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等、方向相反，分别作用在 O 点和 P 点。这种作用方式是不稳定的，只要稍
微受到一点外界干扰，产生力矩，使蜡烛旋转，直到横浮在水面，使浮力的
作用点 P 移动直到接近 O 点。
由此可见，蜡烛的立场很重要。只有站得稳，它才能无私地燃烧自己，
放出光和热。
神奇的表面张力
在日常生活中，我们对见到的一些现象可能已经习以为常，认为它们理
应如此，但是为什么会这样，就没有过多地去想了。比如，下过雨后，我们
可以见到树叶、草上的小水珠都接近于球形；不小心打碎了体温计后，里面
的水银掉到地上，小水银滴也呈球形。另外我们也可以表演一个小魔术，在
一杯水里，小心地把一枚针水平放置在水面上，针浮在水面上而不沉于杯，
并且在针下面的水面上形成一个凹面。如果做得相当熟练，你甚至可以用钮
扣、小巧的平面形金属或硬币来代替针。所有这些现象都与表面张力有关。
那么，什么是表面张力呢？原来液体与气体相接触时，会形成一个表面
层，在这个表面层内存在着的相互吸引力就是表面张力，它能使液面自动收
缩。表面张力是由液体分子间很大的内聚力引起的。处于液体表面层中的分
子比液体内部稀疏，所以它们受到指向液体内部的力的作用，使得液体表面
层犹如张紧的橡皮膜，有收缩趋势，从而使液体尽可能地缩小它的表面面积。
我们知道，球形是一定体积下具有最小的表面积的几何形体。因此，在表面
张力的作用下，液滴总是力图保持球形，这就是我们常见的树叶上的水滴按
近球形的原因。
表面张力的方向与液面相切，并与液面的任何两部分分界线垂直。表面
张力仅仅与液体的性质和温度有关。一般情况下，温度越高，表面张力就越
小。另外杂质也会明显地改变液体的表面张力，比如洁净的水有很大的表面
张力，而沾有肥皂液的水的表面张力就比较小，也就是说，洁净水表面具有
更大的收缩趋势。
不光液体与气体之间的表面层，液体与固体器壁之间也存在着“表面
层”，这一液体薄层通常叫做附着层，它也一样存在着表面张力。这一表面
张力决定了液体和固体接触时，会出现两种现象：不浸润和浸润现象。水银
掉到玻璃上，是呈现出球形，也就是说，水银与玻璃的接触面具有收缩趋势，
这种现象为不浸润。而水滴掉到玻璃上，是慢慢地沿玻璃散开，接触面有扩
大趋势，这种现象为浸润。水银虽然不能浸润玻璃，但是用稀硫酸把锌板擦
干净后，再在板上滴上水银，我们将会看到，水银慢慢地沿锌板散开，而不
再呈球形。所以说，同一种液体能够浸润某些固体，而不能浸润另一些固体。
水银能浸润锌，而不能浸润玻璃；水能浸润玻璃，而不能浸润石蜡。
浸润和不浸润两种现象，决定了液体与固体器壁接触处形成两种不同形
状：凹形和凸形。
现在我们就明白了前面介绍的小魔术中，硬币不沉没的原因了，它实际
上利用了水具有很大的表面张力的性质和不浸润现象。如果我们事先把硬币
表面涂上一层油，硬币就可以轻易放在水面上而不会沉没。在工程技术和日
常生活中，人们经常利用水不溶解油这一特性。像在纸伞上涂油漆做成雨伞；
给金属器材涂机油，防止因水引起生锈；甚至在选矿方法中，也用到水不浸
润涂了油的物体的性质。浮选矿法就是把砸碎的矿石放到池中，池里放上水
和只浸润有用矿物的油，使它们涂上薄薄一层油，再向池中输送空气，这样
气泡就附在有用矿物粒上，把它们带到水面，而与岩石等杂质分离开。
表面张力产生的一个重要现象是毛细现象。也就是说浸润液体在细管里
上升，不浸润液体在管里下降。我们可以很容易做一个小试验来观察这种现
象。把细玻璃管放入盛水的槽中，这时水很快从细玻璃管中上升，管中的水
平面比水槽中水平面还要高，管子越细，上升越高，并且管中水面是凹形的。
若水槽中放的是水银，情况则恰恰相反，管中液面低于水槽中水银的平面。
