书城科普中国人一定要知道的科学常识
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第2章 科技常识(2)

飞机的机翼很像两个巨大的风筝,上边是鼓起来的,下边是平的,当风迎着飞机吹时,机翼上面的空气流动快,压力小,会将机翼向上吸,而机翼下面的空气流动慢,压力大,会将机翼向上抬,飞机利用发动机的力量快速向前行驶,强劲的风吹到机翼上,飞机就飞起来了。

飞鸟撞下飞机

鸟儿的质量和体积虽然很小,在空中飞行的速度也不是很快,但是鸟儿把飞行的飞机撞坏。因为当鸟儿和飞行的飞机相撞时,飞机的速度很快,而鸟儿是迎着飞机飞的,相对飞机来说鸟儿的速度就是鸟儿本身的速度加上飞机的速度,这样相加,那相对飞机来说,鸟儿的速度是非常大的。科学家们计算过,一只7.2千克的鸟儿和一架时速是960千米的飞机相撞,鸟儿对飞机的撞击力,绝不亚于一颗重型炸弹对飞机的威胁,所以一只小小的鸟儿也会撞坏飞机的。

陆上行走的气垫船

气垫船也能在水面上和陆地上轻快、平稳的行驶。

根据牛顿定律,如果给物体一个推力,就能获得一个相反方向的推力。气垫船就是利用这个原理制造的。气垫船在行驶的时候,向船底喷出又急又快的气流,就会产生托起气垫船的推力,船底与河水水面之间会出现一层气流层,好像“气垫子”一般,所以称为气垫船。

气垫船在陆上行驶时,也是利用向下喷出的气流把船身悬浮起来。但是因为地面不像水面一样平坦,气垫船离地面高一点时气流很容易逸散,造成托力不足;离地面低一点的时候,很容易撞坏船底。后来人们在气垫船底围上一圈橡胶,气流被约束在橡胶圈内,然后从橡胶圈下边泄出,气垫因此增厚很多,气垫船也被抬高很多。气垫船才能真正的在陆地上行驶。

核电站

目前世界上有很多核电站,如果这些核电站爆炸,后果将不堪想象,事实上是不会有这种情况出现的。

原子弹爆炸的条件有两个,一是核燃料铀的重量超过临界值(1公斤);二是核裂变链式反应引发后不进行控制,短时间内形成大量中子,放出巨大能量。

而核电站的反应堆和原子弹是不一样的。首先,核反应堆中心活性区的反应堆里的铀的重量不会超过临界值,核裂变链反应也受到严格控制,整个核反应保持在一定的水平上进行。其次,活性区的外部包围着厚厚的石墨反射层,在它的最外面又加了水和水泥等制作的保护层,防止核泄漏。最后,在活性区的内部,燃料棒把铀分成若干小份,由慢化剂控制反应速度,冷却剂及时的把核裂变产生的热量输送出去,同时用控制棒控制核裂变链式反应速度。因此,正常运转的核电站是不会爆炸的。

水底呼吸

潜水艇可以长时间隐蔽在水下作战,难以被发现,里面的人也可以在水底自由呼吸。

潜水艇在水面航行的时候,可以从空气中获得氧气。当它下潜以后,潜水艇里的人需要的氧气就要靠潜水艇携带的供氧剂提供了。一般来说,潜水艇携带的供氧剂主要是“过氧化纳”。过氧化钠是一种淡黄色的粉末,它很容易与空气中的水蒸气和二氧化碳发生反应。当它与水反应时生成氢氧化钠和氧气,当它与二氧化碳反应时生成碳酸钠和氧气。

利用这个原理,潜艇中的人不断呼吸产生二氧化碳,二氧化碳又与过氧化钠反应生成氧气供人员呼吸,只要有足够的过氧化钠,就可以产生足量的氧气。由于过氧化钠不断地消耗潜艇中人员呼吸产生的二氧化碳,就可以保证潜艇中二氧化碳的浓度不致过高,是潜艇中的氧气满足人员的要求。

