黑黑
這天是周末,寧寧和胖胖約好了一起去公園玩。出門之前,寧寧特意帶上了媽媽買的泡泡水,想在胖胖面前炫耀一番。
到了公園,寧寧看見胖胖正在吹泡泡。隨著胖胖吹氣的節(jié)奏,泡泡一個接一個爭先恐后地飛了出來,把公園裝扮得異常好看。
但眼尖的寧寧發(fā)現(xiàn),胖胖手中的小棒上方是一個正方形,而媽媽買的吹泡泡的小棒上方是一個圓形。寧寧感到疑惑,上前對胖胖說:“胖胖,你的小棒上面明明是個正方形,為什么吹出來的泡泡卻是球形的呢?”
把鐵絲彎成正方形,蘸上肥皂水吹泡泡的時候,吹出的泡泡為什么不是立方體呢?把鐵絲彎成三角形時,為什么吹出的泡泡不是金字塔形狀的呢?通過多次實驗,你會發(fā)現(xiàn),不管把鐵絲彎成什么形狀,最后吹出的泡泡都會是一個完美的球形。
如何打造完美球形?
為什么肥皂泡從產(chǎn)生到消失前都能保持球形呢?這其中不僅涉及物理知識,而且也與數(shù)學(xué)知識相關(guān)。從物理方面來說,加入肥皂后,水的表面張力會讓肥皂泡形成表面積最小的幾何形狀。從數(shù)學(xué)方面來說,各種相同體積的幾何圖形中,球形的表面積最小。因此,肥皂泡是球形的。
球形是表面積最小,也是使用能量最少的一種形狀。因此,制造商們希望利用球形的這種特性,打造出光滑的滾珠軸承。但是,由于技術(shù)有限,制造出來的滾珠軸承總是達不到最光滑的狀態(tài),所以總會造成機器的損壞。
這時,一位水管工“挺身而出”,發(fā)明了一套能夠制造完美球形的特殊裝置。他的靈感來源于水滴從高處落下時,在下落的過程中會呈現(xiàn)出完美的球形。于是,水管工在自己房子旁搭建了一座高塔,并在每一層的地板上都留出一個小洞,從而使鐵水能夠順利穿過。
實驗開始啦!水管工首先在塔底放一池水,當(dāng)高溫的鐵水從高塔的頂端向下墜落時,塔底的水會使球形鐵水滴凝結(jié)。在鐵水下落過程中,必須提供足夠的下降高度才能為鐵水提供充足的時間來呈現(xiàn)球形。
水管工為了打造完美球形而搭建的高塔,在英美兩國掀起了一股潮流,類似的塔尖建筑物如雨后春筍般涌現(xiàn)在各大城市中。
陽光下的泡泡,是彩色的
肥皂泡在陽光下會出現(xiàn)彩虹一樣的絢麗色彩。可是,泡泡水里面并沒有摻雜其他顏色呀,為什么泡泡在陽光下會呈現(xiàn)五顏六色的樣子呢?
泡泡水是用水和洗滌劑以一定的比例制作而成的,所以吹出來的泡泡是被洗滌劑分子包裹著的一層薄薄的水膜。那么當(dāng)太陽光照射到這一層水膜時,會發(fā)生些什么呢?
這層水膜本身是無色的,就像一張透明的玻璃紙,將外部的空氣裹進一個球形空間中。當(dāng)陽光穿過水膜的正面時,很快便遇到了水膜的背面,這時光線會立刻反射回來,而反射回來的光線回到正面,又會引起一定的反射與折射。通過這樣的循環(huán)往復(fù),從正面反射出去的陽光和背面反射的陽光相互重合,會造成有些地方光線增強,有些地方光線變暗的情況。陽光是由七種單色光組成的,如果在水膜的某一處恰好使得兩股反射回來的紅光相互抵消了,在這個地方看到的就是失去了紅光的陽光,看上去就是藍綠色的。
巧求球形體積
為了確定球形是最高效的形狀,數(shù)學(xué)家們紛紛想辦法證明:在體積相同的情況下,球體的表面積是最小的。雖然計算曲面造型的體積是一項巨大的挑戰(zhàn),但阿基米德采用了一個巧妙的方法:將球體平切成許多薄層,然后將這些薄層近似地看作圓盤;圓盤的體積只需用圓盤表面積乘以圓盤厚度即可,再把每個不同尺寸的圓盤體積疊加計算之后,便可得到球體的近似體積。