书城科普读物运用物理学原理解读生活现象
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第21章 光在生活中的作用(2)(2)

二十二、透过窗帷看灯光

透过窗帷来观察汽车前灯所发出的光,与不用窗帷时观察到的情况是大不相同的。产生亮带和暗带这是窗帷对光衍射的结果。当你透过伞形织物观察灯光时,也能看到类似的但更富有色彩的衍射花样。

二十三、光有漂白作用

一件色彩鲜艳的衣服穿着久了会褪色,这是人所共知的事实。同样,大型古代建筑上的彩釉和门窗上的油漆经过若干年月也变得黯然无光。这些都是受阳光中紫外线的破坏而产生的恶果。紫外线被颜料中的有机分子吸收以后,就改变了它们的分子结合,最终消除了颜料的大部分色彩性质。在当代的博物馆中,为了均匀照明而安装了许多普通的荧光灯。现已发现,这些灯光发出的紫外线的褪色作用对挂着的画是最严重的威胁之一。由于这些荧光灯能发出相当数量的紫外线,现在为保护珍贵名画,一是需要滤去灯光中的紫外线,或者是在博物馆中再恢复用白炽灯来照明。

二十四、人们为什么会有视觉上的错误?

假如把刚才讲过的视觉,应用到一些一眼不能立刻看完的大图案上,会得到一些新的意念,比如,矮胖的人如果穿一身有横条纹的衣服,看上去他不但不会变瘦,反而会更胖些。相反地,他如果穿一身有直条且带褶皱的服装,就会显得修长一些了。

这种错觉可以这样来解释:当我们看这样的服装的时候,我们是不能一眼把它看完的,我们的眼睛必然会不由自主地跟着条纹走。眼睛里的肌肉一用力,就迫使我们在不知不觉中把物体在条纹方向上看得过大。我们已经习惯于把视野里容纳不下的大物体的概念同眼睛肌肉的用力联系在一起。但是,当我们看小的条纹图案的时候,我们眼睛可以留在原处不动,眼睛的肌肉因而也不会感到疲劳。

二十五、紫外线对人体的危害

长期暴露在阳光下的皮肤,不但能晒黑,甚至有晒伤的可能,这是阳光中紫外线的作用所致。较短时间暴露于紫外光中使浅色皮肤晒黑,这是由于先氧化正常的无色的色素,然后激活(也许间接地使抑制剂激活)酪氨酸酶的缘故。这种激活作用使黑色素(即综合或黑色的色素)的数量增加。黑色素保护皮肤的细胞核是由于在细胞上形成一层可滤除紫外光的黑色素层。如果你受到的紫外光的剂量大,时间又长,暴露的皮肤的真皮和表皮都可以受到损害。结果,毛细管扩张并把较多的血带到皮肤的表面上,因此使皮肤既红又热,进而出现烫伤的迹象。

晒黑和抗晒剂主要有3种类型。一种类型(含有氧化锌或氧化钛)是屏蔽所有的紫外光和可见光的,因此可免除晒黑而保护敏感的皮肤。另一种类型(例如二苯甲酮)是吸收所有紫外光的,因此也可保护皮肤不晒黑。第三种类型(包含一些物质如氨基苯酸类)靠选择吸收作用使皮肤既能晒黑又免于晒伤。紫外光的波长范围约为0.28~0.40微米。比这个范围短的波长通不过大气,比其长的波长在可见光范围内。0.29~0.32微米之间的波长范围最易引起晒黑。第三类防晒剂主要是滤掉低于0.31微米波长的光。

在早晨和傍晚,晒黑和晒伤的可能性较小,这是因为阳光必须在大气中通过较长的路程,因此紫外光被吸收得较多。玻璃也吸收紫外光,高山上晒伤的可能性较大,因为太阳光通过大气的路程较短。海岸边晒伤的可能性较大是因为从沙滩上反射的紫外线造成的。

二十六、萤火虫发光的原理

每当夏秋时节,在树丛和草地上都飞舞着许多萤火虫,它们如同小灯笼似的在空中闪烁着。据报道,亚洲的萤火虫有同步闪光一说。试想象在一株株参天大树上,每一片叶子上都有一只发光的萤火虫,所有的萤火虫都以在两秒钟内约3次的速率完全同步地发出闪光,而在闪光的间歇时刻,树木完全处于黑暗之中……如果在一条幽静的山谷中的树林里,每一片树叶上的萤火虫都在同步地闪光,你站在远方的一个山头上注意观察,那该是一幅多么令人惊奇的壮观的景象啊!