上天的气球

现在上天对与我们是一件很容易的事,飞机穿梭与城市之间,飞船翱翔于太空。而且很快就有人到太空中旅游了。但是在17世纪以前,人们只能幻想着能像孙悟空那样腾云驾雾。但是1783年,法国巴黎有人利用气球竟然上了天。

原来,他发现把铁皮扔在硫酸中会产生一种很轻的气体,把这些气体收集起来发现这种气体非常的轻。于是他就做了一种尝试,他大量制造这种气体,用它灌满整个巨大的气囊,气囊就带着他飞上了天空。

这种气体就是氢气,它是世界上最轻的气体,只有同体积空气的1/15重。如果气囊足够大的话,是很容易把人带到天空中去的。

人们也可以自己做氢气球,只要在玻璃瓶里放些稀盐酸,在放些干电池的外壳——锌,就会产生大量氢气。但是要小心,氢气遇火会燃烧爆炸,因此灌氢气时四周不得有火种。

使人发笑的气体

人们只要闻到一氧化二氮就会发笑,我们把这种气体称为笑气。

笑气在空气中很少,大约只占空气体积的二百万分之一,所以在日常生活中,我们是呼吸不到笑气的。

刚开始的时候,人们对笑气感到非常害怕,觉得它可以让人生病。直到1798年,英国化学家戴维做了一个让他一举成名的实验:一边吸入笑气,一边记录自己发生的生理变化。他发现,笑气对神经有奇异作用,吸入少量的笑气就会使人兴奋不已而大笑起来。试验中,戴维还发现笑气可以止痛。后来,经过进一步论证,得出这样的结论:吸入少量的笑气能使人进入麻醉状态。从此,笑气被用作牙科麻醉剂。

当一个笑气分子跟六个水分子结合在一起就成了含笑气的晶体,把晶体加热,笑气又会重新逸出,人们利用笑气的这种性质来制得纯净的笑气。

回声

回声是人们熟悉的自然现象。声音是以波的形势传播的,当声波在传播过程中遇到障碍物,就会被反射回来,就形成了回声。

只有障碍物离得较远,发出的声音经过较长时间回到耳畔,才容易分辨出回声和原声。障碍物离得太近,例如在高墙跟前或室内说话,声音很快反射回来,回声和原声差不多合在一起,分辨不出来,便感觉不到回声。

我国劳动人民很早就懂得运用声音的反射原理。建于明代的著名建筑北京天坛的回音壁就具有奇妙的声学现象。回音壁是一个圆形的围墙,高约6米,半径32.5米。整个围墙都很光滑,是一个很好的声音反射体。只要有人对着墙壁说话,即使声音很轻,由于声波沿着围墙内壁多次反射,站在围墙根各个位置上的人都能听得清清楚楚,就跟打电话一样。

测量金字塔的高度

金字塔是古代埃及国王的坟墓,是古埃及劳动人民智慧的结晶。金字塔建成于2600年前,是三棱锥形体,垂直高度是146.5米。建成以后,国王想知道自己的坟墓有多高,这在2600年前生产力水平低下的情况下是很难办到的。

一个有名的学者法列士想了个方法,解决了这个难题。法列士是在他自己的影子等于自己的身高时才测量的。这时候,日光以45度的角度射向地面,那么由金字塔的顶点。塔底的中心点和阴影的端点组成的三角形是一个等腰三角形。所以它的两端,即金字塔的顶点到塔底中心点的距离和塔底中心点到阴影端点的距离是相等的。塔底的长度法列士早以测量好了,他又让人测出金字塔底端到阴影端点的距离。他把金字塔底的长度的一半加上金字塔底端到阴影的距离,很快就算出了金字塔的高度。

