书城童书中华少儿科普知识读本:数理化
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第11章 踏遍物理世界(5)

活性水对生物具有奇异的功能,可以促进植物的呼吸和光合作用。用活性水浸泡 过的小麦、甜菜种子,可以增产20%-30%;用活性水浇灌蔬菜、庄稼、果树,都能获得 大幅度增产。用活性水喂养家禽、家畜,增重快,饮料利用率高。现在在农牧业中, 活性水的应用越来越广泛。

活性水除了用加热法制得外,也可借助超声波脱气制得;还可采用离心去气法, 即利用离心力的作用将气体从水中除去获取。

52.电子眼再现一片光明

世界卫生组织的统计数字告诉我们,世界上约有4000万盲人。因此,科学家们一 直在探讨使他们重见光明的方法。随着科学的发展,科学家为盲人制造了人工眼--电 子眼。

下面我们就来看看医生是如何给盲人安上电子眼的。

医生在盲人的头后部切开一个口,在露出来的大脑皮质处安装了38个微小的电极 ,每个电极只有头发丝的三分之一那么粗,而所有的芯片都是由极细的金属丝连接的 .

当医生给这些电极输入微小的电流时,盲人说他”看见“了不同的色彩。这表明 医生已经找到了盲人大脑中的视觉位置。

原来,电子眼的原理就是采用微电极刺激盲人大脑皮层的视觉中枢,来使盲人产 生”视觉“的。

接着,医生又给盲人安装了一台微型摄像机。摄像机将摄到的图像转变成大小变 化的电脉冲,电脉冲被输送到盲人大脑皮层中的电极,电极又刺激盲人的视觉神经, 于是图像就在盲人的大脑出现了,盲人也就”看见“事物了。

53.坚固的空气”墙壁“

在一定条件下,空气能够形成坚固的”墙壁“.据航空史记载,空气墙壁曾经把 坚硬的飞机撞得粉碎。

一切物体,包括飞机在内,在空气中运动时都会给前面的空气以一定的压力,结 果使那部分空气压缩,形成一个密度很大的压缩空气层,好像一座空气墙壁。物体运 动的速度越大,空气墙的硬度就越大。空气墙总是以声速向前运动着,只要物体运动 速度小于声速,就不能碰上它。如果物体以超声速飞行,就要碰上空气墙了。

自从莱特兄弟发明飞机以后,人们为提高飞机的飞行速度不断努力。但是当飞行 速度接近声速时,爆炸事故不断发生,原因就是由于碰到了空气墙壁。这类事故总是 发生在飞机速度接近声速时,人们又把空气墙形成的飞行障碍叫做声障。

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为了提高飞机的速度,必须冲破空气墙设置的障碍。为此,科学家改进飞机的外 形,将机翼做成薄的菱形或三角形,同时将机身和机翼前缘做成尖形,并使机翼后掠 ,整个飞机变成箭头形。通过一系列改进,飞机终于顺利地穿过空气墙。1947年人类 首次实现超声速飞行。现在已有超音速飞机、超音速汽车。一些先进的喷气式飞机, 速度已经是音速的两倍甚至三倍。

②物理(补少儿科技)

54.在烈火中永生

蹈火舞盛行于古代波斯,后来流行于巴尔干半岛的保加利亚等地。今天,太平洋 斐济群岛、南美洲的苏里南及印度和非洲的一些部落,在月夜还举行这种特殊的舞会 .

夜幕降临时,村旁的篝火成为一堆赤色的炭火,吐露着最后一点余焰。这时,人 们把炭火向四周耙开,珍珠般的炭粒平整而厚实地铺在地面上。当火焰”地毯“上零 星的火舌完全消失,只有炭粒在黑暗中闪烁赤色光芒时,乐队奏起悦耳的音乐。火焰 地毯周围的人们跟着乐曲的节拍鼓掌,一群男女舞蹈者赤着脚奔向火焰地毯,在炭火 上手舞足蹈,嘴里还愉快地吆喝着。

