铁轨的材料是钢材，钢也有热胀冷缩的现象。外界的温度升高，钢轨就会变长，当外界的温度降低，钢轨又要缩短，物质长度与温度的关系在物理学上可用下列公式表示：
1＝l0（1＋at）
l是温度t时的物质长度，10是t＝0℃时的物质长度，a表示这种物质每升高1℃膨胀的长度，称为膨胀系数，通常a为常数。我们现在来从钢轨的伸长看看一条北京至南京的铁路夏天比冬天要长多少。
钢材的膨胀系数约为十万分之一，就是a＝1×10－5。
假定冬天钢轨温度是零下20℃（我们用手触摸时，会觉得钢轨特别凉），夏天时钢轨在太阳光下的温度为60℃。北京至南京的铁路全长为1200千米，利用上面的公式，稍加计算后我们就知道，夏天这条铁路要比冬天长720米。如果铁轨都是相互密合的，则铁轨随气温的升降就要相互挤压、牵拉，结果当然是挤坏铁轨及火车站，其后果可想而知。于是聪明的设计者就想到利用许多根很短的铁轨来铺铁路，每根铁轨之间均留有缝隙。假定每根铁轨长为5米，则1200千米铁道需要24万根铁轨，也即有24万个空隙。这样在冬天与夏天之间，在每个铁轨衔接处只要留下3毫米空隙，就能抵消全程720米的热胀冷缩的变化了。
10.钢桥经不起严寒
你相信特别寒冷的天气可以把坚固的钢桥毁坏吗？在1938年3月14日这一天，位于比利时东北部的哈塞尔城正被零下15℃的寒冷包围着。突然，市中心横跨阿尔伯特运河的钢桥上，响起了震耳欲聋的轰隆声。出人意料的是一座刚建成不到两年的钢桥，竟然在顷刻之间折成三截，坠入河中。然而，时隔两年，还是在这条运河上，另一座钢铁大桥在严寒中又遭到了同样的悲惨命运！
如出一辙的例子还有，1951年1月31日，加拿大的一座钢结构桥——魁北克桥在零下35℃的气温下被毁坏了！
这些惨痛的事实引起了科学家们的高度重视，后来经过科学家的一致努力和孜孜不倦的探索，答案终于被找到了。
导致这些坚固的钢桥毁坏的原因就是任何固体材料都会有弹性，而材料的弹性是有一定限度的，一旦所受的力超过其弹性限度，材料就会被折断。材料的弹性不仅与材料本身的结构密切相关，而且还随温度的变化而变化。钢材在低温情况下，它的弹性限度会大大下降。
当它承受不住外来的压力时，桥上的钢材就会产生裂缝，并导致大桥坍塌。因此，科学家在设计大型建筑时，必须高度重视钢材的抗寒能力，量材施用。
11.逆温
唐朝着名诗人白居易在《大林寺桃花》一诗中这样写道：“人间四月芳菲尽，山寺桃花始盛开。”这两句诗所描写的意思是：山脚下繁花盛开的季节已经过去了，而高山上寺庙附近的桃花却刚刚盛开。现在我们跳出诗的意境，从另一方面看待这一句诗，我们就会发现诗中隐含的意思是高山上的季节比山下要来得晚。进而我们可以推知山上的温度要比山下的温度低得多。
大家都知道，地球大气的温度是随着高度的增加而降低的，就是说如果每升高1000米，温度就要降低6℃左右。因此，许多高山顶上的温度都在零度以下，终年冰雪覆盖。
但是，以上说的也是一般情况，其实在大自然中温度也有反常的时候。比如春季本来是春暖花开的季节，但是偶尔会出现几天寒风刺骨的天气伴着零星的小雪；夏天雨后初晴、月光普照的时刻，地面因降雨和辐射，温度急剧下降，贴地面的空气温度降低，出现高度上升温度增高的现象。通常情况下我们把这种现象叫做逆温现象，该大气层被称为逆温层。
那你知道逆温层是如何形成的吗？它的形成主要有以下三个原因：
首先是因为空气的水平移动形成了逆温层。我们都知道白天在太阳光的强烈照射下，陆地要比海洋升温快很多。而陆地上被晒热的空气团在风的吹动下，慢慢移向海面。这样一来，海洋表面的空气温度就要比它上一层空气的温度低，使得海面上的气温随高度上升而增加，形成大气逆温层。
其次是地面辐射冷却形成逆温层。比如在暖和季节的晴朗夜晚，白天被阳光晒得炽热的地面，到了太阳落山之后会放出大量的热量，这时候地面土壤的温度就会下降。这样，紧贴地面的空气都冷却了，而较高层的空气还没有来得及冷却，从而形成逆温层。这种逆温一般在日落后出现，在午夜时段加强，黎明前最为强盛，不过在日出时分就会消失。
最后是空气下沉压缩形成的逆温层。我们都知道地球上的空气常常会形成强烈的旋涡。