房屋迁移技术

1937年,前苏联在莫斯科的建设中,用3台10吨的卷扬机和相应的滑轮组,把一幢5层楼房整体迁移了74米。这就是现在正在不断完善和扩大应用的房屋整体迁移技术。

房屋整体平移,是指在保持原有建筑物结构安全和使用功能不改变的前提下,将整个建筑物从原址移动到指定的新址。目前所知,国内、外在房屋整体平移时,常用的方法是沿建筑物纵(或横)轴方向平移,且国内房屋整体平移对象均为现代建筑物。房屋整体平移的方法是在房屋的底部用由工字钢组成的框架把房屋支撑起来,然后用钢管作为滚动部分,在钢管下面沿着迁移方向铺设如铁路一样的铁轨,以减少钢管滚动的阻力。当距离较大时,则用卷扬机配以相应的滑轮组,当长距离迁移时,更经济的方法就是用滚轮代替钢管。

房屋整体平移技术,在国内因经济建设、城市发展需要,而迁移历史文物建筑中有着很重要的作用,也是今后在拆迁过程中完整保存这类建筑的好方法,具有很大的社会意义。

激光

激光和普通光一样都是电磁波,它的威力很大,能射穿钢板,即使像金刚石那样坚硬的物质,在它的照射下,也会化成一缕轻烟。

组成物质的原子是由原子核和核外运动着的电子组成。当外界给与电子一定的能量时,就有可能把电子送到郊外层的轨道上去。这时候,我们就说院子从低能状态跃迁到高能态。处在高能态上的原子没有在低能态上稳定,它有返回低能态的趋势,当原子自发从高能态跃迁到低能态时就会发光,这就是自发辐射。另外,如果将处在高能态上的原子,用另外一个外来光子诱导它跃迁到低能态,而且这个外来光子的频率与处于激发态原子的固有频率相同,这是就会引起原子的受激辐射。简单地说,普通光是物质的原子自发辐射产生的,而激光是物质的原子受激辐射产生的。

普通光在自发辐射的情况下,大量原子的发光动作时互相独立进行的,它们各自在不同时刻发出频率不同、位相不同、方向不同的光。这好像电影院散场后,大家前前后后地向着四面八方以不同的步伐走出来。而激光不同,它是大量原子由于受激辐射所产生的发光行为,这样产生的激光,频率、相位、方向都十分一致,就好像电影院散场以后,大家排着队朝着一个方向,迈着同样的步伐向前进。

飞车走壁的演员

所谓飞车走壁,就是杂技演员开着摩托车飞驰在一个很高的木桶内壁进行特技表演。

飞车走壁看起来十分惊险,其实表演这个节目的科学原理却是很简单的。当车子沿木桶壁行使时,会产生很大的离心力,正是这股离心力将车子推向桶壁,是车子像是被吸附在桶壁上而不会掉下来。

虽然强大的离心力可以使飞车走壁顺利进行,但是它同时又是演员们的一道巨大的障碍。因为强大的离心力会使演员们出于超重的状态,就是说演员们在地面上很轻松的动作,在走壁时就是很沉重的了。飞车走壁的每个演员都会感到肩膀上好像站着两三个人,因此飞车走壁是需要很好的体质和坚强的意志的。

杂技演员用一根绳子兜着两个碗,碗里倒上水,迅速地旋转着做各种动作,即使碗底朝天,碗里的水也不会洒出来。这是因为当碗绕着手旋转时,碗里的水就会产生一个离心力,同时水自身有一个向下的重力。碗底朝天时,离心力和重力的方向相反,离心力大于重力,水就不会流出来。

共振的危害

1906年,一支沙俄军队迈着整齐的步伐,通过彼得堡的一座桥梁,突然,桥体断裂,官兵们全部掉入河中,桥毁人亡。其实,全体官兵们的总总量是不会把桥梁压垮的,正是桥的共振给他们造成了灾难。

物体在受外力作用会发生振动,当作用的频率与它本身固有的频率大致相同,就会使振幅达到最大,产生共振。桥面断裂是由于列队行军步伐整齐引起了共振,所以,大队人马过桥,要便步行进。

