生活中的物理现象

日常生活中的物理知识 早晚的天空为什么是红色的, 早晨和傍晚，在日出和日落前后的天边，时常会出现五彩缤纷的彩霞。朝霞和晚霞的形成都是由于空气对光线的散射作用。当太阳光射入大气层后，遇到大气分子和悬浮在大气中的微粒，就会发生散射。这些大气分子和微粒本身是不会发光的，但由于它们散射了太阳光，使每一个大气分子都形成了一个散射光 源。根据瑞利散射定律，太阳光谱中的波长较短的紫、蓝、青等颜色的光最容易散射出来，而波长较长的 红、橙、黄等颜色的光透射能力很强。因此，我们看到睛朗的天空总是呈蔚蓝色，而地平线上空的光线只剩波长较长的黄、橙、红光了。这些光线经空气分子和水汽等杂质的散射后，那里的天空就带上了绚丽的 色彩。 俗话说"早霞不出门，晚霞行千里"，这就是说，早晨出现鲜红的朝霞，说明大气中水滴已经很多，预示天气将要转雨。如果出火红色或金黄色的晚霞，明西方已经没有云层，阳光才能透射过来形成晚霞，因此预示天气将要转晴。 死 海 不 死 在亚洲西部，离地中海不远的地方有一个内陆湖，叫做死海，死海里没有一条鱼，它的名字由此而来。为什么没有鱼呢,因为死海的水太咸了，每百千克海水中含盐二十千克以上。死海海水的密度太大了，比人体的密度大得多(人体的密度在1000kg/m3左右)，所以人的身体只要有一半多浸没在水面之下，所受到的浮力就等于人受到的重力。人在死海里游泳时，可以躺在水面上看报纸，要想沉入水中可就要费好大的气力，潜入水中还会被海水托出水面。 死海的海水中矿物质很丰富，可以用来治疗一些皮肤病和湿疹。是世界上著名的游泳风景点和疗养地之一。 人靠什么走路 在平坦的马路上，谁都可以迈开大步向前走。一个健康的人，走路并不是什么难事，因而也没有想过人是靠什么走路的。听了这个问题，有的人会觉得好笑。人只要有气力，抬腿，迈步，不就可以往前走了吗,而事实上，问题并不那么简单。请你试一个动作:挺直身体，背贴着墙站在地上。把一只脚抬起来，向前迈步，只要身体不离开墙壁，这只脚是跨不出去的。如果抬起来的脚向前迈出去一步，那末，回头一望，身体已经离开墙壁。 这说明，身体向前移动了。人身体向前移动的时候，一定依靠了一种外力。或者说，是这种力推着人前进的。如果这种外力比较小，走路就会遇到困难，比如，在光滑的冰面上，人们就不敢迈大步，而只能小心翼翼地挪动双脚。现在，请你回答，后脚蹬了一下地。从物理的角度来分析，那是人体给了地面一个向后的力，与此同时，地面也给了人体一个向前的力。正是这个力把人体向前推了一下。 脚蹬地面，这是作用力;地面给人体一个向前的力，这是反作用力。这个反作用力表现为摩擦力。在一般情况下，作用力和反作用力正好相等，因此，我们走路并不觉得困难。可是，人在冰面上走，冰面过于光滑，给人的摩擦力要小得多。这样，如果你仍然像在地面上走路那样使劲，向后蹬的力与摩擦力不平衡，后脚要向后滑，人就会跌跤。 - 1 - 为什么拉车比推车省力, 手推车，使用方便，既可以推又可以拉。推和拉的用力方向跟水平线的夹角一样，是推车省力还是拉车省力,省力不省力，主要看车轮受到的阻力有多大。因为克服了阻力，车子才能前进。在地面条件相同的情况下，车轮对地面的压力越大，阻力越大，阻力大就费劲。反过来，压力小，阻力小，省力。推车的时候，用力的方向指向斜下方，它产生两个效果:一个分力向前，用来克服阻力，使车匀速前进;另一个分力竖真向下，加大了车对地面的压力，使阻力加大。拉车的时候，用力的方向指向斜上方，也产生两个分力;一个向前用来克服阻力;另一个竖直向上，减小了车对地面的压力，使阻力减小。因此，拉车的时候，需要克服的阻力小，也就省力一些。 