蹈火舞者赤脚踏在炭火上,脚掌的皮肤为什么不会被灼伤呢?我们之所以会有这 样的疑问,是由于一个不正确的概念在作怪:人体一接触赤热的物体,皮肤的温度马 上会升高到和所接触的物体一样高。事实并非如此,有人利用热传导公式计算,并假 定炭烧到600℃,炭的热活动量是100个单位,皮肤的热活动量是1500个单位,人的体 温为37℃,计算出脚掌皮肤的温度仅升高了35℃,也就是说,脚掌皮肤的温度总共为 37℃+35℃=72℃。这个温度与赤热炭火的温度(600℃)相比显然是微不足道的。

55.隔墙有耳

水波在传播过程中遇到桥的障碍,能够穿过桥洞向桥的另一侧传播。这种现象叫 波的衍射,又叫波的绕射。衍射是所有波的共同特性。站在高墙两侧的人,能听见对 方说话的声音,这是因为声音虽不能穿过厚厚的墙壁,却能绕过墙壁传播的缘故。

如果用物体挡住灯光,墙壁上就会出现一个和物体形状一样的暗影,这似乎表明 光不会像声音一样有衍射本领,其实不然。波的衍射与波长有关,波长越长衍射越显 著。声波的波长约为10厘米到1米多,它的衍射很容易被人们感觉到;光波的波长约 为0.00005厘米,衍射现象不明显,人不易觉察。

波的衍射用途很广。无线电广播使用波长几百到几千米的波,它能绕过高大建筑 物、高山传到任何角落,所以一般收音机不用室外天线也能收到遥远地方传来的广播 .电视台使用的无线电波的波长只有1米左右,绕过障碍物的本领小,所以收看电视 节目必须有灵敏的天线,乃至高大的室外天线。

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当你在幽静的山谷中呼喊时,会听到清晰的回声,就像有人在对面呼喊一样。深 夜,当你踏着水泥或石子路独自穿过小巷时,除了自己的脚步声外,还夹着”咚咚“ 的声音。

这是一种声音反射现象。声音在传播过程中遇到障碍物时,会改变传播方向,物 理学叫做声音的反射,反射回来的声音叫做回声。我国著名四大回音建筑是北京天坛 公园的回音壁、河南的蛤蟆塔、四川的石琴和山西的莺莺塔,都独具匠心地利用了声 反射原理,达到了奇妙的回声效果。

56.窥视你内脏的奥秘

B超是B型超声波检查的简称,也是医院用来检查疾病的一种常用方法。

要想弄懂B超,就要先弄懂超声波;要弄懂超声波,还要先弄懂声波。像讲故事 一样,我们还是从头谈起吧。

物体是靠振动空气发出声音的,振动的空气像水面的波纹一样向四处传播,这就 是声波。声波碰到坚硬的物体就会改变方向,产生折射或反射。我们在宽敞的大厅或 山谷里喊叫,就会有响亮的回声,这就是声波的反射。

超声波也是一种声音,但它的声波频率超过2万赫兹,我们的耳朵就听不见了。 由于超声波也是声音,所以它也能反射产生回声。科学家就是利用超声波的这一特性 来检查疾病的。

检查时,病人躺在检查台上,医生用超声波探头在要检查的部位上来回移动;探 头发出超声波,当病人某个器官组织发生病变时,对超声波的阻力就与正常的组织不 同了,从而产生不同的反射,屏幕上就会显示出不同的波形和图像;医生根据经验, 就会判断出人体什么地方有病了。

由于B超有各种各样的探头,它几乎可以检查全身的一切脏器。

57.牛马惊慌,鸡犬不宁

地震爆发前,许多动物往往有异常反应,如老鼠逃出洞,牛马不入圈,鸡犬不宁 等等。这主要是地震爆发前潜伏在我们身边的强烈的次声波引起的。

一秒钟内物体振动的次数称为频率。它的单位是赫兹。人的耳朵可感觉的声波的 频率不能低于20赫兹。物理上把频率低于20赫兹的声波称为次声波,简称次声,这是 人耳听不到的声波,但却时时刻刻潜伏在我们身边。飞机的飞行,火车、汽车等车辆 的奔驰,鼓风机、打夯机、发电机等机器的运转,以及自然界中的火山爆发、地震、 台风、雷电等等,都在发出可听见声波的同时,不断地发出次声波。

