水蒸气可以凝华成雪，也可以凝华成冰。高空中的水蒸气遇到很冷很冷的空气时，就直接凝华成冰柱往下落。假如，这些小冰柱在下落过程中遇到往上升的气流把它托向高空，就会进一步凝聚成较大的冰雹再往下落。如此几次往返，冰雹越来越大，直到气流支持不住便从天上掉下来。小的像黄豆那么大，大的如拳头，最大的甚至有几公斤，这样的冰雹掉下来对人、畜和建筑物都会造成一定的危害。人是有办法制服冰雹的，一发现翻滚的冰雹之后，立刻用大炮或火箭对着云层轰击，利用爆炸时的热量使它化为小冰柱或雨滴落下，这样可以化险为夷。
水的反常膨胀
寒冷的冬季，北方的渔民们在封冻的大河冰面上，先用工具凿几个大洞，然后把网撒下去，捕捉冰层下水里的鱼。你是否想过为什么河面上的水已经结成了冰，而下面的水却不结冰呢？
这是因为一般物体都具有热胀冷缩的性质，可是水却有它的特殊性。当温度在4℃以上时，它跟一般物体一样是热胀冷缩的，但在0℃到4℃之间却是热缩冷胀。也就是说在这温度范围之内当温度升高时，它的体积反而缩小；当温度降低时它的体积却要增大。也就是说，当水温为4℃时它的体积应该是最小的。此时，无论温度是上升还是下降体积都要变大，密度都要减小。说了这些，你就不难明白温度为4℃的水密度最大，它应该在水的最低层。越往上水温越低(图17)，当河面上的水温冷却到0℃时就结成了冰，可冰下的水温反而高于0℃。
这就是为什么河面上的水结冰，下面的水却不会结冰的道理。水结成冰体积要增大11%，所以体积相同的水要比冰重。每立方分米的水重98牛顿，可每立方分米的冰只重88牛顿，所以，水结成冰不会沉到水底，仍飘浮在水面上。
水温在0℃-4℃之间温度下降，体积反而增大的现象叫做反膨胀，反膨胀给人类带来了不少的麻烦。在寒冷的冬天，人们用草绳把水管包起来就是为了防止水管里的水结冰胀裂水管。可是反膨胀也给我们带来了很大的好处。你想象一下，如果江、河、湖、海里的水一结冰就冻个透，从上到下冻得结结实实的，那水中的动物将会全部冻死，这对人类来说是多大的灾难啊！现在水面上的冰层像玻璃棚一样保护着水生动物生活在冰面下的水中。春天一到，冰雪消融，它们又可活跃在绿水碧波之中了。
声学部分
声的传播
我们都知道物体振动能产生声，那么声是怎样传播的呢？
找一个大的空瓶，配一个软木塞，塞子当中穿一个细铁丝，铁丝的另一端吊几片金属片，使它们相互碰撞时能发出响声。瓶里放点碎纸，用火柴把纸点燃，立刻把瓶塞塞紧(图18甲)。
过一会，纸片停止燃烧，说明瓶里的空气已燃尽，这时摇晃小瓶听不见金属片的碰撞声(图18乙)如果把瓶塞打开放些空气进去，再晃动小瓶又能听见金属片的撞击声了(图18丙)。
这个实验说明空气能传播声，那么别的物质能不能传播声呢？
拿两把金属匙在空中相互敲击，我们能听见声(图19)，放在水中敲击，听到的声比刚才还要响(图20)。如果把一把金属匙靠在搪瓷脸盆的边上，用另一把匙去敲击它，耳朵贴在盆边上听，听到的声既清晰又响亮。
你知道吗？人体的头骨也有很好的传声材料。不信，可以试一试。在一根细绳中间绑一把金属匙，用手抓住绳子的两头堵在耳朵眼里。请一位同学用另一把金属匙敲击绳上的金属匙，这时你会听见一种非常悦耳的轰鸣声，仿佛是钟响(图21)。
这些实验说明液体和固体都能传声。钓鱼的人要求安静，是怕人在河边的走路声、说话声会吓跑河岸边水里的鱼。潜水员在水中也能听见水里和岸上的各种各样的杂声。