如果旋涡方向是逆时针方向的话我们就叫做气旋，如果是顺时针的话叫反气旋。反气旋是一个高压区，中心压力最高，空气由中心向外围流。由于地面风的辐射扩散作用，空气向外流散，上面的空气往下沉，同时伴随压缩升温的过程。上层空气由压缩升温，从而形成了逆温层。
12.水的沸腾使你想到了什么
你知道格拉塞吗？下面我们要说的就与格拉塞有很大的关联。
格拉塞于1926年9月21日出生在美国的俄亥俄州克利夫兰市，他一生中最重大的贡献是发明了一种可以探测微观粒子的装置——气泡室，并因此获得了1960年度的诺贝尔物理学奖。
我们都知道如果把在高山上烧开的水恒温地拿到山下，你会发现沸腾着的水不再沸腾了。这是由于高山上气压较低、水的沸点也较低的缘故。所以如果要在高山上煮米饭一定要用高压锅才行。
如果我们换用非常纯净的水来做上面的实验，就会发现，即使水温超过了水的沸点达到100℃，水还是不会沸腾。这时如果你在水中投入一粒沙子、尘埃或稍稍振荡一下容器，水就会剧烈地沸腾起来，从沙子、尘埃附近产生大量的气泡。这个现象使格拉塞想到另一个有意义的应用问题：能否根据水的沸腾条件设计一种仪器，来观察人眼无法观测到的微观粒子呢？
其实液体的沸腾，除了在一定的压力下要达到它的沸点外，还要有汽化核。有了汽化核，液体才能围绕它剧烈汽化，从而产生大量的气泡，这就是我们经常看到的沸腾现象。通常水中含有很多杂质微粒及带电颗粒，它们都可以成为汽化核，因此水在沸点下就能剧烈汽化，这就是沸腾。物理学中很多带电粒子，十分细小，无法用肉眼观测，需要用显微镜观测，而且大多以很高的速度运动。如果让这种粒子穿过上述超过沸点而又没有沸腾的液体（这种液体称为过热液体，因为温度超过了沸点而又没有汽化）时，就会在粒子运行的轨迹上产生大量气泡，这样你通过观测这些气泡就可以“看到”粒子飞行了。
格拉塞发明的气泡室除能显示粒子轨迹外，还能根据轨迹的大小、浓淡等数据分辨粒子的种类与性质。
科学家运用气泡室，已发现了好几种基本粒子。
13.樟脑丸不见了的秘密
在我们生活中会遇见很多的怪现象。
比如说家里面的衣柜为了防止衣服被虫蛀，经常会放上一两粒樟脑丸。但是我们可以发现这些樟脑丸在经过几个月后，就不见了，那么你知道这些樟脑丸到哪里去了吗？
其实樟脑并没有消失，当你打开衣柜的时候，会散发出樟脑的气味。问题就在这里，原来是樟脑变成了气体钻进衣服里面了。
我们不禁纳闷，液体通过蒸汽才可以变成气体。樟脑是固体，怎么能直接变成气体呢？我们知道，固体的分子排列是十分紧密的，绝大多数的分子只能在原来的位置附近作无规则的振动。但是在固体的表面总是存在一些运动速度大的分子，能够挣脱邻近其他分子的吸引，跑到固体外面去，这些称为气体分子。大部分的固体物质，只有极少部分变成气体跑掉，而樟脑则有些不同，它可以全部变成气体。樟脑的分子不断跑到空气中，并充斥在衣柜的各个角落，起到预防蛀虫的作用。
简单来说，樟脑变成气体是一种升华的现象。就是组成固体的分子，直接挣脱周围分子的引力，从物质表面飞出。没有经历液态的过程，物质就直接从固态变成气态，这种过程就是升华的过程。
其实升华的现象在我们生活中还有不少呢，比如冬天我们洗完的衣服挂在外面会结冰，但经过一段时间之后你会发现结冰的衣服也慢慢干了，这就是因为衣服上的冰直接升华成气体跑掉了。
14.雾凇美景的奥秘
上面我们说过了升华的现象，现在我们来介绍一下凝华的现象。凝华就是气体遇冷没有变成液体而直接变成固体的一种现象。我们在冬天经常看到的雾凇景观就是凝华的现象。
每年的冬天，尤其在美丽的松花江到吉林市长达十几千米的江面上，在零下20℃到零下30℃的气温下，我们就会看到壮观的雾凇景观。
雾凇通常叫做树挂，也有叫雪柳和银枝的。它具有明显的日夜变化，一般从傍晚开始，随着入夜气温的逐渐下降，而不断加重，到第二天的午后会随着气温的逐渐升高而减弱以至脱落，一般这种现象可以持续20个小时左右。
虽然说雾凇是凝华的典型例子，但是雾凇的形成也是有一些重要的条件的：气温要低于零下20℃；江面上要有足够的水汽弥漫；有一定的低气压；风不能太大、也不能没有风，而且风的方向也必须合适。只有在这四个条件都基本具备的情况下我们才可以看到雾凇。
