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2.醫院的輸液系統，一般藥瓶掛在比較高的位置，中間是調節流量的緩沖區，最低位置是輸液針頭，扎入血管。當無意中降低了緩沖區的高度，會發現血液倒流進輸液管。

3.水槍抽水、醫院抽血，都是利用真空原理。觀察這些真空的制造過程。

梅樂芝經理的科普文章（四）

初夏，微風拂面，清爽宜人。山雨欲來風滿樓，這時候風就較大，可以感受到風的力量。在沙塵暴肆虐的季節，吐魯番的風飛沙走石，對人的生命構成巨大威脅。這時候風已經成為一種主宰力量。

風是空氣流動的效果，從宜人的微風到暴虐的狂風，差別僅僅是空氣流動的快慢。衡量快慢，我們引入速度這個指標，速度指標適合任意非靜止物體，目前我們是描述空氣流動的情況。速度就是一定時間內空氣流動的距離。一般設為1秒，也可為1小時。如何體會速度快慢呢？人正常情況下的行走速度大約是1小時5公里，也就是1秒1.5米，寫作1.5m/s。騎自行車大約是5m/s，跑得最快的人大約10m/s。電動自行車可達15m/s（危險！），長途汽車在高速路上25m/s以上，動車50m/s以上，客機250m/s，軍用飛機可達1000m/s以上，航天火箭8000m/s。

描述風速通常用蒲福風級（beaufortscale），按強弱，將風力劃為“0”至“12”，共13個等級。在20世紀50年代，風級擴展到17級，共18個等級。和我們日常熟悉的情況比較，可大致了解風級。5級風，風速大約是10m/s，和人極限快跑的速度差不多。10級風，速度大約是25m/s，和高速客車差不多。如果想要體驗一下大風，高速公路上窗戶開個小縫，用鼻子感受一下，就知道這個10級風的威力：人已經無法呼吸！早期的飛機沒有密封艙，飛行員都是直接暴露在空氣中，可以肯定，這種飛機的速度不如現代的高速客車。在陸地上很難感受到10級以上的大風。例外的情況是南極大陸，這里10級大風是很溫和的情況。這里和其他地方不同，基本由冰覆蓋，大陸中心地勢高而冷，空氣密度大，導致風是由中心向外吹，并且沒有地形阻撓降低風速。極限情況超出了蒲福風級的最大值，有記錄的最高風速是100m/s。

液體流動和氣體流動有一定的相似性，地球上的液體主要是水（海水）。在海邊可以觀察海水的流動，平常速度很低，臺風季節能看到海水的高速情況。但無法與空氣的高速比較。但水的密度遠遠大于空氣，因此破壞力也很大。一般主要考慮風的因素是因為風可以深入陸地，并且帶來大雨，影響范圍廣。而海浪僅僅對海邊有影響，除非出現大海嘯，影響范圍增加，破壞力巨大，也是必須提防的情況。一般天氣預報對臺風進行密切跟蹤，預測破壞地區和力度，以做好防范準備。

在日常生活中，空氣和水的流動效果表現為多種形式。觀察小河，小河中的水看作水流，在河面寬廣的區域，水流緩慢，在河面狹窄的地方，水流快速。這是什么原因呢？無論河面寬窄，河水不會消失，那么河水的出水量不會變化。比如說1秒出水1噸。那么寬河面處，水量大，只能流得慢些，不然河水供應不上。河面窄的地方，必須流的快些，不然水就溢出了。也就是說無論在河的那里，水的橫截面*水的流速是固定不變的，這個就是河的出水量。實際生活中有大量類似情況。

思考：

使用管道煤氣進行烹飪，在做飯高峰時期，比如晚飯，就發現煤氣量很小，氣量閥門即便開到最大，氣量也小。比如半夜做個宵夜，打開煤氣就發現氣量很充足。將煤氣使用情況和上述的河水流量對應起來。

