第四辑 物理(1)-《10万个为什么大全集》
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你也许不会想到,在你身上刚刚经历过数百次的“电闪雷鸣”!这可不是危言耸听,美国物理学家富兰克林,早在1752年,就用他著名的风筝实验,证明了雷电就是自然界中的放电现象。当然,雷电的放电规模很大,而你身上所经历的只不过是放电规模很小很小的“微型雷电”,所以你会全然没有感觉到。可是,身上怎么带起电了呢?
我们知道,物质都是由原子组成的,原子里面包含有若干电子,电子带有负电荷,原子核带有正电荷,当正、负电荷相等时,物质对外并不表现电性。如果我们用毛皮磨擦橡胶棒、用丝绸磨擦玻璃棒,这些原来不带电的物体就会带上电。这一过程就是磨擦起电,磨擦产生的电不会流动,称为静电。生活中磨擦起电的例子很多,比如当天气干燥时,用尼龙或硬橡胶梳子梳理干净的头发后,就有一些电子从头发跑到梳子上去,使头发带上正电,梳子带上负电。把梳子放在头发旁,头发会被梳子轻轻吸起来。
我们身穿毛衣,整天不停地活动,使得毛衣与衬衫之间、衬衫与皮肤之间不停地摩擦,使衣服和我们的身体带上电荷。到了晚上脱毛衣时,一些正电荷和负电荷会发生中和,产生放电现象。于是,我们就听到“噼啪”声,看到一闪一闪的电火花。这种电火花就是静电。
虽然身上所带静电放电时产生的电流小,对我们人体没什么伤害,但它却可能引起其他严重的后果。放电产生的电火花会点燃汽油引起爆炸,因此,油库工作人员应避免穿尼龙或涤沦衣物。另外,运送汽油的液罐车都拖着一条铁链“尾巴”,这条“尾巴”的用途就是把车上积累的静电及时地传到地面上去。
静电也有可以利用的一方面。静电复印和激光打印就是用光学方法先形成一个静电潜像,靠静电的吸引力吸住墨粉,然后,像盖图章似的将墨粉转移到复印纸上,再加热使墨粉牢固地停留在纸上。
知识点:磨擦起电、放电、静电、雷电
为什么鸟儿停在电线上不会触电
如果人站在地面上接触到带电的高压线,会发生触电的危险。可奇怪的是,一些鸟悠闲地停在裸露的高压电线上,叽喳了一阵子之后又安全地飞走了。为什么鸟儿不会触电呢?
这并不是鸟儿有什么特殊的本领,你看,它们都是停在一根电线上。这时,它们的身体只接触到一根电线,没有构成电路,也就没有电流从它们体内流过,所以不会触电。如果我们站在地上,而身体接触了电线里的火线,就等于接通了电路,电流就从我们的身体流向大地,于是就发生了触电。如果我们穿着绝缘性很可靠的胶鞋,站在绝缘的木凳上,即使用手触摸到火线,也不会触电。这时,你就像停在电线上的小鸟一样。一些有经验的电工,能够进行带电操作,就是掌握了这个原理。
既然没有电流流过,电压再高也不会触电。那么,为什么在高压线附近会有危险呢?
那是因为当人走近高压线时,站在地面上的人体受高压感应,如果距离太近,人体和高压线之间的空气层就有可能被击穿。本来空气是很好的绝缘体,被击穿后就变成了导体,于是巨大的电流就会流过人体,造成触电。因此,千万不要接近高压线!
知识点:触电、电流、高压电、绝缘体、导体
为什么大海是蓝色的,而海里的
浪花却是白色的
坐在海边,凝望着蓝色的大海,卷起千层浪花,多么壮观啊!可是,为什么碧蓝的大海中卷起的浪花却是白色的呢?
捧起海水看一看,海水既不是蓝色的,也不是白色的,海水就像自来水一样,是无色透明的。是谁给大海和浪花涂上了颜色呢?是阳光。
太阳光是由红、橙、黄、绿、青、蓝、紫七种颜色的光组成的。当太阳光照射到大海上,红光、橙光这些波长较长的光,能绕过一切阻碍,勇往直前。它们在前进的过程中,不断被海水和海里的生物所吸收。而像蓝光、紫光这些波长较短的光,虽然也有一部分被海水和海藻等吸收,但是大部分一遇到海水的阻碍就纷纷散射到周围去了,或者干脆被反射回来了。我们看到的就是这部分被散射或被反射出来的光。海水越深,被散射和反射的蓝光就越多,所以,大海看上去总是碧蓝碧蓝的。
那么,浪花为什么是白色的呢?
