◆原書名為《愛因斯坦這麼說》!
從雪花的物理性質、咖啡的化學性質,到防曬乳液的數學計算……,
89個上天下地、驚奇又好玩的謎題,發現生活裡隱藏的科學樂趣!
新鮮蔬果裡的天然能量可以發電,當成電池來用?!
為什麼拉長的橡皮筋溫度比較高?
為什麼肥皂在海水裡不會起泡泡?
SPF30的防曬乳液效果其實只比SPF15多3%?!
淋浴時浴簾為什麼老是往我們身上靠?
在我們的生活裡,原來隨處是新奇又有趣的科學謎題!
你知道嗎?北極熊在赤道比較輕,健怡可樂也比一般可樂輕,而且春分點能讓雞蛋直立根本是一種迷信,還有北半球的沖水馬桶水流方向竟然和南半球相反!
再想想看,南極比較冷,還是北極比較冷?為什麼鏡中影像是左右顛倒,而不是上下顛倒?潑灑在桌面上的咖啡殘渣為什麼總是環狀的?老是少掉的那隻襪子又到哪裡去了?……生活中令人困惑、不可思議的問題,也能有趣味橫生、引人入勝的科學解答。
從瞬息萬變的大氣現象到太空漫遊,從萬有引力到人造物品,這本解釋物質世界裡種種自然現象的著作,提出許多可讀性高又有趣的解釋,揭示了顛撲不破的大自然與科學定律。
日常生活裡的科學解答,讓人眼界大開、驚奇不斷!
章節試閱
南極比較冷,還是北極比較冷?
我常聽見有人說:「太冷了,所以不會下雪。」那個說法有絲毫真實性嗎?
很冷的時候真的不會下雪,但是那個說法是誤導的。一旦溫度降到冰點以下,其他條件也都適合下雪時,會不會下雪,純粹是有沒有水氣可用的問題。
在大部分的情況下,必須要空氣裡有可以凝結成雪花的液態小水滴才會下雪。但是,當可用的水氣來源溫度很冷的時候,水會強烈地寧願保持現狀,也就是保持液態(見第 230 頁),所以它對空氣裡的水氣貢獻不大。於是,在溫度很低的時候,空氣裡就是沒有夠多的水氣能形成小水滴,自然也就無法凝結成翩翩雪花。
當然,如果已經有好一段日子天氣很冷,因為當地大部分的水源都結冰了,也就無法產生水氣。
在《國家地理雜誌》(National Geographic)裡的北極,一片白茫茫、使人看不見東西的大風雪,不是下雪,而是吹雪。非常強烈的風颳起已經落下來的鬆散雪片。那些已經落下的雪是什麼時候下的?那是在水氣更充分、比較溫暖(但仍然在冰點以下)的時期下的雪。
另外,你可能會好奇,北極和南極哪一極比較冷?
答案是南極比較冷,那裡的平均溫度是攝氏零下 49 度。北極的平均溫度是相對舒適的攝氏零下 29 度。
南極其實是一塊大陸,在龐大的陸地上面覆蓋著冰與雪,然而小小的北極冰帽是漂浮在北冰洋之上。南極本身的海拔就有 3,700 公尺,而且愈高的地方總是愈冷(見第 125 頁)。 不只如此,南極遠遠大得多的冰雪表面在太陽下山之後,會更迅速地輻射散熱。
還有一個因素是,水不像陸地那麼容易被加溫或者冷卻,所以它使北極溫度無法走極端。
北極比南極溫暖多了。
熱風比較容易吹乾頭髮?
為什麼吹風機必須又熱又吹風?
這是那種似乎很自然,以至於我們忘記要問的事情之一。但那就是我寫書的目的:讓你對視為當然的事產生疑問,然後用知識的沾沾自喜取代無知的自以為是。
你頭髮或衣服裡的水在被一股氣流吹走以前,必須先從液態轉變成氣態。把液態水吹掉不是容易的事,你可以從自動洗車機必須使用颶風級的風力吹乾你的車子看出這回事。把你頭髮或衣服裡的水加溫CD那就是熱空氣所做的事CD使水分子運動加快,於是更多的分子可以飛到空氣裡(行話:暖空氣擁有比較高的蒸氣壓;見第 230 頁)。熱力於是加快水的蒸發,而且一旦水蒸發成蒸氣的形式,它就可以被吹風機的風掃走。
但是被空氣加溫的水能產生多少蒸氣?它的蒸發會有多快?
液態水的分子因為蒸發而減少的情況,只能持續到液面上方的空間,蒸氣分子擁擠到飛回水裡面的分子與飛離的分子一樣多的時候(行話:直到液態與氣態達到平衡)。這兒就需要吹風了。來自吹風機的流動空氣吹走那些氣態水分子的一部分,使它們無法回到液體裡面。這就「騰出空間」給更多氣態分子,於是蒸發能繼續下去。
那就是為什麼乾衣機與吹風機既要加熱又得吹風。缺了其中一個,效果就會差很多。如果你的吹風機不吹風,只加熱你的頭髮,或者加熱器壞了而只會吹風,那會怎樣?
如果空氣裡已經有很多水蒸氣CD比方淋浴後的浴室充滿水蒸氣,而且很溫暖CD頭髮裡的水分不會蒸發得像空氣乾燥時那樣快。需要更長的加熱與吹風時間,才能把你那一頭濃密的秀髮吹乾,成為電視廣告上那種絲緞般性感,在慢動作中展現優美線條的樣子。
蔬果會發電!真的嗎?
我在一份產品目錄上看到「水果電力時鐘」。把兩根電線插進柑橘或者檸檬,它就會用「新鮮水果或蔬菜裡的天然能量」驅動小型數位時鐘。祕密在哪裡?