浸润液体为什么能在毛细管中上升呢？原来，浸润液体与毛细管内壁接
触时，引起液面凹形，而表面张力是沿着液面切向作用的，所以沿着管壁作
用的表面张力形成一个向上的合力，使得管内液体上升，直到表面张力的向
上拉引作用和管内升高的液柱重量相等为止。同样的道理，对不浸润液体，
毛细管壁的表面张力的合力方向向下，使管内液体下降。
我们平常所见到的用毛巾擦汗、粉笔吸干纸上墨水等现象都可用毛细现
象来说明，毛巾、棉花、粉笔、土壤等物体，内部有许多小细孔，起着毛细
管作用。在酒精中，用棉线作灯芯，可以使酒精沿灯芯上升；而若用丝线来
作灯芯，可能点不着酒精灯。这是因为酒精不能浸润丝线，在丝线灯芯中酒
精是下降的。
毛细现象对植物生长也具有很重要的意义，它们所需要的养分和水分就
是由根、叶子和茎中的小管从土壤中吸上来，输送到绿叶里的。这就象不停
止的抽水机，不知疲倦地把水分、养分送到植物的每一个细胞。另外，土壤
中有很多毛细管，地下的水分沿着这些毛细管上升到地面蒸发掉。如果要保
存地下的水分来供植物吸收，就应当锄松表面的土壤，切断这些毛细管，减
少水分的蒸发。所以农民常在雨后给庄稼松土，来保持水分。
利用毛细现象，人们还生产出各种钢笔、签字笔和彩色水笔。当用它们
在纸上书写时，纸马上显现出字迹来，这是我们平日所见惯了的，但却很少
有人想到，为什么写字的时候，墨水会源源不断地出来，而不写字的时候，
它就不跑出来？现在我们已经知道，这是依靠钢笔身上一系列毛细槽和笔尖
上的细缝，把笔胆内的墨水输送到笔尖；而签字笔和彩色水笔的笔尖是与一
根细长的管子相连，管内壁有吸满了墨水的棉卷，有的彩色水笔笔尖也是用
含多个毛细孔的材料做的。写字时，笔尖一碰到纸，墨水就附着在纸上，并
在纸上面留下字迹。
当不写字的时候，墨水为什么不流出呢？我们仍可做另一实验来解释。
把一块硬纸板盖在盛上水的玻璃杯上（杯内不必装满水），按住纸板，迅速
将杯子倒过来，并把手从硬纸板上移开。此时，发生一奇怪现象：硬纸板停
在原处，水仍留在杯内不流出来。难道一杯水的重量推不动一张纸吗？不是
的。这是由于大气压强与水的表面张力共同作用的结果。当把玻璃杯倒置后，
水柱有些下降，这就减小了杯内的气压，水柱顶部与底部之间的压力差克服
了水柱本身的重量而使杯内的水流不出来；水与纸片和水与玻璃之间的表面
张力也使纸板保持在原来的位置上。不写字的时候，笔内的墨水不流出来的
道理也是一样的。
表面张力的用途远不止以上所谈到的这些，在生物学、医学及微循环系
统中，它也有着广泛的应用；玩具制造厂也常利用它生产出各种有趣的玩具。
伽利略的思考
著名的意大利物理学家、天文学家、数学家伽利略，从小就喜欢观察和
思考。在他 18 岁那年，有一次到教堂去做礼拜。他注意到屋顶上挂的那些摇
摆不定的吊灯的灯绳都一样长。他用自己的脉搏跳动的次数来测量吊灯的摆
动时间，发现尽管有的灯摆动幅度大，有的灯摆动幅度小，但是它们摆动一
次的时间都相等。这一发现引起伽利略的思考：是不是其他摆动也跟吊灯的
相似，摆动一次的时间跟幅度大小没关系？吊灯的轻重不影响摆动一次的时
间长短吗？……
回去以后，伽利略找了些长短不同的绳子和轻重不同的石头，他用绳子
系住石头做成摆，研究摆动的规律。他发现：摆动一次的时间，只由绳的长
短来决定，不但跟摆动幅度的大小没有关系，而且跟石头的轻重也没有关系；
只要摆绳的长度一定，摆动一次的时间就一定。
伽利略发现的摆动规律叫摆的等时性，被后来的科学家利用来制造带摆
的时钟。
想一想：伽利略是怎样发现摆的等时性的？你平时生活、学习、工作等
方面有什么规律性，你能发现和总结一下吗？
哈哈镜
当你走进哈哈镜陈列室，就会看到，人们都对着镜子，哈哈大笑。你如
果挤过去，站在镜子跟前，看到自己的模样是那样滑稽，你也会笑个不停。