夏天天熱，空調使用很普遍。在最熱的時期，會出現分片停電現象。在冬天需要供暖時期，也會出現。原因何在？

咸海，曾經是世界第四大湖泊。早在2000多年前，陳湯曾在附近斬殺匈奴郅支單于，并寫下“宜懸頭槁于蠻夷邸間，以示萬里，明犯強漢者，雖遠必誅”。咸海依賴阿姆河和錫爾河注入水，在兩河改道灌溉農田后，開始萎縮。左右兩圖分別是1989年和2008年。與此類似的情況有，塔里木河及下游的羅布泊，黑河和下游的居延海，黃河及下游的海水倒灌。

杭州灣的錢塘江潮農歷每月初一至初三、十五至十八出現，而農歷八月十八因潮水最為壯觀，觀察地圖，為什么在這里出現大潮。

現在城市的高樓大廈越來越多，經常可以見到街道兩邊高樓排成墻。整個城市平均風速比郊區小，但在這些墻之間經常有大風。

風經常會帶起灰塵，當然在植被覆蓋密集的地方沒有這個問題。若風較大，小沙粒、石子都帶得起來。同樣水在流動時，也攜帶泥沙。這些攜帶了大量固態顆粒的流體，可極大地改變途徑環境。

雅丹地貌，或稱為風蝕脊（yardang）是典型的風蝕性地貌。“雅丹”在維吾爾語中的意思是“具有陡壁的小山包”。風帶起的石粒，大粒的貼近地面，小粒的在空中，在石粒與山體碰撞中，山體下部往往遭受較強的剝蝕作用，并逐漸形成向里凹的形態。如果小山包上部的巖層比較松散，在重力作用下就容易垮塌形成陡壁，形成雅丹地貌，有些地貌外觀如同古城堡，俗稱魔鬼城。敦煌西北有雅丹國家地質公園，準噶爾盆地東部也有類似地貌。事實上，沙漠地區或多或少都存在雅丹地貌，只是特征明顯與否。

水的密度比空氣大得多，對周圍環境的沖擊更大，更易改變地貌。河道都是水自然沖擊而成。水可以溶解氣體，溶解某些氣體后水具有一定的腐蝕能力，這也是改變地形地貌的巨大力量。

500萬年以前，現在非洲和歐洲之間的地中海完全干涸，成為一片鹽澤。而埃及的尼羅河依然奔騰，但曾經的海面消失了，河水流入一個巨大的盆地。河水切割曾經的海盆巖石，形成了1000多米深的河槽。當地中海又恢復與大西洋溝通時，這些河槽被泥沙填充。鉆探石油發現了這個曾經的槽道，也進一步證明了地中海的歷史。

瀑布是河流形成的壯觀景象。像尼加拉瓜、伊瓜蘇、維多利亞、安赫爾瀑布，都是著名大瀑布，但這些瀑布不能永遠維持下去。刨去地質變遷因素，瀑布的落水沖擊而下，對形成瀑布的斷崖底部慢慢進行侵蝕，導致斷崖逐漸后退。而水流本身又對崖口緩慢進行消減，瀑布的地形構造在緩慢消失。

喀斯特地形，是以斯洛文尼亞地名命名的。以石灰巖為主要構成。水溶解二氧化碳后，產生輕微的腐蝕性，尤其對石灰巖效果更明顯。在水流過喀斯特地形區域后，逐漸腐蝕水流路徑上的石灰巖。形成溶洞、地下暗河等景觀。在中國，廣西、貴州、云南、四川都大量分布這喀斯特地形區域。在這些區域都是著名的風景區。在地球形成早期，地表全是熔巖，石灰巖無法存在。目前的石灰巖都是生物的遺骸形成的。比如貝殼、珊瑚等。生物化石基本也以骨骼為主，其他組織分解太快，難以保持形成化石所需的時間之久。而骨骼含鈣量高，可當半個巖石看待。我們的骨骼也含有大量鈣，君不見補鈣廣告那么多嗎？并且土法補鈣就是喝骨頭湯，體現吃啥補啥的樸素觀點。

海洋中的珊瑚蟲，骨骼主要成份為碳酸鈣。大量骨骼聚集物就是我們古代所說的珊瑚，尤以紅色為佳，還可入藥。珊瑚蟲的遺骸長期積累形成了大量的石灰巖。現代空氣中二氧化碳含量增加，導致海水酸度增加，造成大量珊瑚蟲死亡，表現為珊瑚白化。

