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阳光驱动的黑白布实验结果,揭示物理学趣味

时间:2023-11-21 理论教育 版权反馈
【摘要】:冬天下完雪之后,在有阳光照射的雪面上盖上一黑一白两块布。过了几小时再去查看,就会发现两块布产生了不同的变化,白布基本还是原来的样子,但黑布已经深深陷入雪中。其中的原理很简单:白色的布可以反射大部分的太阳光,所以吸收的热量较少,底下的雪不容易融化;黑色的布吸收了大部分太阳光的热量,所以底下的雪融化得比较快。后来有人想到,可以用黑灰和煤屑铺在轮船前面的冰上,以吸收太阳的热量。

阳光驱动的黑白布实验结果,揭示物理学趣味

接下来,我们再做一个非常有趣的实验。

冬天下完雪之后,在有阳光照射的雪面上盖上一黑一白两块布。过了几小时再去查看,就会发现两块布产生了不同的变化,白布基本还是原来的样子,但黑布已经深深陷入雪中。换句话说,黑布底下的雪融化速度要快于白布底下雪的融化速度。其中的原理很简单:白色的布可以反射大部分的太阳光,所以吸收的热量较少,底下的雪不容易融化;黑色的布吸收了大部分太阳光的热量,所以底下的雪融化得比较快。

对于这个有趣的实验,美国物理学家富兰克林曾描写道:

我从裁缝那儿拿了几块方布片,它们的颜色各不相同,有深黑色、暗蓝色、紫色、淡蓝色、淡绿色、粉红色和白色等许多颜色。有一天早晨,天终于晴了,阳光暖和地照在雪地上。

我赶紧取出那些颜色各异的布条,将它们一一平铺在雪地上。几个小时后,我发现受热最多的黑色布条已深深陷入雪中,陷得连太阳光都照不进去了;暗蓝色的布条也陷在雪地里,差不多有黑色那么深;颜色较淡的蓝色布条就陷得轻了;其余的布条呢,颜色越艳丽或者说越淡的,陷得越少;至于那块白色的布条,几乎没有下陷,仍然平铺于雪面之上。

看到以上现象,富兰克林感叹地说:(www.xing528.com)

一个成熟的理论,如果我们不能利用它并从中受益,那么这个理论有什么存在的意义?从这个实验中,难道我们不能得出在炎热的夏天穿白色衣服比黑色衣服更凉爽的道理吗?同样的,夏天时男女不应该戴白色的帽子用来防暑吗?……另外,难道黑色的墙壁不会在白天时吸收更多的太阳能,并在夜晚仍旧保持一定的热量,从而保护水果以防冻伤吗?难道那些细心的观察者,不能够通过这些实验发现更多有价值的小问题吗?

必须承认,这一理论在某些情况下确实会发挥巨大的作用。

例如,1903年,一艘轮船南极进行探险时,不幸陷入巨冰,当时动用了炸药、钢锯等办法,都没能取得很好的效果,进度十分缓慢。

后来有人想到,可以用黑灰和煤屑铺在轮船前面的冰上,以吸收太阳的热量。于是,他们用这些东西铺出一条长2千米、宽20米的冰面“大道”。在阳光的照耀下,黑灰和煤屑覆盖下的冰慢慢融化了,轮船也终于脱离了险境。

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