不同的材料传播声的本领是不一样的。具有弹性的硬材料，如生铁、木材、土壤、骨头等传声的本领比空气要大得多。所以，印第安人早就知道把耳朵贴在地面上听远方的马蹄声和人的脚步声。你看过电影“铁道游击队”吗？游击队员们把耳朵贴在铁轨上倾听火车的车轮声比空中听得清晰多了。音乐家贝多芬耳聋以后，据说就是用一根棒来“听”钢琴弹奏的。他把棒的一端触在钢琴上，用牙齿咬住另一端，顽强地进行音乐创作。
可是软的、松散的、没有弹性的材料的传声本领是很差的，因为它们把声都吸收了。所以，为了不使声传出去，通常在门窗上挂上厚厚的布帘。房间里的地毯、沙发、被褥、衣服等对声也有吸收用。
爆竹
除夕的夜晚，当时钟刚敲完十二下，四处便响起了爆竹声，庆贺新的一年的来到(图22)。爆竹为什么会响？有人说这是爆竹肚子里火药的爆炸声。你认为他说得对吗？你回想一下，小时候玩气球的情景，当气球破裂时也会有很大的响声，可气球肚子里并没有火药呀！可见，这种说法是不对的。
那么爆竹究竟为什么会响呢？这要从它的结构讲起。爆竹的肚子里装满了火药，导火线点燃后，引燃了火药，火药急剧地迅速地燃烧起来，在燃烧的同时产生大量的二氧化碳、一氧化碳等气体，这些气体受热极其迅速地膨胀，体积可增大到原来火药体积的1000倍以上，而爆竹的肚子是纸做的，当然承受不住膨胀气体所产生的巨大压强，于是就被炸开了。气体产生急速的振动，我们就听见了巨大的响声。
那么，名叫“二踢脚”的爆竹为什么会响二下呢？要解释这个问题，还是要从“二踢脚”的结构讲起。“二踢脚”的结构是特殊的，它的肚子分上下二层，中间用粘土隔开，粘土当中穿有引火线，上下二部分都装满火药，在爆竹的底部装上一个底塞(图23)。燃放爆竹时，先点燃下部火药的引火线，引线燃烧点燃火药，火药急剧燃烧产生的气体把底塞冲开并振动，我们便听见了第一声响。冲出底塞的气体同时产生巨大的反冲作用，把爆竹推向空中。此时，隔层粘土中的引线继续燃烧，穿过粘土层点燃了爆竹上半部的火药，正如前面所介绍的，爆竹被炸开，我们就听见了它的第二声巨响。
破裂的气球为什么也会发出响声呢？看完上面的介绍，你一定也会解释了。这是因为气球破裂，破裂的气球和它里面的气体都会引起周围空气的振动，“啪”的响声就产生了。
应声阿哥是谁？
你看过电影“应声阿哥”吗？应声阿哥是谁？它就是回声。
什么是回声？声波在前进的道路上，如果碰到障碍物就会被反射回来，这就是回声。
看到这儿你一定会说，我在屋子里说话，声波被四周墙壁反射回来，可我怎么从来也没有见过回声呢？
要听见回声有个条件，那就是回声传到耳朵里一定要比原来发声的时间滞后01秒以上，才能听得见。否则，回声回来得太快，跟原来发的声汇合在一起，使人无法分辨。那么如果要满足这个条件屋子起码要多大呢？让我们来算一下：声在空气中的速度是340米/秒，01秒时间里声能传播34米。假如，在你面前有一堵墙，离你17米远。你喊一声，声传到墙上再反射回来传到你的耳朵里正好用去01秒时间，这时你就能听见回声。这就是能产生回声的障碍物离人的最短距离。
有的地方能产生多次回声，这又是怎么一回事呢？请你看着图24，我来加以说明。
人站在山坡上发出的声沿AA′、A″A和BB′、B″B″′折线从地面反射二、三次后又回到人的耳朵里，假如它们的间隔时间都相差01秒以上，人们就能听到二次回声。
