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参与翻译: 我之舞 (7)

简介

经历过严冬之后走进温暖的房间,换上你毛茸茸的拖鞋,端着一杯热咖啡在暖炉旁坐下,这听起来是不是棒极了?但是一些动物们,比如北极熊,北极狼还有南企鹅就没有那么幸运能有这样一个地方可以取暖。那么它们是如何应对极端寒冷的冬天的呢?大多数的动物在秋天的时候就会长出“过冬的皮毛”。你是否想过这些长什么样?又是如何让动物们保持温暖的?来参加我们的这次活动吧,这将是你的首次体验!

背景

恒温动物——包括人类——从食物中获取一部分能量来保持体温的稳定。你需要大量的能量来调节你的体温,特别是当外界环境比你的体温要低很多的时候。

第 1 段(可获 1.78 积分)

人类用衣服来保暖——天气越冷,所需要的衣服的就越多。衣服在我们温暖的身体和寒冷的天气之间形成了隔热屏障以防止热量散出。其他哺乳动物为保持身体热量而衍生出一些天然屏障,使他们可以在寒冷的天气中生存。这看起来就像是他们穿了好几层“冬天的衣服”,每一层都起着很重要的作用。

第一层衣服藏在脂肪的下面被称作“鲸脂”。除了是一个很好的热绝缘体之外,它还不允许热量轻易的传输——脂肪的好处之一是不错的食物储备。第二件衣服,不同的动物有所不同,通常是一层致密的绒毛或者羽毛,就像是一层温暖的背心一样。这件舒适柔软的外套充满了装有空气的袋子,固定层的空气是另一个良好的绝缘体。最后,为了防止水汽,往往还有一层油脂,防水护毛发和羽毛。有时这些毛发看起来是白色的,但是有时也是透明的空洞的,这有一个很大的好处就是可以提供额外的绝缘体。

第 2 段(可获 2.53 积分)

一些北极动物,如北极熊,与外界绝缘的很好,甚至用夜视镜都不能发现它们,这是因为他们吸收了辐射热。这意味着它们外层的皮毛与周围的环境温度相同。换句话说,这些动物可以把它们的热量保持在身体内部,没有任何损失在外界环境里。多么神奇啊!

你准备好感受这些材料的绝缘能力了吗?收集一些物品并尝试一下吧!

准备材料

顶部带拉链的三明治袋(4个)

小板(4个)

冰块

羽毛(一些羽毛的工艺品也可以)

黄油

尺子

 

第 3 段(可获 1.25 积分)

准备工作

在一个三明治袋子里放上一封约两厘米厚的羽毛,然后把袋子封上,再把两厘米厚的黄油包在另一个袋子里,然后把袋子封上。如果黄油不是在室温条件下储藏的,在开始试验之前把袋子和黄油放在外面一段时间后再开始。

在第三个袋子里装一些空气。让这个袋子与其他两个袋子一样厚。(将袋子封住一半,然后向里面吹气,将剩余的空气密封好,因为这时候袋子里的空气要比室温稍微高一些,最好将袋子放在外面来进行调整)

第四个袋子什么都不放

将一层冰块平铺在四个木板上

每块木板的冰块上放一个袋子

第 4 段(可获 1.75 积分)

流程

  • 把手放在空袋子上,另外一只手放在充满羽毛的袋子上。不要向下挤压袋子。哪一个袋子感觉更冷一些?
  • 将手拿开,等一会直到两只手再次暖和起来。现在,将一只手放在空的袋子上,另一只手放在充满黄油的袋子上。哪一只手感觉更冷?是空袋子还是装有黄油的袋子?
  • 在你继续试验之前,你觉得哪一个袋子会感觉更冷?是空袋子还是装有空气的袋子?还是两个袋子都感觉冷?
  • 感受下哪个袋子更冷,你的预测准确吗?
  • 一会你就比较羽毛,油脂和空气袋子。哪一个你觉得最温暖?哪一个最冷?感觉最温暖的那个袋子有最好的隔热屏障,因此是最好的隔热层。科学家将这种可以阻止热量传输的物质为“热绝缘体”。
  • 为了做更详细的测试,将袋子放在冰块上15分钟,然后再用手感觉一下。你现在是否能感受到差异了?
  • 你的预测和测试结果一样吗?
  • 额外的问题:你认为增加几层会产生更大的热屏障吗?为了测试这一点,首先要让你的袋子再次升温。把袋子从冰上拿走,在室温下放一段时间,然后在冰块上放两个袋子,测试一下如果袋子变凉需要多长时间。是不是比只有一层的袋子所用的时间要久一些?
  • 额外的问题:尝试一下别的材料,例如羊毛,棉花,皮革,羊毛,纸或者铝箔纸。哪一个是最好的绝缘体?你的测试结果和你的预测一样吗?
  • 额外的问题:既然你已经了解了一些好的绝缘体,你能否为生活在北极的科学家或者探索珠穆朗玛峰的登山者们设计一个救生衣?一旦你完成了设计,查一下在极端天气下生活和工作的人是怎么穿衣的?你的设计一样吗?你觉得他们为什么会选择这样的衣服?

 

第 5 段(可获 4.86 积分)

观察结果

空袋子要比装有填充物的袋子要冰很多。袋子里面的材料是很好的热绝缘体——他们不会使热量很轻易的流失。将两个袋子摞在一起隔热效果更好,上面的袋子变冷所需要的时间也更长。

装有黄油的袋子比装有空气和羽毛的袋子感觉起来更冷,得到的结论是热传导的速度在脂肪中比在同等厚度的空气中的速度更快。羽毛可以绝缘这是因为它们可以隔绝空气,因此装有空气的袋子与装有羽毛的袋子感觉没有太大的差异。

第 6 段(可获 1.45 积分)

北极地区的人用动物的皮毛以及合成的衣服来保护自己不受严寒的侵害。抵御极端天气的合成衣服所利用的原理与在动物身上发现的隔热技术原理是一样的。例如,动物们可以利用羽绒来装住空气或者使用防水衣服来保持干燥。

清理工作

你已经用了一个干净的袋子了,你可以用剩下的黄油来做饭。也可以利用羽毛和剩下的袋子。

第 7 段(可获 1.04 积分)

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