萤火虫所发出的光,通常被称做冷光(意思是说没有能量损失在热现象上,相比而言白炽灯发出的就是一种“热光”了)。

还有很多其他的有机体本身也能发光,例如巴西的铁路蠕虫头上发红光而身体下侧发绿光。而双鞭甲藻,白天被扰动时(比如被船扰动时)会产生一片红光,出现宛如“海洋着火”般的现象。但在晚上被扰动时,它们则发出蓝色的辉光。另外有一种甲壳动物,把其干燥的甲壳弄潮湿以后就能发出辉光。这里曾有一段故事,那还是第二次世界大战中,日本兵感到较强的灯光危险性太大,因此便想法改变照明光源,他们在干燥的甲壳动物上吐一点儿唾沫,就可以发出足够亮的光来观看一张地图。

据报道,还有不太常见的自然发光的例子。比如在暗室里切土豆发出的辉光足以供一个人阅读之用。有时尿会在黑暗中发出辉光,尤其是当一个人相信黑暗能帮他隐蔽的时候,反而却最容易暴露自己。甚至有过死尸在黑暗中发出辉光的例子。

在上述发光现象中的每一种,光都是由两种物质产生的。这些物质的一般名称是虫荧光素和虫荧光素酶,它们的结构是不相同的。虫荧光素酶是一种酶,是产生光反应的一种生物催化剂。海洋生物可以用3种方式发光,它们可能具有专门发光功能的细胞,甚至这类细胞也许能有像灯泡那样的发光功能。

双鞭甲藻在白天靠它们的自然色使海洋变成红色、黄色或棕色。而在晚上,当它们被扰动时能发出蓝色的辉光。是由于它们体内的某些生物钟调整着这些光的发生的结果。例如,双鞭甲藻在受扰动后安静地放在弱光下,可以有一个上午的最大光输出,在弱光条件下,这种律动可以持续几个星期。

萤火虫开动一连串的化学反应来产生光,它们的能量转换为光能的效率是100%,即在化学反应中每氧化一个虫荧光素分子就发射出一个光分子。这和白炽灯、烛光、红热的火钳等等有所不同,萤火虫的光不为温度和快速的分子热骚动所影响,因此被称为“冷光”。已报道过的食物发光多半是由于细菌发光所引起的,细菌发光是细菌从营养物中获得的能量中转换成的。

二十七、变色镜的奥妙在哪儿?

变色眼镜能根据阳光的明暗程度而自动地改变颜色的深浅度。即在室内的颜色浅,然而当曝露在日光中时就立刻变深了,一旦遮掉阳光后就立刻发生逆变化。这类玻璃对光的透射能力有可逆性,是由于它们含有能对光起反应的小晶体的缘故。当这些晶体是溴化银时,那么光使银离子转换成银原子,因而使玻璃的颜色变深。但是,在光一旦变弱的时候,银原子又在溴化物附近被捕获,两者又结合成溴化银,故变深过程就发生逆转。

二十八、夕阳为什么会出现扇形霞光?

偶尔,你会看到一种日落现象,此时从正在下落的太阳放射出万道霞光,这些射线在西部的天空展开呈扇形。但是,这并不说明是由于山或云遮住了一部分阳光而产生的。在极个别的情况下,你还可以看到这些射线从西方的太阳上发射出来,呈弧形穿过苍穹而又会聚到东方的对日点上。然而,从远离我们的太阳发出的光线实际上是平行的,它们看上去好像在远方的某一点相遇的现象只是一种幻觉而已。这种幻觉在日常生活中也比比皆是。比如,当你站在一条很长且很直的铁轨中间,假若你不知道远方铁轨的实际情况,似乎铁轨是会聚于地平线上某一点的。