世界上有一些名胜游地就是专门让游客听回声的。例如，英国的武德斯托克，回声可以清楚地重复17次。格伯士达附近迭连堡城的废墟能够得到27次回声。在米兰附近的一个城堡喊一声能产生30多次回声。顺便说一下，所发的声音越尖锐，所得的回声越清晰，最好是用拍手来引起回声。
是不是只有坚硬的障碍物才能反射响声？不，人们发现像云一类柔软的东西也能反射声，甚至于连透明的气流，当它们冷热不同或所含的水蒸气数量不同时也能够反射声。使人感觉好像是魔术师从无形的空中送回来的回声，这就是空气回声。发生空气回声不一定要多云的天气，就是在晴朗的天空里也有可能发生。
回声测海深
最早人们是用测探器来测量海洋深度的，测深器的绳子一端装上一个很重的测锤，测量时把绕在轮盘上的绳子从船上放到水中去，当测锤碰到海底时，在绳子露出水面的地方做个记号，然后再用转盘把绳子从海里提上来，这时绳长就是所测的海深。这样测量既费事又费时，测量3公里的深度要用45分钟。后来人们发明了回声测深器，利用回声来测量海洋的深度，既快又准。
人们怎么会想到利用回声来测量海深呢？这个发明是由一艘沉船而触动的。1912年一般很大的邮船叫“泰坦尼克”号，它在航行中跟冰山相撞，船体被撞了个大洞，最后沉没了，船上的乘客几乎全部遇难。为了保证航行的安全，人们想到了回声，想利用回声探测航线上有没有冰山，但没有成功。有人由此推想利用回声来测量海洋的深度，经过艰苦的探索和研究，终于发明了回声测探器。
图25是回声测深器工作示意图。在船底部的船舱里装一台声波发生器，声波穿过水层到达海底再反射回来，由灵敏的仪器接收下来，仪器上连接一个准确的计时器记下发出声波和回声反射波到达的时间。我们已经知道了声波在水里的速度，就很容易算出所测海洋的深度。这种测量方法又快又精确，误差不超过四分之一米。
回声测深器还能帮助船只在水浅的航道里大胆地顺利地航行。
沉默了一百年的发现
春天来了，大自然一片生机盎然。星星跟爸爸一起到树林里去散步，去领略大自然的美好景色。
阳光暖暖地照在树林里，春天多好啊！听着委婉动听的鸟鸣声，叮叮咚咚的泉水声，风吹树叶的沙沙声，星星高兴地说：“爸爸，你听！这些响声汇合在一起多美妙啊！比音乐还好听。”
爸爸笑着说：“星星，你知道声是怎样产生的吗？”
“知道，物体振动就产生了声。”
“那，人是怎么听到声的呢？”
“物体振动产生的声波由空气传播到人的耳朵里，震动人的耳膜，再把信息传给大脑，人就听到了声。”
“这个说法可不太全面，人只能听见声的一部分，而不是全部。”
星星急着追问：“是哪一部分？”
“人只能听见每秒钟振动次数在20-20000次范围内的声，每秒钟低于20次或高于20000次的振动而产生的声，人是听不见的。我们把振动高于每秒20000次的声波叫超声波。”
“爸爸，人既然听不见，怎么知道它存在呢？”星星产生了疑问。
“这个问题问得好。让我来告诉你人类是怎样发现超声波的。在1793年，一个很黑很黑的夜晚，意大利科学家斯伯伦察尼在他的实验室里点着一支蜡烛在做实验。屋角的架子上栖息着一只猫头鹰，猫头鹰的翅膀扑了一下把蜡烛扇灭了，实验室里顿时一片黑暗。那只猫头鹰突然惊慌起来，不停地在屋子里乱飞乱撞，碰倒了瓶子，撞翻了椅子，直到斯帕伦察尼重新点亮了蜡烛，它才平静下来。斯帕伦察尼感到很惊暗，猫头鹰不是夜间出来活动的动物吗？它怎么会害怕黑暗呢？他马上联想到其它夜间出来活动的动物会不会也害怕黑暗呢？”