挑重担的人走路为什么像小跑步 人在步行的时候，是左右脚交替着向前的，如果说得正确些，人的步行可以认为是一个接替一个跌倒动作。人在站立不动的时候，从人体重心引下的垂直线，总是在两脚形成的面积里，这叫做处于站立时的平衡状态。人在起步向前的时候，总是身体先向前倾，使从人体重心引下的垂直线越出底面，形成向前倾跌的趋势，接着立刻把后脚跨向前来维持新的平衡。所以我们说，一步一步地向前走，就是作一次一次的向前倾跌。这种倾跌趋势，跟人体的重量和跨出步子的大小是有关的。向前倾跌的趋势越厉害，迈出的那只脚，在着地时与地面冲击得越重，这样不但人要感到吃力，步子也不容易跨稳。挑着重担走路，等于人体的重量突然增加了许多，向前移步时的倾跌趋势就很厉害。缩小跨出的步子，可以适当减小这种倾倒趋势;迅速迈出后脚，可以防止真的跌倒。因此挑重担的人，走路的步子总是又小又急，这就成了小跑步了。还有，挑重担时步子短促，可以使速度均匀，这样担子也可以匀速地跟着人向前移动。如果步子又大又慢，担子就产生摆而不好挑了。 为什么灌满水的瓶子不易破, 有两个相同的玻璃瓶，一个空着，一个灌满了水，同时从相同的高度落到地面上，哪个瓶子容易破,一般说重的瓶子容易破。可是，当瓶子灌满水后，瓶子里的水还有另外一个作用，能减少瓶子的形变，反而使瓶子不容易破了。玻璃瓶破裂，大多是由于形变引起的。空瓶子落地，地对瓶子产生一个压力，瓶子从外向里形变，终于破裂。瓶子装满水，由于水是不可压缩的，从而减少了形变，使得瓶子不易破裂。瓶子里装满水，再拧紧瓶盖，就更不容易摔破了。 我们吸汽水是"吸"上来的吗, 我们用吸管吸汽水，总以为是嘴把汽水吸上来的。其实不是，用嘴吸，只吸走了吸管中的空气，至于汽水嘛，那是大气把它压到嘴里去的。原来，吸管中的空气被吸走后，管里面的汽水受到空气的压强变小，而瓶子里(吸管外)的汽水受到的压强是大气压强，这两个压强是不相等的，大气压强较大，就会把汽水压到嘴里去了。如果汽水瓶口盖一个塞紧了的软木塞，木塞中插着一根玻璃管，那末，你从玻璃管里吸汽水，至多能吸上一两口，就再也吸不到瓶里的汽水了。这个道理也简单，因为瓶外的大气无法进入汽水瓶，大气也就无法把汽水压到嘴里去了。不拔掉瓶塞，还能喝到汽水吗,虽然吸不上来，但能不能吹上来,对着玻璃管向瓶子里吹气是个 - 2 - 办法。吹气，增加瓶内的气体，增加了瓶内气体的压强。瓶内的气体压强变大以后，就会把汽水从玻璃管里压出来，这时，只要嘴不离开玻璃管，就能喝到汽水。往瓶里吹气越多，压强增加得越多，就可以顺利地喝到汽水。喝掉一些汽水以后，瓶内的气体体积变大、压强降低，就喝不到汽水了。再吹气，又能继续喝到汽水。 什么是蓄能电站, 抽水蓄能电站不同于一般的水力发电站。一般的水力发电站是只安装发电机，将高水位的水一次使用后弃之东流。抽水蓄能电站安装有抽水—发电两用机组，又有抽水，又能发电。在白天和前半夜，水库放水，高水位的水通过两用机组，此时两用机组作为发电机，将高水位的水的机械能转化为电能，向电网输送。解决用电高峰时电力不足;到后半夜，电网处于用电低谷，电网中不能储存电能，这时将两用机组作为抽水机(两用机组可作反向旋转)，利用电网中多余的电能，将低水位的水抽向高水位，并注入高水位的水库中，这样，在用电低谷时把电网中多余的电能转化为水的机械能储存在水库中。到用电高峰，水库放水，又将水的机械能，通过发电机转化为电能，向电网输送。水库中的水多次使用，与两机组一起，完成能量的多次转化。高水位水库储存了大量低水位的水，相当于储存电网中多余的电能，解决了电能不能储存的问题。