思考：

火星上有過去大洪水流下的痕跡。而如今尚未在火星找到液體水，在大洪水過去如此長久，火星上的風還未能消除水流下的痕跡。有哪些可能的原因呢？

目前多數文明都有大洪水傳說。在北美發現史前的一次超級大洪水遺跡（最近一次冰河末期），形成的痕跡和火星大洪水的很類似。但這個只證明北美發生了。其他地區的大洪水如果存在的話，痕跡呢？

雅魯藏布大峽谷和科羅拉多大峽谷，都是世界上壯觀的峽谷。河流經過長時間沖刷，造就了這樣地質奇觀。那么這些峽谷最深可達到什么程度呢？

近年來沙塵暴在中國經常出現，遮天蔽日。但都是地球局部情況。歷史上美國上世紀三十年代出現過黑風暴，上世紀六十年代蘇聯時期蒙古西部也出現過。原因都是草原被破壞，在風的作用下，土壤不同細粒按照大小不同分布在空中不同高度，被吹到其他地區。其中的細微粒（微米級別）可以上升到平流層（黃土高原就是風吹來蒙古高原上的細土堆積而成）。上世紀海灣戰爭后科威特的油井被點燃，燃燒的黑煙微粒進入平流層蔓延至北美。幾年前冰島火山噴發，大量火山塵進入平流層，導致歐洲航班停飛。在地球歷史上出現過多次全球沙塵暴，是由小行星撞地球或大規模火山造成。最近一次是6000萬年前，促使了恐龍的滅絕，為我們登場提供了空間。人類的活動加速了地球的物種毀滅因素，消除了生物生存空間。是否補償物種創造因素？轉基因算不算呢？切諾貝利遺跡？

地球是自西向東自轉，對海洋和大氣帶來影響。從太陽到木星，自轉都給星球表面帶來固定方式的影響，這是宇宙的普遍現象。最容易觀察到自轉情況就是太陽黑子和木星大紅斑在星球表面的移動。

海水和大氣，受自轉影響，在北半球和南半球表現出不同的效果，整體上按照赤道對稱，陸地的影響，改變了一些細節。在赤道附近，海水流動形成的洋流是自東向西。遇到陸地后向高緯度地區流動，最后形成環流。整體上北半球是順時針環流，南半球是逆時針環流。

為什么一定是這樣的效果，而不是相反的結果。地球自轉一周，在赤道上某點移動的距離為赤道的周長。在北半球上某點，假設為北緯60度的某一點，移動了多長的距離呢？如圖4.1示，從北極上空看地球，可以很明顯地看到，北緯60度上點在地球自轉一周時，移動了一個圓，但這個圓的直徑是赤道圓的一半。那么移動距離就為為赤道上的一半。地球自轉一周24小時，赤道上點移動到距離最大，越離開赤道，移動距離就越短。北緯60度移動距離是赤道的一半。而北極點則完全不移動。距離除以時間就是速度，將這些值換算為速度可以很明確地知道不同緯度的移動速度。

假設赤道的速度為1，則北緯60度的速度為0.5。如圖4.2示，赤道上有兩點，四角星點和五角星點，北緯60度上有一點，標為四角星點。地球自轉了2.5小時。則赤道和北緯60度的四角星點移動如圖所示。把赤道上的五角星點移動到北緯60度上，速度依然為1，則五角星點在北緯60度上移動的距離就是北緯60度四角星點移動距離2倍。如果地球不自轉，赤道的五角星點向北極移動到北緯60度后和本地四角星點重合，但由于自轉，五角星點跑到四角星點前面了。從直觀的角度看，就是五角星移動的路線向右偏轉了。

同樣，北緯60度的點移到赤道，則落后于地球不自轉時本身應達到地點。同樣是路線向右偏轉。當赤道點向南極移動時，則路線向左偏轉。總結一下就是：在北半球，任何物體移動，由于地球自轉的影響，其路徑都向右偏移。在南半球，任何物體移動，路線向左偏移。注意：當移動方向是某個特定方向時，這個規律失效。閉上眼睛，思考一下這個方向指向何處？

