爸爸,地球引力那么强,苹果都被拽下来,为什么火焰却总是向上?

日常生活中有很多常见的问题总是被孩子问得哑口无言。比如说:水是透明的为什么能看见?云为什么不会掉下来?火是什么物质构成的?风是哪来的?等等,并且往往一个问题会延伸出更多的问题。这些看似很容易的问题,但背后往往蕴含着大量的科学信息。如何用孩子能理解的方式,把问题讲明白很关键。今天我们就来讲讲:火焰为什么往上升,引力不是向下吗?

什么影响了火的方向

在地球上的火焰一般情况下都是向下的,无论你把燃烧物向上。

还是把燃烧物向下。

或者是横着放。

显然火焰的方向跟燃烧物关系不大。

不过日常生活中有一样我们天天接触的物质能改变火的方向。我们容易观察到,当我们轻轻朝火焰吹一口气,火焰会朝着的气流的方向轻轻摇曳。

或者是刮过一阵微风。

风是空气的流动,也就是气流,由空气构成的,我们吹出的气也是气体构成的,显然气体对火焰的方向有影响,更确切地说是火焰会受气流影响。那没有气流时,火焰向上是谁在下面吹气呢?

火焰向上的原因

在没有外界干扰气流的室内,火焰是笔直向上的,如果按我们上面所理解的,火焰为了维持笔直向上的状态,必然是有气流一直帮它维持状态,并且这个气流是时刻保持,源源不断地,方向一致向上,并且需要分布在火焰周围,因为如果一侧有,一侧没有或者气流突然中断,还是会产生对流,火焰还是会被“吹”偏。

如果真有这个气流什么时候出现的?在我们肉眼观察中,火可以说是点燃的一瞬间就产生了向上的作用。那就是说助推的气流和火同时产生,也可以说这个气流,其实是火带来的。

火除了发光就是发热,它又是如何引发气流的?其实气流和温度息息相关,一切物体都有热胀冷缩的性质,我们日常生活中的风,其实都是太阳向我们辐射的热能形成的,这里不展开讲了。

空气海洋

人需要呼吸空气,而空气由于地球引力的作用被吸附在地球的表面。我们生活在空气的海洋中。

空气的海洋就如同水,当在水中放一块泡沫,由于泡沫的密度比水低,泡沫就会悬浮的水面上,当放一块比水密度大的石头,就会沉下去。

在空气中,气球会上升,是因为气球内的气体密度比空气低,所以低密度的气体会在空气的海洋中上浮。而平常我们自己用气筒打的气球,气体是空气,密度和空气一样,所以会不飘起来。

热涨冷缩

热量是一种能量,而气体都是由一些小颗粒组成的(分子、原子)。原本安静的小颗粒一直排好队形,乖乖地呆着,但是当它们接收到外部的能量时,就会变得很活跃,躁动不安,到处乱串,无法紧紧相挨,颗粒与颗粒之间的活动范围变大。和原来相同体积下的小颗粒相比数量就会减少,密度就变小了,相同体积内的物质也会变轻,就会浮起来。

同理,当这些活跃的小颗粒,温度下降,失去能量,就会变得安分起来,那么同体积下的小颗粒数量就会增加,密度变大,就会变重,就会沉下去。

空气热胀形成气流

火点燃的同时,对外散发热量,当周围的空气受热就会发生膨胀,密度边小,就会向上飘。上升之后,原先的位置就会有相对低温的空气快速进来补充,低温的空气被加热上升,再补充,再加热,就这样形成气流的循环,源源不断的产生空气的流动。只要有持续的热量,就会有持续的气流。

失重状态

如果孩子比较大,可以延伸一下。在地球上我们受到地球引力的影响,东西都会往下落,而在水中,泡沫是因为密度小,所以受到了水给予它的浮力,当浮力大于重力所以泡沫漂浮起来。引力产生的重力方向是物体下落的方向,所以我们才有上下之分。

当在失重状态下,比如说宇宙空间站内,没有引力,物质都不受重力,处于悬浮的状态,并没有落下或者上升,所以失重状态下,并不存在方向。

所以当火焰周围的气体受热膨胀,也就不会有上浮的状态。没有了气流那么火焰的方向就不会向上。

在没有气流的情况下,火焰持续产生热辐射和热传导,就会形成一个球状。

总结

所以是火产生了热量,热量使空气发生了膨胀,形成了气流,气流把火焰向上“捋”直了。这也是我们平常说的,热气上升,冷气下降。