次声的重要特性是传播过程中衰减很小,不容易被水或空气吸收。次声波的波长 达几百米甚至几万米,如频率为0.2赫兹的次声波,在空气中的波长通常为1700米。 根据波的衍射原理,这种次声波很容易绕过障碍物向前传播,能传播得很远,而且无 孔不入,建筑物、装甲车、飞机、潜艇都不能挡住次声波。

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台风、地震、核爆炸或宇宙飞船发射所产生的次声波能绕地球两三周。1961年智 利大地震时,科学家就接收到每小时振动一次的次声。

58.音乐治病益处多

人们在紧张的工作之后,聆听轻音乐,能够消除紧张和疲劳。然而音乐的功劳远 不止于此。

现在,以音乐治疗疾病的”音乐疗法“在国内外日渐盛行。像剑桥大学口腔科医 生,用音乐代替麻醉剂,成功地为200多例病人做了拔牙手术;英国妇产科产房播放 音乐后,难产妇女明显减少……在我国,一些优秀的歌曲也成为”歌药“,成为医院 的一种辅助治疗方法。如《二泉映月》、《平湖秋月》、《独影摇红》、《银河会》 、《春思》等用于催眠;《春江花月夜》、《仙女牧羊》、《平沙落雁》、《塞上曲 》等用于镇静;《春天来了》、《没有忧没有愁》、《啊,莫愁,莫愁》、《喜洋洋 》、《合家欢》等用于解忧;《祝你生日快乐》、《春风得意》、《彩云追月》、《 小镇风情》、《江南好》等用于舒心;《祝酒歌》、《欢乐舞曲》、《花好月圆》等 用于增进食欲……

优美动听的乐曲,舒展流畅的旋律,能使人摆脱烦恼、开阔心胸、消除疲劳、促 进各器官的生理运动更加协调一致,增强新陈代谢,延缓衰老。

59.海滨气候更宜人

海滨气候宜人,冬天不冷,夏天不热,白天和晚上的温度变化也不大。这是什么 缘故呢?

为了比较不同物质的吸热能力,物理学采用一个叫”比热“的物理量。质量相同 的不同物质升高相同温度时,吸收热量多的比热大,吸收热量少的比热小。显然,水 比煤油的比热大。

自然界每种物质都有自己的比热,水的比热比较大。由于水的这种特性,使海滨 气温的变化不像内陆气温的变化那样显著。夏天,强烈的阳光照在浩瀚的海面上,由 于海水比热较大,把大量的热吸收了,但是水的温度变化却并不大,所以在海滨的人 不会感到特别热。冬天,海水温度降低,要放出大量的热量,人们又不感觉特别冷。 就是在一个昼夜里也是这样:白天海水吸热时温度升高缓慢,夜晚放热时温度降低也 不快,这就使一昼夜的气温变化较小。正是由于海水的这种调节作用,使海滨的气候 温暖宜人。

第60.云雾产生诺贝尔奖

1894年秋天,英国物理学家威尔逊在苏格兰一个山上度假。山顶上经常云雾缠绕 、变幻万千,游客们都被这迷人的景色所陶醉,威尔逊却突发奇想,要在实验室里制 造云雾。

回到实验室,威尔逊研究归纳了产生云雾的条件:一个条件是空气中的水蒸气必 须处于过饱和状态,否则水蒸气不会凝结成小水珠;另一个条件是空气中要有一些” 凝结核心“,通常,空气中的尘埃起凝结核心的作用,这些微小颗粒上面经常聚集了 一些电荷,这些电荷会将过饱和水蒸气凝结成小水珠,无数直径很小的小水珠悬浮在 空气中,构成了云雾的雾滴。

作为物理学家的威尔逊,除了弄清楚云雾的生成条件外,还在想能否利用这个发 现来研究物理现象呢?威尔逊在一只干净的瓶子里(即里面没有任何凝结核心)形成 过饱和蒸气,这时如果有一个带电的微观粒子闯了进去,那么在其周围会凝结成一个 雾滴,随着粒子的运动,在其运动轨迹上,就有一连串雾滴组成为一条径迹,这样, 就把人眼看不见的微观粒子的运动轨迹,变成了人眼能看见的由一连串雾滴组成的径 迹。威尔逊发明的这个装置叫”云室“,他因这项发明而荣获1927年的诺贝尔物理学 奖。

