大的。空气看起来重量是微不足道的，但是天太高了，整个大气的重量却是很重的。地球上每一平方厘米受到1．0336千克的压力。一个中等身材的人身体表面积约15000平方厘米，全身受压约15000千克，由于人体内外压力平衡，人才没有什么感觉。如果登上高山，一般人会感到很不舒服，而且容易出鼻血，这是因为体内的压力大于外界的压力。现在，把0℃时，在纬度45‘海平面上的大气压力(760毫米汞柱)作为大气压力的单位，称为一个大气压。
大气压力自古就存在，到了17世纪人们才发现了大气压力的蛛丝马迹。伽利略于1638年注意到一台普通抽水机，把水提升到超过外部水面10米左右就不再上升了。他认为这些都是与大气压力有关的。当时伽利略年老力衰，这个问题只好由他晚年的弟子托里拆利去完成了。
托里拆利在一个一端封闭的长约1．2米的玻璃管内装满水银，使开口的一端立于盛有水银的容器内。水银从上落下，停留在管内约76厘米的地方，管的上方留下了空间，后来这个空间得名“托里拆利真空”。托里拆利猜想，管中水银之所以会停留在中途，是被外面大气的重量 (大气压力)推压造成的。托里拆利提示了大气压力的存在，并测出了具体数值。
此后，法国里昂的帕斯卡重现了托里拆利的实验。并进一步证明水银柱的高度随大气压的增减而增减。既然水银柱的涨落是由于大气压的作用，那么在不同高度下做实验，水银柱的高度也一定不同。1648年9月19日，帕斯卡委托内兄佩利埃等人在奥维纽州的多姆山进行了这个实验。首先在山脚修道院的院子里进行了托里拆利实验，水银柱显示约62厘米。在山腰约60厘米，在1000米的山顶测量水银柱下降到55．6厘米。结果和预想的一样。参加实验的人都因赞叹和惊异而出了神。
大气压力被发现之后，仍然有许多人不相信这一事实。1654年德国马德堡市市长，学者奥托·冯·格里克和他的助手将两个直径约30多厘米的青铜半球合在一起，在两个半球衔接处，垫以涂了油脂的皮革，通过装在一个半球上的管闩把里面的空气抽空，然后再关闭管闩，每个半球都套上一支八匹马的马队，沿相反方向驱赶这两支马队，可是它们拉不开这两个半球。这就是著名的马德堡半球实验。当年格里克使用的一对已为慕尼黑科学博物馆收藏，供游人观赏。
冰烧开水
有人说冰能把水烧开，你一定不会相信，烧开水是需要加热的，冰融化是要吸收热量的。再说你见过谁用冰烧过开水呢?魔术师能。
魔术师把试管内的水烧开，盖上盖子，把试管翻过来，在瓶底上放上冰，不一会儿瓶内的水就开始冒气泡了，人们惊奇的看到气泡越来越大，水真的开了。
魔术师真有这么大的魔力，用冰来烧开水?
这里面的科学原理其实并不复杂。水开了即水沸腾了，当液体的蒸气压等于液体表面的压力时，液体才会沸腾。所以水沸腾不仅与温度有关而且与气压有关。我们平常说水在100℃沸腾，是指在一个大气压的情况下的水沸点。随着气压下降，水的沸点也会下降。
加热时没有盖上瓶盖，管中的空气被赶出来，管中的空余的地方充满了水蒸气。把试管倒过来，试管的底与水分开，在那里充满了100℃左右的水蒸气，再把冰放在试管底上，使管中的水蒸气冷却。这时试管中的气压主要是由水蒸气的压力来决定，水蒸气冷却了压力就会下降，气压下降，水的沸点也会下降，虽然试管中水的温度此时已经不足 100℃，但水的沸点也降到100℃以下。在气压下降的情况下，水不到 100℃也会沸腾。
在高山上煮不出熟饭也是这个道理。在高山上，大气压力比地面小，水的沸点自然也就下降了。在海拔5000米的山上，大气压只有海平面的53％，水的沸点只有83℃，在世界的最高峰——珠穆朗玛峰上，水的沸点只有72℃，而在高压锅内水的沸点可达100℃以上。食物熟不熟与温度高低有关，温度低了不容易熟。
开水养鱼
把活鱼放入开水之中，鱼的下场是可想而知的。除了精神不正常的人一般人是绝不会用开水养鱼的，这是常识。现在要把养鱼水烧开，还要保证鱼不死。你会相信吗?来看一看——
魔术师拿着一个盛满水的大试管上场，把一条小金鱼放人试管内，点燃酒精灯，加热试管的上部。正当人们为小金鱼的生命担忧的时候，试管上部的水开始冒泡了，接着水花翻滚，气泡直冒。观众不免为小金鱼捏一把汗。然而试管下部小金鱼自在的游动，丝毫没有感到危险。
人们不能理解，难道这条金鱼不怕热吗?其实这是科学的功劳!
你只要了解热传递的方式就豁然了。传导、对流和辐射是热传递的三种方式，靠液体或气体的流动来传递热的方式叫做对流。水是热的不良传导体，热在水中传递主要是靠对流，在对流过程中，传热物质从一处运动到另一处。
水被烧开，并不是靠水的热传导，而是靠水的对流。烧水时，锅底下生着火，锅底部的水受热膨胀，比重变小，向上升。上部的凉水比重大，向下降。凉水沉到锅底又受热膨胀，比重减小，又向上升。这样锅里的水反复上升、下沉，反复循环，通过水的对流把热传播开来，最后使全部水都达到100℃(1个大气压)，水就开了。
在上面的魔术里，酒精灯只加热试管的上部，试管上部的水受热比重减小，因此不会下沉，下部的水比重比试管上部的大，也不会上升。试管内的水不产生对流，上部受到的热不能传到下部，下部的温度也不会有什么变化。尽管试管上部的水已经开了(达到100℃)，而下部的水还能保持着室温。
火柴点电灯
电灯在日常生活中是最常用的电器，如果有人说，电灯要用火柴才能点亮，恐怕你会笑掉大牙。但有这样一个魔术，电灯是非要用火柴点才能亮。
这个魔术在电灯下面的电路中接了一段铅笔芯，铅笔芯是由石墨和黏土烧制而成的。它有一个特点，就是随着温度的升高，电阻下降。用两个鳄鱼夹子把铅笔芯夹住，接在电路中，调整鳄鱼夹子的位置就可以调整铅笔芯的电阻。
大家都知道，要想使电灯亮必须满足下面的条件：电灯灯丝两端加有足够的电压，灯丝里流过足够大的电流。表演魔术之前先调整铅笔芯的电阻，使电灯刚好不亮。表演时用火柴(最好用打火机)烧铅笔芯，铅笔芯被烧之后电阻降低，电灯灯丝两端的电压提高，灯丝里流过的电流也增加了。电灯就亮起来了。把铅笔芯放在电灯下面，烧铅笔芯时使人感到好像是在点电灯。