15.抵御寒冷——爱斯基摩人的冰屋子
在冬天，冰是冷的代名词，一提到它，人们就会不寒而栗。但是，生活在北极圈里的爱斯基摩人，他们住的房屋竟然是用冰制造成的，而且他们住在自己建造的冰屋子里面可以熬过严寒的冬天。
北极的冬天并不像我们居住环境下的冬季，在北极圈内，冬天的天气非常奇怪。冬天持续时间特别长，大概有半年以上；北极圈的黑夜也特别长。在爱斯基摩人生活的地方，冬天的太阳，不是早晨从东方出来，傍晚到西边落下，而是每天仅在正南方显露一下。所以人们有种分不清早晨还是傍晚的感觉。在北极圈内，冬天的日照时间非常短，那里冬天的气温往往低到零下50℃。再加上寒风不断地袭击，爱斯基摩人要想在野外度过冬天，是绝对不可能的事。他们必须想方设法建房保温，防寒过冬。
但是在北极圈里，他们最为常见的就是冰和水了。于是他们就用冰来建造冰屋。他们先把冰加工成一块块规则的长方体，这就是“砖”；用水作为“泥”。材料准备好以后，他们在选择好的地方，泼上一些水，垒上一些冰块；再泼一些水，再垒一些冰块。前边不断地垒着，后边不断地冻结着，垒完的房屋就成为一个冻结成整体的冰屋。这种房屋在北极圈里面非常结实，真可以称作是爱斯基摩人的杰作。
虽然他们建造的房屋令我们称赞，但是你知道他们的冰屋是怎样起到保暖防寒作用的吗？
由于建好的冰屋非常结实而且不透风，这样寒风就吹不到屋子里，所以住在冰屋里的人，不会受到刺骨寒风的袭击。冰素来就是热的不良导体，隔热性能很好，所以屋子里的热量几乎无法通过冰墙传到外面去，这样就保存了很大的一部分热量在屋子里。此外爱斯基摩人建好的冻结成一体的冰屋，都是没有窗子的，他们在门口会挂上厚厚的兽皮门帘，这样可以大大减少屋内外空气之间的对流。
正因如此，冰屋里的温度，可以保持在零下几度到零下十几度，这样相对于零下50℃的野外，算是暖和很多了。爱斯基摩人穿上暖和的皮衣，住在这样的冰屋里，实在是没有一点可担心的了。另外由于爱斯基摩人住的是冰屋，所以他们不会在屋子里生火，因为冰在0℃以上就会融化成水。
时间一点点的过去，住了半年多冰屋子的爱斯基摩人在夏季到来时，由于天气气温会上升到0℃以上，所以他们的冰屋子就会慢慢地融化。等到下一个冬天到来之前，爱斯基摩人又要再造新的冰屋。
不过随着现代科学技术的进步和交通运输的发展，现代的爱斯基摩人已经有了用钢筋、水泥建造的永久性住宅。但是，回顾历史，冰屋在爱斯基摩人的生存和发展中起了重要的作用。
16.纸做的锅也能烧水
我们都知道，把纸送到火里，顷刻之间就变成了灰烬。那么我们用纸来做一个锅，用它来烧水呢，也许你觉得不可思议。但是如果你知道了一个道理，你也就不会这么认为了。
首先的问题就是你知道纸是怎么烧起来的吗？纸是可以燃烧的东西，当它加热到可以燃烧的温度，就会燃烧起来。那么我们有没有办法让热在纸上散掉，不让它达到燃烧的温度呢？我们可以用别的物体来帮助纸散热，比如水、金属。
现在我们来做这样一个实验：找一块比较厚的纸做成一个不漏水的盒子，在盒子里面盛满水，然后放在火炉的铁板上。注意观察，你会发现当盒子里面的水沸腾了，纸盒还是没有烧起来。这是什么原因呢？原因就是纸盒随时把接收到的热传给水，所以水到了沸点，就开了，而纸盒却不会燃烧起来。
同理，你用毛衣针穿过一只装满水的纸杯，搭在两只酒瓶中间，在纸杯下点燃一支蜡烛。过一会儿，纸杯中的水就烧开了——而纸杯却安然无恙，连一点儿烤痕都没有。
这其中的原因就是水吸收了纸杯上的热量，在100℃时沸腾。
水的温度不会再升高，所以也达不到纸杯燃烧所需要的温度。
17.神刀断案
相传很久以前，有一个部落，丢了一件非常珍贵的东西。大家都不知道谁是那个真正的贼，于是有人向首领建议：“既然不知道谁是真正的贼，不妨把祖先留下来的神刀拿出来，我们可以就此事让神刀判别一下谁是贼。”首领觉得有道理，就大声说：“神刀知道谁是罪犯。来人呀！把神刀拿来，请神刀破案。”
只见一个大汉答应了一声，便从火炉中夹出一把烧得通红的大刀，把它架在人们面前。