由于用电高峰和低谷的电价不同，高峰电价高，低谷电价低，这样使抽水蓄电站的经济效益也大大提高了。 纳米走近我们生活 1(纳米是什么随着科学家的一次次努力，"纳米"这个几年前对我们十分生疏的字眼，眼下却频频出现在我们的视野里。纳米是一个长度单位，1纳米等于十亿分之一米，20纳米相当于1根头发丝的三千分之一。90年代起，各国科学家纷纷投入一场"纳米战";在0.10至100纳米尺度的空间内，研究电子、原子和分子运动的规律和特性。2(中国人贡献1993年，中国科学院北京真空物理实验室操纵原子成功写出"中国"二字，标志着我国开始在国际纳米科技领域占有一席之地，并居于国际科技前沿。1998年，清华大学范守善小组在国际上首次把氮化镓制成一堆纳米晶体。同年，我国科学家成功制备出金刚石纳米粉，被国际刊物誉为:"稻草变黄金--从四氯化碳制成多刚石。"1999年，北京大学教授薛增泉领导的研究组在世界上首次将单壁纳米管组装竖立在金属表面，并组装出世界上最细且性能最良好的扫描隧道显微镜用探针。中科院成会明博士领导的研究组合成出高质量的碳纳米材料，被认定为迄今为止"储氢纳米碳管研究"领域最令人信服的结果。中科院物理所研究员解思深领导的研究组研制出世界上最细的碳纳米管--直径0.5纳米，已十分接近碳纳米管的理论极限值0.4纳米。这个研究小组，还成功地合成出世界上最长的纳米碳管，创造了"3毫米的世界之最"在主题为"纳米"的争夺战中，中国人频频露脸，尤其在碳纳米管合成以及高密度信息存储等领域，中国实力不容小觑。3( 纳米走近我们的衣、食、住、行科学界的努力，使"纳米"不再是冷冰冰的科学词语，它走出实验室，渗透中国百姓的衣、食、住、行。居室环境日益讲究环保。传统的涂料耐洗刷性差，时间不长，墙壁就会变得斑驳陆离。现在有了加入纳米技术的新型油漆，不但耐洗刷性提高了十多倍，而且有机挥发物极低，无毒无害无异味，有效解决了建 - 3 - 筑密封性增强所带来的有害气体不能尽快排出的问题。 人体长期受电磁波、紫外线照射，会导致各种发病率增多或影响正常发育。现在，加入纳米技术的高效防辐射服装--高科技电脑工作装和孕妇装问世了。科技人员将纳米大小的抗辐射物质掺入到纤维中，制成了可阻隔95%以上紫外线或电磁波辐射的"纳米服装"，而且不挥发、不溶水，持久保持防辐射能力。同样，化纤布料制成的衣服因摩擦易产生静电，在生产时加入少量的金属纳米微粒，就可以摆脱烦人的静电现象。白色污染也遭遇到"纳米"的有力挑战。科学家将可降解的淀粉和不可降解的塑料通过特殊研制的设备粉碎至"纳米级"后，进行物理结合。用这种新型原料，可生产出100%降解的农用地膜、一次性餐具、各种包装袋等类似产品。农用地膜经4至5年的大量实验表明:70到90天内，淀粉完全降解为水和二氧化碳，塑料则变成对土壤和空气无害的小颗粒，并在17个月内同样完全降解为水和二氧化碳。专家评价说，这是彻底解决白色污染的实质性突破。从电视广播、刊报章、互联网络，我们一点点认识了"纳米"，"纳米"也悄悄改变着我们。 人能耐受多高的温度 英国有两位物理学曾做过以下试验:他们钻进了烤面包的炉子，而这时炉内干燥空气的温度竟达160?，两人却安全地在炉内呆了几个小时。这可不是神话，而是千真万确的事实。那么，这究竟是什么道理呢,原来，这两位科学家在炉内站在垫板上，不直接接触炉底，也不碰炉壁，实际上他们处在干燥的空气之中，在干燥的空气里，人能用出汗的办法调节体温，汗水蒸发时，从紧贴人体的那层空气吸热，人体周围这层空气的温度就降低了。因此，人就能在温度比较高的环境中生活。同样是盛夏酷暑，我们往往会有这种感觉，空气干燥，即使气温高，也觉"热得爽快";而空气潮湿的话，由于蒸发比较困难，就感到又闷又热，十分难受了。 