“浮”在空氣中的塵埃

河北省唐縣羅莊鄉(xiāng)中學(xué) 趙煥哲

剛打掃干凈的房間沒(méi)幾天，用手在茶幾、桌椅等上面一摸，還是會(huì)發(fā)現(xiàn)手指上沾了一層灰。我們并沒(méi)有看見(jiàn)塵土飛揚(yáng)呀，哪來(lái)的這么多灰塵？在一個(gè)晴朗的午后，我發(fā)現(xiàn)了這個(gè)秘密：陽(yáng)光斜照進(jìn)屋內(nèi)，光線下面有一些小小的塵埃在自由地飛舞。

塵埃為什么會(huì)漂浮在空氣中呢？也許你會(huì)說(shuō)是因?yàn)樗瓤諝廨p。那我們來(lái)看看它的組成：這些塵埃有的是石塊、煤塊、木材、金屬小微粒，有的是織物纖維，有的是工業(yè)排放物、燃燒煙塵、土壤揚(yáng)塵……總之，它們都要比相同體積的空氣重成百上千倍。所以，塵埃浮在空氣中的說(shuō)法其實(shí)是不正確的。

既然塵埃在空氣中浮著是不可能的，那它就應(yīng)該是在空氣的阻力下緩緩下降。這些下降的塵埃為了在空氣分子之間給自己開(kāi)辟出一條道路，就必須把一些空氣分子排擠到一邊，或者吸引它們同自己一起下降，而這兩件事都需要消耗一些能量。

下面我們先看幾個(gè)重要的關(guān)系：下落物體的截面積和重量的比越大，消耗的能量也就越多；隨著物體體積的減小，它的重量要比它的截面積減小得更多；物體重量的減小和直徑尺寸的減小的立方成正比，而阻力的減小和直徑尺寸的平方成正比。

我們舉個(gè)例子就能明白。取一個(gè)直徑10厘米的大球和一個(gè)用同樣材料制成的直徑1毫米的小球。因?yàn)?0厘米是1毫米的100倍，所以這兩個(gè)球的直徑尺寸之比是100∶1。小球在重量上只有大球的1/1003，即百萬(wàn)分之一；而它在空氣中降落時(shí)所遭遇的空氣阻力卻有大球的1/1002，即萬(wàn)分之一。因此很明顯地可以判斷出，小球要比大球降落得緩慢。

簡(jiǎn)單地說(shuō)，塵埃之所以能夠漂浮在空氣中，是因?yàn)樗⑿。跉饬鞯淖饔孟履軌蛟诳諝庵酗h翔著，而不是因?yàn)榭諝獾母×⑵渫信e在其中。生活中我們見(jiàn)到的用降落傘下降的人，他的緩慢下降也是屬于同一現(xiàn)象。但是有些重量較大的物體在下降的時(shí)候，我們并不會(huì)感覺(jué)到空氣阻力的作用，這是因?yàn)樗闹亓h(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)了阻力對(duì)它的作用。

那在同一個(gè)地方，是空房子中灰塵落得多，還是有人住的房子中灰塵落得多呢？你可能感覺(jué)是有人住的房子中灰塵落得多。其實(shí)從上面的解釋中就可以看出，你的想法是錯(cuò)誤的。在人走得多的房間里會(huì)比在無(wú)人居住的房間里灰塵落得少，而且白天會(huì)比晚間落得少，因?yàn)閴m埃的降落會(huì)被空氣中產(chǎn)生的漩渦氣流所阻礙，而這種氣流在無(wú)人走動(dòng)的安靜空間中，幾乎是不存在的。

云之所以“浮”在天上，也是同一原因。直徑0.001毫米的水滴在空氣中以每秒0.1毫米的速度勻速落下，只要有小到簡(jiǎn)直不容易感覺(jué)到的空氣流，就可以妨礙這種緩慢的降落。云其實(shí)是無(wú)數(shù)極小而密集的水滴的聚集，這些水滴雖然比同體積的空氣重800倍，但仍然幾乎不會(huì)降落，它們只是用極難察覺(jué)的速度向下沉落，因?yàn)樗鼈兊拿娣e比重量大了許多。

不過(guò)，要是在真空中，塵埃和云會(huì)像沉重的石塊一樣急速地落下。