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趣味物理学
1.10.15 8.15 请太阳光来帮忙
8.15 请太阳光来帮忙

在冬天,我们还可以做一个简单的实验。在雪过天晴后,阳光普照着一望无垠的雪地时,取两块大小相同的布块,一块颜色是白色的,另一块是黑色的,将两块布分别平铺在雪地上。过了一两个小时,你会发现,黑布凹进到了雪中,而白布依旧停在雪面上,几乎没什么变化。怎么会出现这样的情况呢?原因很简单:黑布能吸收太阳射到它上面的大部分能量,所以它下面的雪就融化得快些;而白布呢,能把太阳射到它上面的大部分热量反射掉,因而相比于黑布,所获得的热量就很少。

对于这项有趣的实验,美国著名政治家、物理学家富兰克林曾经写过这一样一段精彩的描写:

我从裁缝那儿拿了几块方形布条,它们的颜色各不相同,有深黑色的、暗蓝色的、紫色的、淡蓝色的、淡绿色的、粉红色的和白色的等许多颜色。有一天早晨,天终于晴了,太阳光暖和地照在雪地上。我赶紧取出那些颜色各异的布条,将它们一一平铺在雪地上。几个小时后,我发现,受热最多的黑色布条已深深陷在雪里面去了,陷进的深度太阳光都照不进去了;暗蓝色的布条也陷在雪地里,差不多有黑色那么深;而颜色较淡的蓝色布条凹陷就浅多了,其余的布条呢,颜色越艳丽或者说越淡的,下陷得越少;至于那块白色的布条呢,几乎没有下凹,仍然停在雪面之上。

对于这些现象,富兰克林不无感叹地说:

如果一个成熟的理论,我们不能利用它并从中受益的话,那么这个理论有什么存在的意义?难道从这个实验中,我们不能得出,在炎热的夏天穿白色衣服比穿黑色的衣服更凉爽,因在太阳底下,在相同时间内,黑色的衣服会吸收更多的热量,再加上我们自身的活动,产生的热量,会让我们感到更热吗?同样的,夏天时男女不应戴白色的帽子用来防暑吗?……另外,难道黑色的墙壁不会在白天时吸收更多的太阳能,并在夜晚仍旧保持一定的热量,从而保护水果以防冻伤吗?难道那些细心的观察者,不能够通过这些实验发现更多的有价值的小问题吗?

那么这些结论在现实生活中到底有什么应用呢?1903年,一艘前往南极探险的名叫“高斯”的轮船为我们找到了答案。当时,那艘轮船在前往目的地时,被厚厚的冰包围住了,不能动弹。对于这一困境,人们束手无策。为了脱离困境,船上的人尝试了很多办法,甚至动用炸药和电锯,但收效不大,只打开几百立方米的冰块,对船恢复航行没有什么意义。最后,人们想到了借助太阳的力量让轮船恢复航行。他们用黑色的炭灰在冰面上铺了一条宽10米,长2千米的道路,从船下边一直铺到冰层裂隙处。其时正值盛夏,一连数日都是大晴天。奇迹出现了,太阳完成了炸药和锯子等一些方法都不曾完成的任务,将冰融化了,沿着黑色的道路融开了一条航道。从此,轮船摆脱了冰层的围困,恢复了航行。