你知道哈哈镜为什么能把人照成那副模样吗？你不妨先凑近光亮的纽
扣、电镀的小勺、灯泡、表壳、罐头盒等等。你的鼻子可能被照得很大，也
可能被照得很小，这就要看上述物体表面是凹的还是凸的了。哈哈镜的表面
是凹凸不平的，你现在该知道哈哈镜的奥秘了吧？
如果你在肥皂水中加些甘油或糖，吹起一个大的肥皂泡。调整你和肥皂
泡的距离，你会从前部的凸面上，看到自己正立的像，而在肥皂泡后部的凹
面上看到自己倒立的像。
七色光之外
人们通常所说的七色光，是指红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫。在七色光
之外，还有其他颜色吗？
人们对颜色的感觉包括两方面的内容：一是色相，即太阳光按波长不同
而呈现出七色光；二是饱和度，即我们平时所说的颜色的深浅程度。
人们对颜色感觉的了解，除了七色光之外，还包括许多深浅不同的颜色。
它是由纯色和白色混合而形成的。如深绿、中绿、浅绿、鹅黄、湖蓝、橄榄
绿、奶油色……
正是由于色相和饱和度的同时存在，才使世界变得五光十色，多姿多彩，
你说对吗？
可见光和可听声
一个健康的人从降生到人间以后就感觉到声和光，但是他并不能看到所
有波长的光，也不能听到所有频率的声。比如，蝙蝠能听到蚊子的叫声，人
却听不到；导弹能根据飞机尾部发热产生的红外光线而追踪目标，可是人却
看不见。那么可见光的范围多大呢？
可见光的波长在 4000 埃到 7600 埃之间，人最敏感的光线是波长为 5500
埃的黄绿光。波长小于 4000 埃的是紫外光，波长大于 7600 埃的是红外光。
可听声的频率范围是在 20 赫到 2 万赫，高于 2 万赫的声波称为超声波，
低于 20 赫的声波称为次声波。
“超声”和“超音”
“声”和“音”难分难解，如果仔细琢磨一下，它们是“发生”和“接
收”的关系：由一方发出了“声”，另一方感受到“音”的大小和高低。那
么“超声”和“超音”是不是一回事呢？
“超声”和“超音”是截然不同的两回事，原因是它们省略了两个关键
的字：“超声”应该说是“超声波”，而“超音”应该说是“超音速”。
超声波是指频率大于 2 万赫的声波，也就是超出人的耳朵所能感觉到的
声音范围。例如，这种超声波在空气中传播速度为 340 米／秒，那么 2 万赫的
超声波的波长可以求得：
340
λ = = 1。7×102 = 1。7厘米
20×103
可见，超声波的波长比可听声的波长要短。它就具有较强的穿透力。在
日常生活中可以用来“超声清洗或消毒”，也可以用它的定向性制造“超声
雷达”。
但是，“超音速”是指一个物体的运动速度超过声音在空气中的传播速
度。在飞机设计中，飞机的速度就是用马赫数来表示的。马赫数 M＝1 表示速
度等于音速，M＞1 为超音速，M＜1 为亚音速。当一个超音速飞机飞过上空时，
我们都有这样的经验：当听到飞机的声音传到耳朵时，抬头一看，飞机已经
飞向前方老远了，这就是声音的传播速度滞后于飞机的速度的缘故。
由《梁祝》想起的
你一定听过协奏曲《梁祝》，尖细的音调模仿出祝英台的唱腔；而深沉
的音调模仿出梁山伯的唱腔。
类似这样用乐器模仿人的演唱的例子很多。比如，唢呐也可以模仿河北
梆子的唱腔，还有一种特制的胡琴，可以模仿京剧演唱。
但是，你是否发现，不管演奏家的演技多么高超，总还是与真人唱得不
一样。这是为什么呢？
这是因为乐器只能在基频、节奏上与真人的演唱保持一致，却不能在整
个声波的波形上、在更丰富的音色上和演员的唱腔一致。所以无论如何只算
得上是一种“模仿”而已。
圣诞蛋
人们只听说过“圣诞树”，还没听说过“圣诞蛋”。事情是这样的：圣
诞节夜晚要开一个联欢会，老师要求每个同学准备一样东西来布置会场。同
学们议论纷纷，有的准备挂一条彩带，有的准备挂一帘壁毯，也有的准备放
