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“浮”在空气中的尘埃

2018-08-03河北省唐县罗庄乡中学赵焕哲

农村青少年科学探究 2018年5期
关键词:大球水滴灰尘

河北省唐县罗庄乡中学 赵焕哲

刚打扫干净的房间没几天,用手在茶几、桌椅等上面一摸,还是会发现手指上沾了一层灰。我们并没有看见尘土飞扬呀,哪来的这么多灰尘?在一个晴朗的午后,我发现了这个秘密:阳光斜照进屋内,光线下面有一些小小的尘埃在自由地飞舞。

尘埃为什么会漂浮在空气中呢?也许你会说是因为它比空气轻。那我们来看看它的组成:这些尘埃有的是石块、煤块、木材、金属小微粒,有的是织物纤维,有的是工业排放物、燃烧烟尘、土壤扬尘……总之,它们都要比相同体积的空气重成百上千倍。所以,尘埃浮在空气中的说法其实是不正确的。

既然尘埃在空气中浮着是不可能的,那它就应该是在空气的阻力下缓缓下降。这些下降的尘埃为了在空气分子之间给自己开辟出一条道路,就必须把一些空气分子排挤到一边,或者吸引它们同自己一起下降,而这两件事都需要消耗一些能量。

下面我们先看几个重要的关系:下落物体的截面积和重量的比越大,消耗的能量也就越多;随着物体体积的减小,它的重量要比它的截面积减小得更多;物体重量的减小和直径尺寸的减小的立方成正比,而阻力的减小和直径尺寸的平方成正比。

我们举个例子就能明白。取一个直径10厘米的大球和一个用同样材料制成的直径1毫米的小球。因为10厘米是1毫米的100倍,所以这两个球的直径尺寸之比是100∶1。小球在重量上只有大球的1/1003,即百万分之一;而它在空气中降落时所遭遇的空气阻力却有大球的1/1002,即万分之一。因此很明显地可以判断出,小球要比大球降落得缓慢。

简单地说,尘埃之所以能够漂浮在空气中,是因为它微小,在气流的作用下能够在空气中飘翔着,而不是因为空气的浮力将其托举在其中。生活中我们见到的用降落伞下降的人,他的缓慢下降也是属于同一现象。但是有些重量较大的物体在下降的时候,我们并不会感觉到空气阻力的作用,这是因为它的重力远远超过了阻力对它的作用。

那在同一个地方,是空房子中灰尘落得多,还是有人住的房子中灰尘落得多呢?你可能感觉是有人住的房子中灰尘落得多。其实从上面的解释中就可以看出,你的想法是错误的。在人走得多的房间里会比在无人居住的房间里灰尘落得少,而且白天会比晚间落得少,因为尘埃的降落会被空气中产生的漩涡气流所阻碍,而这种气流在无人走动的安静空间中,几乎是不存在的。

云之所以“浮”在天上,也是同一原因。直径0.001毫米的水滴在空气中以每秒0.1毫米的速度匀速落下,只要有小到简直不容易感觉到的空气流,就可以妨碍这种缓慢的降落。云其实是无数极小而密集的水滴的聚集,这些水滴虽然比同体积的空气重800倍,但仍然几乎不会降落,它们只是用极难察觉的速度向下沉落,因为它们的面积比重量大了许多。

不过,要是在真空中,尘埃和云会像沉重的石块一样急速地落下。

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