“这倒很有意思，他应该找只蝙蝠来试试。”
“为什么找蝙蝠？”爸爸问道。
“我看见我们家屋檐下的蝙蝠都是晚上飞出来活动的。”
爸爸称赞道：“星星，就是要学会仔细地观察生活中的现象，做个有心人。”
“我说对了是吗？他是用蝙蝠来试的吧！”星星得意地说。
“斯帕伦察尼找来几只蝙蝠，放在四周遮得严严实实一丝光也没有的实验室里让它们飞行。
他发现蝙蝠完全可以灵活地绕开室内的一切障碍物，飞行自如。星星，你想想，这个实验说明什么？”
“这个实验告诉我们蝙蝠不是靠眼睛去感觉外面的世界从而来指挥自己飞行的。”
“为了进一步证明蝙蝠不是靠眼睛来感觉外界的，斯帕伦察尼把蝙蝠的眼睛弄瞎，失去视力的蝙蝠照旧自由地飞来飞去，一点也不受影响。可是当斯伯伦察尼用透明的头罩把蝙蝠的头部罩起来，蝙蝠就开始东倒西歪地乱撞了。斯帕伦察尼猜想蝙蝠可能是靠耳朵、鼻子或者是嘴等器官来感知周围的物体的，不然为什么把它的头部罩起来就不行了呢？
斯伯伦察尼把自己的实验结果和猜想在瑞士日内瓦自然历史协会上作了报告。这个报告引起昆虫学家朱林的注意，他也做了个实验。他用蜡堵住蝙蝠的耳朵，发现蝙蝠像喝醉了酒似的跌跌撞撞。他认为蝙蝠是用听觉器官来确定飞行航向的。他和斯帕伦察尼一起大胆地推测蝙蝠是靠耳朵来感觉外界事物，这样它才能正常地飞行，捕捉昆虫。”
星星听得入了迷，他感叹道，这真是个伟大的发现！
“可惜，他们那个时代的生物学家们并不这么认为，他们讽刺斯伯伦察尼，问他：“蝙蝠的耳朵可以看，那么它的眼睛派什么用处？难道能用眼睛去听吗？”
“他们为什么要这样对待斯帕伦察尼？”星星感到愤愤不平。
“这是出于无知、守旧和嫉妒。”
星星及不可待地追问：“后来呢？”
爸爸停顿了一会说：“这个发现沉默了一百多年，人们畏缩了，没有人敢再去接触这个问题，继续去解决疑问，寻找答案。”
到了20世纪，人们发现了听不见的次声波和超声波。直到1938年美国哈佛大学物理系的皮尔斯教授研制了一台‘声音检测器’，可以检测人听不到的超声波。他的学生格里芬想起了斯帕伦察尼和他的推测，他想用‘声音检测器’来检测一下蝙蝠，不就可以有个明确的答案了吗？但他又担心皮尔斯教授也会嘲笑他无知。
“他怎么这么胆小？他不敢去研究了吗？都已经等了一百多年了。”星星急坏了。
“他没有退缩，鼓起勇气把自己的想法告诉了皮尔斯教授，教授很支持他。他们用先进的实验手段进行研究，终于证实了蝙蝠的嘴会发出一种人耳听不见的超声波，超声波碰到外界的障碍物时反射回来，蝙蝠用灵敏的耳朵接受反射回来的声波，这样就能避开障碍，灵妙地飞行了(图26)。
“星星，你看科学要不断地向前发展也是很艰难的，有时需要几代人的努力，付出艰辛的劳动。这个原理从发现到肯定经历了一百多年，现代科学以先进的手段，无可辩驳的事实，证实了过去难以接受的现象。你听了有什么感想呢？”爸爸语重心长地问道。
“说明科学既需要富有创造性的想象，还需要有踏踏实实、实事求是的科学态度。科学更需要有坚韧不拔，锲而不舍的钻研精神，献身科学是很不容易的。”星星感慨完了又继续问道：“爸爸，还有哪些动物也能发出超声波呢？”
“还有好多呢！比如说海豚，它在海洋里游弋的速度比潜水艇还要快，它也是靠超声波来导航和捕捉小鱼的。还有蝴蝶、蝉，它们都有发射和使用超声波的本领。”
“我们人能发出超声波吗？”星星问道。
