|
初中物理现象解释为什么蜡烛燃烧时的火苗都是朝上？2016圣诞节近在咫尺，圣诞节点蜡烛以祈求好运和上帝的祝福，同时也是对圣婴的迎接，从物理学的角度来看，为什么燃烧的蜡烛，它的火苗是朝上的？物理知识大普及，初中物理辅导老师一一为大家解答：  一、为什么燃烧的蜡烛，它的火苗是朝上的？ 火在燃烧的时候，发出很多热量。这种热量把周围的空气加热，于是，受热后的空气产生热膨胀，变得很轻，开始上升。在水中，轻的物体总是漂浮在水面上。在空气中也是这样的。也就是说，由于空气受热变成上升气流，才使得火焰的方向朝上。 你也可以这样来理解：火向上燃烧，是因为上升的空气或燃烧的热气体把火焰拉上去了。 因此，在火焰的上端呈现出一种像蜡烛的火苗或火柴的火苗那样的尖形。这种形状接近于三角形，尤其是顶端和三角形一样。 由于物体在燃烧的过程中，这种作用不断地产生，所以，火总是向上燃烧的。 人们认为，失火现场出现强风，烟囱能够助燃，其原因都是由于这种强烈的、急剧上升的气流造成的。你也可以认为火苗是随着上升的气流而向上燃烧的。 二、燃烧的蜡烛为什么不论横着还是竖着，火苗都朝上？ 1. 蜡烛燃烧的实质是蜡质受热气化，与空气混合，实现扩散燃烧； 2. 气态物质燃烧时，由于气体受热膨胀，引起火焰处气体密度比大空间气体密度低； 3. 在重力场的作用下，密度小的流体受重力反方向的浮力而向上运动，即对流运动。 综上所述，蜡烛火苗的朝向仅与其所受的力场方向相反。因此，太空中无力场作用时，蜡烛无法对流，则无法燃烧。  三、失重条件下的蜡烛能燃烧吗？ ？ 作为举世闻名的德裔美国科学家，阿尔伯特·爱因斯坦是现代物理学的开创者和奠基人，赢得世人无尽的赞誉。在人类进行航天飞行之前很久，他就提出了一个问题：“在失重的条件下（如宇宙飞船中）能点燃蜡烛吗？”他的回答是否定的，理由是，处于失重状态下的空气不再受到重力，蜡烛燃烧时，热空气不再上升，冷空气也不再下降，蜡烛周围被燃烧过的热空气包围，而蜡烛芯不能得到氧气的补充，因而很快会熄灭。 这种解释完全合乎逻辑，可能正是这种逻辑妨碍人们在实践中去验证。乘坐宇宙飞船遨游太空的人，谁也不会想到去擦火柴或点蜡烛。 1987年2月，这种情况终于碰到了。“和平号”宇宙空间站发生了故障──氧气发生器起火了。与理论上的看法相反，燃烧的火焰并没有自动熄灭，宇航员只好动手将火扑灭。 这起事故触发了俄罗斯和美国宇航员在失重条件下进行燃烧实验的想法。于是他们点燃了蜡烛，结果蜡烛持续燃烧起来，不过燃烧速度比在地面缓慢得多，尤其不同的是火焰的外形不是象一般那样向上伸展，而是一个很标准的圆球，火球外围呈淡蓝色（如下图）。 这是什么原因呢？ 原来爱因斯坦忽略了空气热运动的存在，即使没有对流，含有氧的新鲜的空气还是可以通过扩散到达烛芯，维持蜡烛的燃烧，但烛焰因为没有冷、热空气的对流运动而暗一些。同时，由于失重，空间的各个方向是各向同性的，因而烛焰是球型的。宇宙飞船上天以后，前苏联的科学家在“联盟8号”上顺利进行了焊接工作，证明了在失重条件下，的确能够维持燃烧。爱因斯坦这样的大物理学家也会作出错误的推测，可见物理问题是复杂的多变的，作为学生就更不应该害怕犯错，而应该积极地思考，积极地推测。 既然在失重状态下依然能够燃烧，科学家在设计国际宇航空间站时，就必须预先考虑到可靠的防火措施。 失重能够产生更圆的温度更低的火焰。在上面两张对照图中，正常重力条件下产生的火焰（左图）和失重环境下的火焰（右图）之间的区别可谓一目了然。之所以存在这种区别，物理学的解释是：在地球上，由于受到重力的影响，燃烧后会使旁边空气形成上下对流，于是我们看到的火焰向上。在太空失重的情况下，这种上下对流消失，点燃后的蜡烛没有所谓的向上或向左等等的方向，其火焰就会向四周伸展，形成球形火焰。 在燃烧的同时，虽然消耗了氧气，重要是氧气分子是做无规则的运动的，周围的氧气分子会填补原来的氧气的空间，蜡烛便得以继续燃烧，但由于受到废气的阻碍，燃烧时获得的氧气量会比在地球上相对减小，燃烧不够充分，燃烧会比在地球上更缓慢。 (责任编辑：admin) |