热水瓶塞为什么住住不易拔开
水烧开了，灌入保温瓶（俗称热水瓶）中，需要热水时，把水倒出后，再把瓶塞塞紧，经过一段时间，尤其是在冬天，常会发生瓶塞拔不出来的现象。这是什么原因呢？这种日常生活现象涉及到热学与力学的综合问题，下面我们应用中学物理知识试分析之。
设外界大气压强P0=76cmHg，把热水倒出后，随即把瓶塞塞上。若这时热水瓶内温度为90℃，由于散热，过了一段时间，设瓶内温度降为室温20℃或更低。若瓶塞是不漏气的（若漏气则不会发生上述情况），瓶的容积不变，由查理定律有P0/T0=P,/T,，此处P0=76cmHg，T0={273+90}K=363K, T, ={273+20}K=293K,代人数据计算得P, =61.3cmHg，内外压强差△P0=76cmHg －61.3cmHg =14．7cmHg=0．20 ×105Pa。一般 5磅的（最常用的）热水瓶口直径约3．6cm，那么面积为S=πd2/4= 10．2cm2=10．2×10-4 m2，两边的压力差△F＝△PS=0.20×105×10.2×10-4=20.4≈20N。
再来看拔取瓶塞时，手作用瓶塞两边，把手作用处瓶塞两边近似看作斜面，瓶塞的受力如图 1所示（图1、图2略），其中 F是垂直于塞面的作用力，f是手指与塞面间的最大静摩擦力（因要求用最小的力F拉出，此时f一定是最大静摩擦力）．一般瓶塞的尺寸如图2所示，据力学知识，用最小的力F拔出瓶塞时，有下式
△F =2（Fsinα＋fosα）。 ①
据图2所示尺寸可算出α=5．2°，f应等于μF，其中μ是手指与软木间的静摩擦因数，由于软木有新旧之分，软木中含水分有多有少，所以差别较大，一般在0．1～0．2之间，现取0．15，那么将f=μF代人①式得
F=△F/2（sinα＋μcosα） ②
将相关数据代人②式得
F=20.4/[2（Fsin5．2°＋0．15os5．2°）] ≈42N。
在手指上使出这样大小的力，一般不易达到，所以有时瓶塞往往拔不开。当然，如果瓶中的水温并未降到室温那么低，瓶塞与瓶口吻合得并不是十分密封，那么瓶塞内外的压力差就没有上述数据大，这时拔瓶塞就不是件困难的事了。
本文发表于《物理教学探讨》2001年第9期P24