「天然能量」是銷售員與瘋子最愛用的熱門關鍵詞,不論他們談的是關節炎治療法或者與亡者溝通。這種說法暗示著「天然能量」無所不在,你可以藉著某些神奇的小玩意兒,從空氣中汲取天然能量,例如銅手環(治關節炎);也能利用你掛在頸間或放在口袋裡把玩的水晶,趕走所謂的「邪靈」。如果那些東西真的能提供能量,儘管只有它們的推銷者花在騙人的能量的千分之一,我們就永遠不再需要燒煤炭或石油。
就水果與蔬菜而言,它們唯一的「天然能量」就是藉由吃掉它們而獲得的卡路里CD當你的身體進行新陳代謝,或者說「燒掉」食物時,所獲得的能量;就像燃燒煤炭以釋出能量一樣。但是,吃煤是行不通的,我們的身體沒有任何機制可以消化並新陳代謝它CD也就是說,我們的身體無法抽出煤的化學能。
柑橘與檸檬只含有極少的食物能量,你可能會從它們沒什麼燃燒價值(除了表皮的油之外)的事實猜到這回事。即使你能夠把它們所有的營養能量轉變成電力,而不是肌肉力,檸檬所含的 15 卡能量只能使 7.5 瓦的夜燈發亮大約 2 小時。
除了那個之外,唯一能從檸檬獲得有用能量的方法,是從很高的建築物上把它丟下來。
水果鐘真的會運行嗎?令人驚奇的是,它會。當電線插在水果或蔬菜裡面CD幾乎任何水果或蔬菜CD就可以運行好幾個星期,甚至是好幾個月。「馬鈴薯電力」時鐘很流行,這應該是因為沒有東西像馬鈴薯一樣,讓人覺得它既呆瓜又沒有生命氣息,所以從它獲得電力可以迎合眾人的荒謬感受。
以下是蔬果鐘的原理。
你插進水果的電線是用兩種不同材料製造的,通常是銅與鋅。這些金屬與介於它們之間的果汁構成一個如假包換的電池(battery),更適當的稱呼是伏特電池(voltaic cell),但是我們就用一般人對它的稱呼。構成電池所需要的是兩種不同的金屬,以及位在它們之間的某一種導電液體。(譯註:cell 指單獨一對陽極–陰極電池;battery 則是指裡面有很多對陽極–陰極的電池。所以,超商裡賣的是乾 cell,而汽車裡裝的是 batteryCD不要被外表紅黑各一的端點給騙了。打開蓋子,裡面劃分成很多格。每一格是一個 cell,串聯起來提高輸出電壓。)
你知道電流是電子從一個地方到另一個地方的流動CD經過電線、經過電燈、經過馬達,
或者在這個例子裡,經過電子數位鐘。問題是,你如何誘使電子從一個地方旅行到別的地方,並順便推動電子鐘?
電池含有可移動電子的原因是:它包括兩種不同的金屬,分別以不同的力度抓住各自的電子。例如,銅原子會比鋅原子更緊密地抓住自己的電子。所以,如果你給鋅原子的電子一些機會,它們就會離家,遷移到它們覺得自己更受需要的銅原子那裡。聰明的人類只提供一條路從鋅走到銅:經過電子鐘。如果電子想要抵達銅,它們就必須費力經過電子鐘,並且在經過鐘的時候使它運行。
那麼,為什麼需要水果或蔬菜呢?它裡面的液體就是化學家稱作電解液的玩意兒,那是會傳導電流的液體。電解液完成了電子旅行的迴路,使電子與它們的電荷回到鋅;否則鋅很快就會被剝奪太多電子,而使整個過程完全停擺。
所以,「天然能量」是從哪裡來的?它存在鋅與銅原子的天然結構裡面CD存在於它們天然有別的電子束縛力當中。
製造電池是如此容易,以至於巴底亞人(Parthian)CD距今兩千年前,住在現今伊拉克境內的人CD至少就曾經製造過一個。一位德國考古學家在 1938 年描述了巴格達國家博物館收藏的一個巴底亞人時期的小陶土瓶。那只瓶子包括了一根放在銅圓柱體裡的鐵棒;只要灌滿果汁,就可以產生足夠的電力,推動古代巴底亞人的電子數位手錶。
對啦,沒有人真正知道它是作什麼用的。
如果它真的是個電池。
如果它不是騙局。
如果……
為什麼「馬鈴薯鐘」需要兩個馬鈴薯?
和你的手電筒需要兩顆電池的道理相同。
一組鋅金屬與銅金屬只能有一定的力量推動電子,因為鋅與銅的電子束縛力差距是固定的。因此,假如你需要更大的電子推動力CD例如點亮燈泡CD你可以在第一組電池後面接上第二組鋅與銅,給電子兩倍的推動力。
電子推動力的行話是電壓,也就是迫使電子移動的力量。鋅–銅組合會產生大約 1 伏特的電壓。如果某個電子鐘需要 2 伏特才能運作,你就需要兩個馬鈴薯電池,前後連接在一起。
南極比較冷,還是北極比較冷?我常聽見有人說:「太冷了,所以不會下雪。」那個說法有絲毫真實性嗎?很冷的時候真的不會下雪,但是那個說法是誤導的。一旦溫度降到冰點以下,其他條件也都適合下雪時,會不會下雪,純粹是有沒有水氣可用的問題。在大部分的情況下,必須要空氣裡有可以凝結成雪花的液態小水滴才會下雪。但是,當可用的水氣來源溫度很冷的時候,水會強烈地寧願保持現狀,也就是保持液態(見第 230 頁),所以它對空氣裡的水氣貢獻不大。於是,在溫度很低的時候,空氣裡就是沒有夠多的水氣能形成小水滴,自然也就無法凝結成翩翩...
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