你看,玻璃杯都是无色透明的,打碎以后的一片片玻璃还是透明的,但是,当我们把它们扫在一起的时候,却变成白晶晶的一堆了。而且,玻璃打得越碎,堆起来的颜色越白,如果玻璃碎成了玻璃末,那看上去简直就像一堆雪花。这是什么缘故呢?原来,玻璃能够透过光线反射光线,碎裂后的玻璃形成了许多不规则的角度,加上层层堆叠,光照射过去时,除了发生反射外,又发生了多次折射,而光线在经过了许许多多的屈折以后,从各个不同的方向漫射或折射出来,我们的眼睛碰到了这种光线,就觉得一片白色。
浪花正像打碎了的玻璃末,它也使光线作了这一次次的变幻,所以看上去是白色的。
知识点:光的反、光的折射、光的全反射、海水、浪花、雪
为什么霓虹灯会发出五颜六色的光来
暮色降临,华灯初上。色彩绚丽的霓虹灯组成了各种文字和图案,把市区装点得如火树银花一般,让人目不暇接。
当你在观察这城市美景时,可曾想过,为什么霓虹灯会发出五颜六色的光呢?
人类最早使用的电灯叫白炽灯,是发明家爱迪生研制成功的。这种灯是让电流通过灯丝,达到白炽状态后发光,效率很低,因为大部分电能都变成了热能耗损掉了,只有小部分转化为光。1802年,美国有位科学家叫休伊特,把少量水银蒸气填充到真空管里,在灯管的两端引出两个电极,加上电压后,水银蒸气在电弧激发下发出炫目的辉光。这种灯光光谱与太阳光接近,亮度很强,很适合于拍摄电影。后来,大家都叫它水银灯。
水银灯的成功引起了人们的兴趣。1910年,法国化学家克劳德把无色的惰性气体氖充入灯管,通电后,氖气受到电场的激发,放出橘红色的光。氖灯射出的红光,在空气中穿透力很强,可以穿过浓雾。因此氖灯常用在港口、机场和交通线的灯标上。根据“氖灯”的英文译音,人们把这类灯叫做霓虹灯。
氩是另一种惰性气体,在空气里含量达l%,比较容易获得,在电场的激发下,氩会射出浅蓝色的光,因此它也被用来填充到霓虹灯管里。除了氖和氩之外,有的霓虹灯里充进氦气,它会射出淡红色的光;有的霓虹灯还充进了氖、氩、氦和水银蒸气等四种气体(或三种、两种)的混合物,由于各种气体的比例不同,便能获得五颜六色的霓虹灯了。
那么为什么不同的气体发出的光会有不同的颜色呢?我们知道,原子是由原子核和若干绕核旋转的电子组成。电子允许在若干特定的轨道上运行。内层的电子受电场的激发会吸收“一份”能量跃迁到某个外层轨道上,处于受激状态。由于受激状态很不稳定,过不了一会儿,电子又会跃迁回原来的轨道,并把刚才吸收的那“一份”能量以光的形式辐射出来。这一份能量恰好等于原子在受激状态和初始状态的能量之差。显然,不同的气体有不同的原子结构和能级,吸收和辐射的那一份能量就有大有小。所以由这“一份”能量决定的辐射光的频率就不一样,而光的颜色完全由频率决定,所以,充入各种同气体的霓虹灯,就发出了五颜六色的光。
知识点:水银灯、霓虹灯、氖灯、惰性气体、受激状态、原子结构
为什么用遥控器能对一些
家用电器进行遥控
近年来,家用电器也在走向智能化和遥控化。遥控技术越来越多地应用于家用电器,控制电源开关,是遥控技术在家用电器中最广泛的应用。
家用电器的遥控开关,可以用声波、超声波、无线电波和红外线来控制,应用最多的是红外线遥控。
红外线是一种肉眼看不到的电磁波,波长在无线电波与可见光波之间,约为0.75-1000微米。
红外线遥控开关由红外线发射器和接收器两部分组成。发射器就是我们拿在手里的遥控器,遥控器里主要包括调制器和红外线发射管,可以对10米范围以内的家用电器遥控。红外线发射管能发射出一定波长的红外线,调制器能把控制开关的低频控制信号“载”在红外线上。所以,从红外线发射器发射出来的红外线,就包含了控制信号。