回到地球的洋流，地球洋流由于受地形影響，被迫向兩極移動，在北半球部分自然就形成了順時針環流，南半球則為逆時針環流。如果沒有地形影響，那么洋流就一直繞自轉軸環流。南極洲北部的海域沒有任何大陸阻隔，形成了西方漂流。在地球局部，由于海水密度不同、洋流補償等因素，會導致其他方式的局部洋流。同樣在太陽和木星表面上，不存在大陸問題，都是氣流，因此全是繞自轉軸環行的。右圖可清晰看到木星的環流，不同的緯度形成不同顏色和結構的環流層，全部逆自轉方向移動。觀察太陽的環流是依靠太陽黑子的移動，不如木星清晰明了。

大氣在不同緯度的移動路徑，和洋流類似。但大氣還存在強烈的上下對流，形成與洋流截然不同的大氣環流。這對調節地球氣候至關重要。在公元1世紀開始的海上貿易，從中國到阿拉伯地區，就是利用從赤道到北緯30區域的季風進行。每隔半年季風轉向，使得貨船來回都節省時間。由于季風準時，稱之為信風，又名貿易風。仔細觀察可發現，季風的路徑同樣滿足洋流的規律。現在把這種自轉帶來的偏移力稱為科里奧利力，一個意大利人的名字。注意，第一：不是餅干。第二：這個力不是真正存在的，只是等效出來的。

思考：

廚房的排水孔，在排水時經常形成旋渦結構，這個旋渦是左旋？右旋？或都有可能？這里能用科里奧利力解釋嗎？

颶風，帶有強烈破壞作用的熱帶氣旋。中心氣壓低，周圍的氣流補充進來，使用科里奧利力分析，北半球的氣旋旋轉方向是順時針？還是逆時針？天氣預報出現衛星云圖，若有氣旋，根據形狀，馬上就可以判斷出發生在北半球或南半球。

在北半球的夏天，熱帶上升的暖氣流向南北方向漂流，到在北緯30附近下降，形成多個高氣壓包，持續范圍3000公里以上，那么此氣包的旋轉方向應該是什么？這個會是季風形成的原因嗎？

觀察地球，發現北緯30區域，沙漠密集。但中國長江流域卻是糧倉。美國中南、東南部由于墨西哥灣和大西洋供濕才免遭涂炭。若無青藏高原，沙漠會延伸到哪里？

馬尼拉大帆船，從地理和經濟因素來分析（看過加勒比海盜么？德雷克海峽，以海盜船長的名字命名），為何不繞行南美回西班牙？額外的情況，玉米、西紅柿、土豆、番薯隨這條航線引入中國，這些新物種經過長時間熟悉后大規模種植。早幾十年的話，大約明朝可能堅持住了。晚百年，就沒盛世了。事實上，美洲的這些物種耐寒、耐旱，產量大，對土地要求低。諸如羊駝、水豚等動物飼養的性價比很高。其他如美洲辣椒、煙草、橡膠、向日葵也都是美洲的貢獻。

衛星發射基地，都盡可能靠近赤道。為什么？除此之外，還要考慮基地的氣候因素，比如經常下雨，或多云天氣就不宜建立基地。此外還要考慮安全因素，防止敵對國家破壞等等。俄羅斯、中國、美國、歐洲、日本，觀察這些國家和地區的航天基地的位置。

