《趣味物理学》在线阅读——第6章 热的现象（10-17）(8)

6.17　冰柱的题目

　　你可曾想过这样的一个问题：我们时常看见的屋檐上垂下来的冰柱，它们是怎样形成的？

　　这些冰柱是在怎么样的天气形成的呢？在暖和的日子里还是在严寒的日子里？假如说是在温度是摄氏0度以上的暖和日子里，那么它怎么会凝结成冰柱呢？假如是在严寒日子里，那么，在一座没有生火的住宅屋顶，又哪里来的水呢？

　　现在你已经看出这个题目不很简单了。要形成冰柱，一定要同时有两种温度，一种是0度以上的温度，能够使积雪熔化；一种是0度以下的温度，能够使雪水冻结。

　　事实上正是这样：倾斜的屋顶上的积雪在熔化，因为太阳光把它晒到0度以上的温度了；熔化以后的雪水流到屋檐上却又冻结了，因为这儿的温度是在0度以下。（当然，我们说的不是那种由于室内温度产生冰柱的情形。）

　　试想象这样一幅图画：晴朗的天气，温度只有零下1—2度。太阳光正照在一切物体上。但是这些斜射过来的光线并没有能够使地面上的雪熔化。这里值得注意的是，在正对太阳的倾斜屋顶上，太阳光并不象对于地面那么偏斜，而是用比较陡峭接近直角的角度射下来的。大家知道，太阳射下的光线跟射到的平面所成的角度越大，这个平面给太阳晒热的程皮也越大。（太阳光线的晒热作用，跟这个角度的正弦值成正比；就象图81所示的情形，屋顶上的雪受到的热是地面的雪的2.5倍，因为sin60°大约是sin20°的2.5倍。）屋顶斜面上所以晒得比较热，原因就在这里，因此，雪就熔化了，雪水一滴一滴从屋檐流下。但是屋檐底下的温度是比0度低的，同时水滴还要因为蒸发作用而冷却，自然要凝结起来。接着第二滴雪水流到这已经凝结的冰滴上，也冻起来；这样下去，逐渐形成了一个小小的冰球。这些冰球逐渐加长起来，结果就形成了挂在屋檐下的冰柱。不生火的住宅或仓库的屋檐所以时常会产生这种冰柱，原因就是这样。

　　我们用同样的理由还可以来解释范围比较大的现象。你知道不同的气候带以及一年四季的温度上的区别，大部分是跟太阳光线射到的角度有关的呀①。太阳离我们的距离，夏天和冬天大约相等；太阳离两极和赤道的距离也差不多一样（虽然略有些出入，但是不起什么作用）。但是，太阳射到地面的光线，在赤道上要比在两极上陡直；而且，这个角度夏天又比冬天大。正是这个原因，才造成了白天里温度的显著变化，也就是说，引起了整个大自然界生活上的显著变化。

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