红外线遥控开关的接收器则安装在家用电器的正面面板上,它里面有接收管、抗干扰电路、解调器、开关控制器等。接收管是一种硅光敏三极管,通过光电效应,能将照射在它上面的红外线转变成电信号。抗干扰电路能鉴别和排除周围环境中的红外线干扰信号。解调器能将“载”在红外线上的低频控制信号“卸”下来,送入开关控制器,使电源开关接通或断开。
红外线好比是飞机,低频控制信号好比是乘客。红外线起到将控制信号从发射器运送到接收器的作用,好比飞机将乘客从甲地载到了乙地。真正起控制作用的,还是红外线上“载”着的低频控制信号,红外线不过是载运控制信号的工具而已。
遥控开关不仅能用来控制电源开关,也能用来控制电视机选择频道、音量的大小、电风扇调速、空调器的温度等。
知识点:遥控器、红外线、调制器、解调器
为什么真空包装能保鲜
真空包装也是根据物理原理。我们都知道,气体的压强是因为气体大量分子不停碰撞器壁产生的。所以,单位体积的分子数越多,温度越高,器壁单位面积上受到气体分子的冲击力就会越大,压强就越大。所谓的真空,是把容器里边的气体抽出来,抽出来的气体越多,在容器里的分子就会越少,压强就越小,因此常用容器里压强的大小,来表示容器里真空度的大小。
真空保鲜包装开始盛行于20世纪60年代初,它是真空环境下或者食品真空环境下,再充入保护气体来进行保鲜的。真空保鲜包装通常适用于如油炸土豆条、炸薯条、炸果仁等。小食品则采用金属化塑料膜真空包装保鲜,这种膜不仅阻气性好,并且遮光性也好。而其他食品、例如肉类、火腿、香肠、豆制品以及水产等等,用真空保鲜包装并不是很好。真空包装对厌氧菌及酶反应引起的变色、变质是没有效果的,因此需用盐腌、糖腌、冷冻、射线照射、加热以及药物消毒,并且适当添加防腐剂等方法配合,才可以真正达到保鲜的目的。
想一想,你身边见到的、或者亲口吃过的、在电视广播中看到的、或者广告中出现的有哪些食品是采用了真空保鲜包装?实际保鲜效果怎样?要尤其注意保质期,不要食用腐烂变质的、超过保质期的各种食品。
知识点:压强、真空、保护气体
为什么冻豆腐会有孔
水有一种特性,就是在4℃的时候,体积最小,到0℃结冰时,反而体积是最大的,比常温时水的体积还要大。
豆腐里一般有水分,这些水装在豆腐的空隙中,孔隙有的闭合,有的连通,各个孔隙的大小与水的分布是不规则的。而当豆腐冷却在0℃时,豆腐里的水就会结成冰,水一结冰,体积就会变大,豆腐里的孔隙就会被挤压成网络状,等到冰溶化以后,被压缩的豆腐网络不可以复原,所以,留下很多大小不一的孔。
知识点:水、体积、空隙、网络
为什么云掉不下来
白天,地面全被太阳晒热了,大江以及小河、湖泊、海洋里的水,有一些变成水蒸气,水蒸气升到空中,就会碰到冷空气,从而变成小水点,很多的小水点聚到一起,就变成云了。
这些小水点,仿佛挂在空中的很多小皮球,地球也要把它们拉下来。但是,地面上的热空气及水汽不停升上去,仿佛有一只手把它们托住了。云就浮在空中,因此不会掉下来了。
知识点:水蒸气、热空气、水流
为什么在飞机上不能使用个人电子用具
近几年,电子干扰飞机导航事件日益增多,原因主要有两点:一是由于乘客带到飞机上的电子设备逐渐增多,二是由于飞机采用了先进的电子导航系统,而且飞机上很多装置大都是由计算机的电信号来控制的。
除手机以外,便携式计算机、手持摄像机以及激光唱机、游戏机、剃须刀及电吹风等,都会对飞机的电子导航系统产生干扰。
这是为什么呢?