2011年，日本大地震造成核電站泄漏，大量輻射物質進入海洋和大氣。那么這些危險物質是否會擴散到中國？如果存在，以何種方式進入？

洋流的最大作用是熱交換，改變了沿途的氣候。墨西哥暖流和黑潮，是世界最大的兩只暖流。改變大西洋北部和太平洋西北部氣候，使得冰島、格陵蘭島（維京早期至小冰河時期）適宜人類居住，海參崴和摩爾曼斯克成為不凍港。我們討論的這些洋流，海水厚度大約是500米-1000米，是海水表層的行為。事實上海水存在大范圍的上下對流行為。在北極附近的海水，溫度就在冰點，大量海水結冰，海水鹽度提高，并且溫度已是海水的最低溫度，密度增加。海水開始下沉至洋底，帶來大量氧氣。這股下降流開始蔓延，進入太平洋，環繞地球。最終在某處受地形和溫度影響，形成上升流，形成周期長為1000年的海洋上下對流。同樣情況在南極周圍的海域出現，這些下沉寒流在大洋底部蔓延，溫度基本恒定。這對深海生物是至關重要的，不然深海將沒有氧氣補充，海洋物種多數都得滅絕。在二疊紀末期，海洋曾經失去這種上下對流，導致海洋中90%至95%的海洋生物滅絕。這段時期的巖石沉積中，可觀察到一段黑色沉積。都是生物死亡后沉積效果（去四川瓦屋山時，先參觀山下的博物館，里面有介紹二疊紀時期。在登山路途中觀察黑色沉積）。陸地上存在大量靜水湖泊，缺乏水交換。這種湖泊中深度超過20米左右，水顏色就變為粉紅色。因為缺乏氧氣，生活中這里的都是厭氧細菌，顏色就是粉紅色。人體的大腸充滿了細菌，占大腸物質的三分之一。這些細菌也是厭氧類型。如何驗證這一點？（土豆削皮、蘋果削皮后，放置一會后變顏色）

智利的阿塔卡馬沙漠，是世界上最干旱的地區，同類型的區域，非洲納米比亞沙漠、澳大利亞西部沙漠、美國西南部和墨西哥西北部的沙漠，都無法比擬。阿塔卡馬沙漠西比鄰智利寒流，東有安第斯山脈。寒流和焚風的效果疊加，導致多年都不下雨。

在鳥類出現以前，空中存在可以飛行的恐龍和爬行類動物，在這些空中巨獸占據天空之前，昆蟲飛行的身影充斥著森林和草原。人類也有飛向天空的夢想。墨子里面記載公輸班曾經制造了木鵲，在空中飛翔了多日都不落地，估計是最早的滑翔機或風箏。明朝有個萬戶的人，使用煙花發射方法升空，最后月球上一個環形山以他的名字命名。但此人很可能不存在。公輸班和萬戶，無論事跡真假，是人類升空的思維試驗和愿望。

在跑步時，如果迎面還刮大風，會覺得跑得吃力。可以想象，如果風足夠大，人都可以刮跑，比如龍卷風。說明只要風速足夠大，就產生足夠的力。而放風箏時，要有大風。風箏在空中一定是斜著的，風吹在箏面上，給風箏斜向上的力，足以抵消風箏的重力。而風箏繩子的作用是調整風箏的受風面的傾斜方向，實質是調整風箏的受力方向，保證風力一直可以抵消重力，繩子放到盡頭后風箏就維持在空中。如果繩子斷了，則風箏順風而行，風箏受力變小，并且方向不受控制，很快就掉下來了。

風箏一種可行的升空手段，甚至公輸班的那個木鵲也可能是風箏，可惜不能滿足人類上天空的夢想。但風可以帶來抵消重力的作用得到驗證，萊特兄弟終于在內燃機時代升空了，但并不是風箏升空的方法。

成語涇渭分明原指關中的渭河和涇河匯合時，渭水渾濁涇水清澈，雖然兩河交匯，但水流尚未混合，保持各自流動。這時候可以觀察水流速不同對兩條河流帶來影響。兩河匯合后，河水從側面給對方的壓力相等，保證自身水流的完整性。因每條河的水流量不變，如果其中一條河流速變快，則此河水流的橫截面就變小，從兩河的整體看，就是流速快的河面變窄，流速慢的河面變寬。按照相互給對方的壓力這個角度而言，則是流速快的河流對側面壓力減小，流速慢的河流對側面壓力增加。這個效應以瑞士人伯努利的名字命名。可以想象，在兩河的分界面上放置大片金屬薄板，則板朝流速快的水流方向移動。

現在我們將金屬板水平放置，迎面刮來大風，正常情況下，板的上方和下方空氣流速相同，沒有任何變化。如果我們改變金屬板的形狀，使得上方流速大于下方，那么整個氣流就對金屬板產生向上的力。如果風速足夠，此力可以大到抵消金屬板本身重力。一般情況下，風速有限，為了制造高速風，我們讓金屬板向前快速移動，效果與金屬板不動迎面刮大風相同。這就是飛機升空的原理。