这个道理在其他方面也有例子,建造铁路桥梁时,绝对不能让桥梁的固有频率与车轮撞击接轨处的振动频率相近。禁止登山运动员高声说话,就是为了避免由于空气振动积雪层,引起共振而发生雪崩。

以前挑水的人在走动时,容易使扁担的颤动与桶里的水发生共振,水都溅出去了。挑水的人在水面上放一块木板,就防止了这样的共振,将水平稳地担到家。

不一样的钟响声

不同的钟,声音也是不一样的,有的低沉,有的清脆,而且当将大小不同的钟组成一组时,还能够演奏各种乐曲,这就是我国古代的编钟。

声音是由物体振动而产生的。不同的钟的厚度是不一样的,同样力度敲击时因为厚度不同,不同的钟产生的振幅是不一样的,所以产生的声音也是迥然有异的。

纤维素创造的奇迹

破布和糖,看起来是丝毫扯不上边的两种事物,但是在一定条件下,经过化学反应,破布是可以变成糖的。这就纤维素创造的奇迹!

破布的主要成分是纤维素,而纤维素和糖的都是由碳、氮、氧这三种化学元素组成的,差异只是在这三种化学元素的比例不同,所以组成的分子也就不同了。但是当纤维素遇到强酸,如硫酸、盐酸,纤维素的分子就会发生分裂,形成小分子。这些小分子与水分子相结合,就形成了一种全新的物质——糖,这就是化学上的纤维素水解反应。

既然破布可以制糖,那么木屑、稻草、麦秆等,许多含有大量纤维素的农副产品,也就可以用来制糖了。目前,利用纤维素制糖,已经成为工业制糖的主要支撑。

人间仙境的缔造者

二氧化碳被称为人类仙境的制造者。

我国云南的石林,桂林的七星岩山洞,还有浙江的瑶琳仙境洞,都是我国著名的旅游景观。游人们来到这里,看到那耸然挺立的石林,那拔地而起的石笋,还有那洞中垂挂着的姿态各异的钟乳石,颇有步入仙境之感。

这些景观,并不是哪个朝代留下的建筑遗迹,它的形成完全是二氧化碳的功劳。二氧化碳能溶解在水里,在水里二氧化碳便与水发生了化学反应,生成一种不溶于水的石芽。随着二氧化碳不断与水反应,石芽越长越大,年代久了,在山洞顶部就形成钟乳石,地下就形成石笋。

飞机的“尾巴”

当人们听到头顶传来隆隆的飞机声,抬眼望去,通常可以看到飞机已经从头顶上掠过,后面却拖着一条长长的白烟样的尾巴,这条尾巴慢慢扩散、变淡,最后消失。

云里面有许多小水滴和小冰晶,它们是由空气中的水蒸气凝结而成的。形成云需要两个条件:充足的水蒸气,并且还要达到了饱和蒸汽压;还要有充当凝结核心的尘埃和带电粒子。这样达到了饱和蒸汽压的水蒸气,就会慢慢在凝结核的周围凝结起来,形成小水滴或小冰晶。这些小水滴和小冰晶紧紧地结合在一起,就是一大片云。

飞机向前飞的时候,机身原来所占的空间,需要由周围空气来填补,可是飞机飞得实在太快了,可以超过声速的速度,而空气又是热的不良导体,周围空气填补过来的过程,相当于一个绝热旁的过程,空气的温度会一下子降低。在高空中,本来就有很多水蒸气,温度一降低,饱和蒸汽压也跟着降低,周围的水蒸气就达到了饱和蒸汽压,这就满足了形成云的第一个条件,另外,飞机燃料燃烧还要放出一些烟尘,这正好可以充当凝结核心。于是,飞机后面的水蒸气在这些烟尘的周围,迅速凝结起来,形成许多小水滴和小冰晶,这就是人们看见的飞机后面的“尾巴”了。