61.云雾不是水蒸气

有人说,云、雾都是蒸发到空气里的水蒸气,飘浮在高空的是云,弥漫在地面上 空的是雾。这种说法是错的。

物质从气态变成液态的过程,叫做液化。自然界中有很多由水蒸气液化成水的现 象。白天气温较高,地面上的水大量蒸发,空气中含有较多的水蒸气;夜间气温较低 ,空气中的水蒸气就在地面上的草木、石块上凝成小水珠,这就是露。如果空气中有 较多的浮尘,水蒸气凝结在这些浮尘上面,这就是雾。

当含有很多水蒸气的空气升入高空时,由于高空温度较低,水蒸气就附着在烟尘 上凝结成水滴。当温度降低到0℃时,水蒸气还会直接凝华成冰晶。大量的水滴和冰 晶聚集在一起,飘浮在高空中,构成我们常见的云。

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水蒸气是看不见的。冬天人呼出的”白气“,并不是水蒸气,而是呼出的水蒸气 遇冷凝结成的小水珠。烧水时壶里喷出的”白气“,也是水蒸气凝结成的小水滴。

62.给地球测”体温“

在1亿年前,地球上的温度是多少?可没有那时候的任何气象资料,何以知道地 球上的温度?但这个问题又十分重要,因为地球上的年平均温度会影响到地球上一切 生物的发展。

解决这个难题的是美国化学家比奇莱森和尤里,他们是从研究同位素着手的。我 们知道自然界的许多元素都有若干个同位素,这些同位素的化学性质一样,但是原子 量稍有差异。例如,氧气由两种同位氧16和氧18混合而成,氧16是最常见的氧,它占 了氧气成分的绝大部分,氧18很稀少。这两种同位素与其他元素发生氧化反应生成化 合物时,它们各自在化合物中的比率会随温度的变化而不同。比奇莱森和尤里深入研 究了这种现象,提出只要把生物化石中的氧16和氧18的比率测出来,就可以知道那种 生物活着的时候,地球上的温度是多少。

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用这种”体温计“对地球历史上不同发展阶段的温度进行测量,结果得到在1亿 年前地球海洋的平均温度为21℃左右;1000万年之后(距今9000万年),它缓慢下降 到16℃;再过1000万年(距今8000万年),海洋的平均温度再上升到21℃;此后,海 洋温度又逐步下降,在3000万年前约为7℃,到2000万年竟下降到6℃。地球温度的这 些变化,足以造成恐龙灭绝以及哺乳动物大量出现。

63.宇宙的温度

过去,人们一直以为宇宙空间的温度是绝对零度。这个观点在1964年遇到了挑战 .这一年,美国贝尔电话实验室的两位科学家彭齐亚斯和威尔逊,利用一架羊角形的 卫星通信天线来测量天空中各种原因造成的噪声。测量中他们发现,在天空中存在一 种消除不掉的噪声,按照通用的计算办法,这噪声的水平相当于3.5K.它是什么原因 造成的?这两位科学家无法解释。

物理学家伽莫夫于1946年提出的”宇宙大爆炸“理论。认为宇宙起始于一个原始 火球的大爆炸,大爆炸之后原始火球碎成”粉末“,后来,这些”粉末“又聚集而形 成了今天的星球和星系。还有一种遗迹:辐射。打个比喻,一个烧红了的煤球不小心 掉在地上,这煤球除了碎成大大小小的碎片和”粉末“以外,它的热辐射还会使周围 的空间热上一阵子,再渐渐冷下去。原始火球遗留下来的这种辐射同样经历了从热变 冷的过程,在这一过程中辐射的波长逐渐变长,最后变成微波辐射,而且强度也逐渐 减弱,最后只有几K的温度。由于这种辐射均匀分布在整个宇宙的空间,所以人们称 之为”宇宙背景辐射“.从此之后,人们再也不认为宇宙空间是绝对零度的”冰凉世 界“了。

64.今夜,星光闪烁