其实,很多电器都能产生电磁辐射,可以发射频谱很宽的电磁波,并且跟随某种强度的磁场。机上的电子仪器和导航通信设备,都主要由电信号来控制。在使用一些个人电子用具时,发出的电磁波就会混杂于飞行工作所必须的正常的电波信号内,从而产生的磁场对计算机磁化的驾驶系统进行干扰,造成飞行控制失误。
现在许多国家的航空公司都禁止在飞行中使用手机、计算机以及一切被证实是危及飞行安全的各种装置。
科学家们正研究可以使飞机装备不受磁场干扰的防护系统,从而为飞行控制加上防护罩,并且使用光缆,用来杜绝电子干扰现象。
可是最好的解决办法是乘客一定要遵守乘机规则,不随意使用个人的电子用具。
知识点:干扰、电磁辐射、电子导航、光缆
苹果熟了为什么不能飞上天去,而只会落到地上
人们发现,秋天苹果熟透了的时候,有的会自动掉在地上。其他果实也是这样,当它们掉落时,不会飞到天上去;即使你把他抛上天空,不论用多大的力气,把它抛得有多高,最终它总要落回到地面。你想过这是为什么吗?
原来,这是地球的引力在起作用。
传说,大科学家牛顿小的时候,躺在苹果树下午睡,苹果落下来,正好打在牛顿头上,触发了他的灵感:
为什么苹果只能落在地上,而不会飞上天去?由一件小事引发的疑问,促使他最后提出了万有引力定律这样一个普适性科学原理。虽然有人怀疑这个传说的真实性,但大多数人还是愿意相信这个故事曾经发生过。
万有引力定律说明,宇宙中各种事物之间都存在着互相吸引的力。地球对它周围的物体也存在着吸引力,力的方向指向地心,故称地心引力。地球上各种物体的重力,就是由地心引力造成的,所以,地心引力又称重力。正是在重力作用下,苹果等物体不能飞上天去,只能落到地上。
实际上,苹果对地球也有引力,而且根据作用力与反作用力相等的道理,苹果的引力与地球的引力大小是相等的。那么,为什么是苹果落向地球,而不是地球落向苹果呢?这是因为,地球的质量远比苹果的质量大得多,因而保持运动状态的能力也就比苹果大,其实地球也会向苹果移动,但移动的距离微乎其微,可忽略不计。所以在人们看来是苹果落向地球而不是相反。
知识点:地球引力、地心、作用力
为什么体操运动员在比赛和训练时要在手掌上擦一些粉
体操运动员在上器械(如单杠、双杠、高低杠等)表演以前,总要把手伸进一个装满白色粉末的盆里,往手里擦上一些白粉,你知道这白粉是什么吗?这样做的原因又是什么呢?
单杠、双杠、高低杠等器械的杠子抓起来比较滑,这是由于杠子表面做得很光滑,光滑的表面摩擦力较小,便于运动员做动作。摩擦现象存在于日常生活的方方面面,它是相互接触的物体在接触面上发生阻碍相对运动的现象。摩擦具有双重作用,一方面它阻碍物体间相互移动,造成物体的磨损,多消耗能量;另一方面,假如没有摩擦,我们会寸步难行,甚至无法握住东西。
由于杠子表面光滑,手掌与杠子间的摩擦太小,手容易滑离杠子,使动作失败甚至出现危险。为防止运动员在做动作时滑下杠子,就需要增大手掌与杠子的摩擦力。运动员擦的白粉就是起增大摩擦力的作用的,所以,运动员表演之前或多次运动的间歇都要在手上擦一些白粉。这种白粉是碳酸镁粉,它一方面能增大摩擦力,另一方面能够减少手掌出汗引起的麻烦。
举重运动员在抓杠铃前擦的也是碳酸镁粉,同样是为了防止手滑脱杠铃。
知识点:光滑、白粉、摩擦力、碳酸镁粉
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