一只圣诞老人的靴子。小栋和小茜在那里偷偷商量，准备来一个绝的。到了
圣诞节晚会，只见正中央的桌子上放着一只大的金鱼缸，从缸外往里看，只
见缸中水草飘逸，还有许多画着各种图案的彩蛋，在水中沉浮漂落。奇怪的
是那些彩蛋既不漂在水面，也不沉到水底，而是像鱼儿一样，悬在各个位置，
让人看了，真是赏心悦目。你知道小栋和小茜是怎样让彩蛋悬在水中的？
答：配制一定浓度的盐水，使其比重与彩蛋比重一样，这样彩蛋就悬在
水中了。
万有引力
不但地球对它周围的物体有吸引作用，而且任何两个物体之间都存在这
种吸引作用。物体之间的这种吸引作用普遍存在于宇宙万物之间，故称为万
有引力。
万有引力是由于物体具有质量而在物体之间产生的一种相互作用。它的
大小跟物体的质量以及两个物体之间的距离有关。物体的质量越大，它们之
间的万有引力就越大；物体之间的距离越大，它们之间的万有引力就越小。
通常两个物体之间的万有引力极其微小，难以察觉它，可以不予考虑。
比如，两个质量都是 60 千克的人，相距 0．5 米，他们之间的万有引力还不足
0．01 牛顿，而一个蚂蚁拖动细草梗的力竟是这个引力的 100 倍。
但是，在天体系统中，由于天体的质量很大，万有引力就起着决定性的
作用。太阳系中的 9 大行星绕太阳旋转而不离去，就是由于万有引力的作用。
银河系里的球状星团——由上百万个恒星聚在一起并呈球状的恒星集合体—
—聚集不散，也是由于万有引力作用的结果。
在天体中质量还算很小的地球，对其他物体的万有引力已经具有很大的
影响，它把人类、大气和所有地面上的物体都束缚在地球上，它还使月球和
人造地球卫星绕地球旋转而不离去。重力就是地面附近的物体受到地球的万
有引力而产生的。
大约 300 年前，牛顿综合了当时的天文学和力学成就的基础上，发现了
万有引力定律，揭示了自然界中一种基本的相互作用力。
月球上的奥运会
如果下一届奥运会在月球上举行的话，那么奥运会的大部分纪录都将刷
新，你知道为什么吗？
根据万有引力公式：可得到
g2 = M2 r1
（ ）2
g1 M1 r2
其中，M2，r2和 g2分别表示月球的质量、半径和月球表面的重力加速度；
M1，r1；和 g1；分别表示地球的质量、半径和地球表面的重力加速度。
已知：地球质量是月球质量的 81 倍，地球半径是月球半径的 3．7 倍，所
以：
1
g2 = M2 r1
M1 r2
（ ）2 g1 = 81（3。7）2 g1≈ 1g1
6
1
也就是说：月球表面的重力加速度相当于地球表面重力加速度的 。
6
由于人的能量和潜力是固有的，但是原来 180 公斤的杠铃，现在只相当
于 30 公斤重的杠铃，于是举重项目纪录要翻上几番；由于人本身的重量也减
轻了，跳高、跳远的纪录也都将刷新纪录。
但是，也有的项目难以刷新纪录。比如游泳，月球上根本没有水；又如
自行车比赛，月球上土质疏松，无法依靠摩擦力而使自行车飞驰。
当一次相扑运动员
日本的相扑可称为一绝，世界上像这样斯文的格斗固然少见，就是相扑
运动员的身材也实在令人惊叹。
你是否想领略一下相扑运动员自身的体验？那么，如果你能到木星上，
你就会成为一个名副其实的相扑运动员。比如，你的质量是 60 千克，在木星
上，你的体重将会是多少呢？（木星的质量是地球的 320 倍，木星的直径是
地球的 11 倍）
答：根据万有引力的公式：
F = f m·M
（1）
r2
由此，地球上的引力（即物体所受到的重力）：
F1 = mg1 = f m·M1 （2）
R1 2
其中，M1为地球质量，r1为地球半径，g1为地球表面的重力加速度。
相应的，对于木星
F2 = mg2 = f m·M2 （3）
r2 2
其中，M2为木星质量，r2为木星半径，g2为木星表面的重力加速度。
由（2）、（3）式，得：
g2 = M2 ·（r2 ）2
r1
g1 M1