图 纸蛇
找一张明信片或者厚纸片,将它剪成一个小圆片。在圆片上画一条螺旋线,然后沿螺旋线把圆片剪开。剪出来的纸片像不像一条蛇(如图所示)?
下面,我们把蛇的尾部用缝衣针的尖头插在一个软木塞上。这时,我们会看到蛇头向下垂落,就像一条螺旋楼梯一样。
这只是第1步。下面,我们来做一个实验。我们把纸蛇放在燃烧的炉灶旁,会发现纸蛇转了起来。而且,炉火越旺,蛇就转动得越快。其实,我们也可以把纸蛇放在其他温度高的物体,比如,灯、热水杯的旁边,纸蛇一样会转动。也就是说,只要靠近纸蛇的物体是热的,纸蛇就会转动。如果把纸蛇挂在煤油灯的上面,纸蛇会转得非常快,如图所示。
图 纸蛇转动实验
那么,纸蛇为什么会转动呢?
答案就是:气流。
在任何热的物体旁边,都会有一股向上运动的热气流。
那它是如何形成的呢?
像其他的物体一样,在被加热后,空气的体积也会膨胀。也就是说,空气会变得稀薄,也就是变轻了。而其他地方的空气比较冷,也就是密度比较大、比较重,所以冷空气就会把热空气往上面挤,并占据热空气的位置。这时,冷空气会被加热,跟之前的热空气一样,它又会被别的冷空气挤到上面去。如果一个物体的温度比周围的空气高,在它上方就会形成一股向上的热气流,就好像从热物体那儿吹到上面一股热风。是这股热风吹动纸蛇的头部,使它不停地转动。
我们还可以用别的形状的纸片来做这个实验,比如,蝴蝶形状的纸片。这次我们用卷烟锡纸来做蝴蝶,用一条细线把蝴蝶系在电灯的上方,蝴蝶就会飞动起来,就像一只真蝴蝶一样。而且,蝴蝶还会在天花板上形成影子,影子动作的幅度会更大。对于不明就里的人来说,他可能以为房间里真的飞进来一只黑色的大蝴蝶呢!
我们还可以更进一步:
把针插到软木塞上,然后把尖头扎到锡纸蝴蝶上。需要注意的是,这时要保持蝴蝶的平衡,不要倾斜。如果把纸蝴蝶放到热物体上方,它会拍动翅膀。如果我们用手掌扇风,蝴蝶就会飞舞得更欢快。
在刚才的实验中,我们看到,空气会受热膨胀,从而形成向上的热气流,这一现象在我们的日常生活中非常普遍。
我们知道,在北方,到了冬天供暖以后,屋子里就产生大量的暖气,这时,最热的空气肯定会流动到天花板那儿,而相对冷一些的空气则聚在地面附近。所以,当房间不够热的时候,我们经常感觉好像有一股风从脚底往上吹一样。如果屋子里面很热而外面很冷,打开门的一刹那,冷空气就会迅速向上流动,热空气被挤到上面,这时,我们甚至能感觉到风的存在。如果我们想让屋子更暖和一些,就要注意,尽量不让冷空气从门缝里钻进来。如果没有冷空气钻进来,热空气就不会被挤压,就不会从门缝跑出去了,房间里自然就暖和了。
这样的例子还有很多,比如,煤炉或者工厂熔炉里的通风,都是一些向上的热气流。
在自然界中,还有很多这样的现象,比如,信风、季风、海陆风等,也是一样的道理,这里就不赘述了。