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第1章 发生在冰面上的“爆炸”

玲玲今年12岁,上初中二年级,她就读的中学离她们村有10多里路,因此,每天早晨她都起得很早。特别是冬天,天还没亮玲玲就得起床做早饭,然后再去上学。

在一个严冬的早晨,玲玲背起书包又要上学去了,门外的雪都结成了冰,踩上去吱吱直响,屋檐下挂着又粗又长的冰棍。突然,玲玲发现家门前放着的一口大缸被冻裂了,她觉得很奇怪,在物理中学过“热胀冷缩”的道理,可是,这么冷的天,冰不但没有缩小,反而把水缸撑坏了,这是怎么回事呢?

带着“水缸冻裂”的疑问,放学后,玲玲去请教物理老师张老师,张老师拉过一张椅子让她坐下,然后告诉她:“你说物质有‘热胀冷缩’的性质,这是对的。但也有例外,‘水缸冻裂’说明水遇冷凝结时,冰的体积不但没有冷缩,反而膨胀了,这叫水的反常膨胀,这个知识点现在还没有学到。这样吧,我先给你讲一个‘热缩冷胀’的故事,你可能就明白了。”

在很久以前,黑龙江省有一支运输商队。一次,他们正拉着货物在冰面上快步行走着,突然,冰面上抖动起来,结冰的河床像一只怒吼的雄狮,猛然发出巨大的声响,冰面崩裂,大块大块的冰飞溅起来,有10米多高,整个商队人仰马翻,伤亡惨重。让人们困惑不解的是,当时冰面上并没有炸药,怎么可能发生如此强烈的“爆炸”事件呢,它的凶手又是谁呢?

经过专家缜密地调查,原来造成这次事故的元凶不是人,也不是炸药,而是当地的严寒低温。当商队人马在冰面上走过时,人马的压力和人们走路的步频,致使冰层下面过冷的水域受到震动,使接触水面的冰,体积剧增,冷冰膨胀,产生了一种巨大的力量冲破河上的冰层,造成了人仰马翻的悲剧。在自然界中,大多数物质从液体凝结成固体时,体积都要缩小,但由于冰的密度小于水的密度,所以,液态水凝结为冰时,体积却要膨胀9%左右,这种膨胀的力量是巨大的,于是便发生了一场没有硝烟的“爆炸”事件。

物理学上还有“热缩冷胀”。水在4℃以上时,热胀冷缩,但在0℃到4℃之间,却是“热缩冷胀”。在自然界中,雪水流入岩石缝隙,天寒结冰后,有时可以使岩石崩裂。在我国北方的冬季,当温度降低到4℃以下时,湖面的水就会受冷膨胀,膨胀的结果使体积增大,浮在水面,所以湖中的水就不再流动。由于有一层冰在水面上,隔绝冷空气,冰层下的温度仍然高于0℃,所以,在冰层下的水里,鱼还能在水中自由自在地游戏。正是水的这种怪脾气,有效地保护了鱼虾在结冰的水下安全过冬。

在自然界中,除了水以外,还有一些物质也会反常膨胀。当过铸工的人都知道,液态的铁水在凝固的过程中,体积会膨胀,这样浇铸时工件就会与模型紧密吻合,在铸铁的表面清晰地印出花纹来。我国古代的大钟,就是利用铁水的“热缩冷胀”原理,在巨大的钟体上铸出图案和凸起的经文。

张老师讲的故事,使玲玲知道了物质除有“热胀冷缩”的特性外,还有“热缩冷胀”的特性,这使她大开眼界。

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