室内温、湿度多少为佳 人体对外界环境温度、湿度的变化有一定的适应能力。但是，人体自身的调节有一定的局限性。为此，环境专家把从体对"冷耐受"的下限温度定为11?，对"热耐受"的上限温度定为32?。而空气相对湿度上限不宜超过80%，下限值不宜低于30%。 环境专家通过大量群体实验后提出最适宜于人的室内温、湿度是:冬天温度18,25?，湿度30% ,80%;夏天温度23,28?，湿度30,60%(风速在0.1米/秒,0.7米/秒)。在此范围内感到舒适的人占95%以上。在装有空调的居室内，室温为19,24?，湿度为40,50%时最为舒适。脑力劳动者，最合适的室温为18?，湿度为40%,60%。此时，人的精神状态极佳，工作效率高，考虑问题敏捷，能够触类旁通，举一反三。 车中的光学知识 1( 汽车驾驶室外面的观后镜是一个凸镜利用凸镜对光线的发散作用和成正立、缩小、虚像的特点，使看到的实物小，观察范围更大，而保证行车安全。 2( 汽车头灯里的反射镜是一个凹镜它是利用凹镜能把放在其焦点上的光源发出的光反射成为平行光射出的性质做成的。 - 4 - 3( 汽车头灯总要装有横竖条纹的玻璃灯罩汽车头灯由灯泡、反射镜和灯前玻璃罩组成。根据透镜和棱镜的知识，汽车头灯玻璃罩相当于一个透镜和棱镜的组合体。在夜晚行车时，司机不仅要看清前方路面的情况，还要还要看清路边持人、路标、岔路口等。透镜和棱镜对光线有折射作用，所以灯罩通过折射，根据实际需要将光分散到需要的方向上，使光均匀柔和地照亮汽车前进的道路和路边的景物，同时这种散光灯罩还能使一部分光微向上折射，以便照明路标和里程碑，从而确保行车安全。 4( 轿车上装有茶色玻璃后，行人很难看清车中人的面孔 茶色玻璃能反射一部分光，还会吸收一部分光，这样透进车内的光线较弱。要看清乘客的面孔，必须要从面孔反射足够强的光透射到玻璃外面。由于车内光线较弱，没有足够的光透射出来，所以很难看清乘客的面孔。 5( 除大型客车外，绝大多数汽车的前窗都是倾斜的 当汽车的前窗玻璃倾斜时，车内乘客经玻璃反射成的像在国的前上方，而路上的行人是不可能出现在上方的空中的，这样就将车内乘客的像与路上行人分离开来，司机就不会出现错觉。大型客车较大，前窗离地面要比小汽车高得多，即使前窗竖直装，像是与窗同高的，而路上的行人不可能出现在这个高度，所以司机也不会将乘客在窗外的像与路上的行人相混淆。 计时手段的变迁 古代人用漏壶、日晷等器具来计时。漏壶是用铜制成，分为播水壶和受水壶两部分，播水壶分二至四层，均有小孔，可以滴水，最后流入受水壶。受水壶里立箭，箭上划分100个刻度，箭随蓄水逐渐上升露出刻度数，用以表示时间。日晷是利用太阳影子的移动规律来测定时间的装置。古代日晷的晷面是石制的，有刻度，倾斜地固定在石柱上。晷针的铁的，安在晷面中心，与晷面垂直，晷针的影子投在晷面上，并随着太阳在天空中的方向移动，人们根据晷针影子在晷面上的位置来确定时间。显然这种计时方法比较粗略。 300多年以前，意大利物理学家伽利略在比萨城里的一痤教堂里，发现吊灯在空中摆具有等时性，后来荷兰物理学家惠更斯利用摆的等时性制成了摆钟。用摆钟计时每天误差在几秒至几分钟。 20世纪中叶，科学家利用石英晶体的振荡来代替普通钟摆的运动制成了石英钟，它具有很高的精确性和稳定性，每天的误差小于万分之一秒。 现在，美、法、德、英、瑞士等国正全力以赴研制高精度原子钟。原子钟主要依据原子能够以不受温度和压力影响的固定频率振荡的原理制作成的，是目前人类最精确的时间测量手段。新的超高精度原子钟误差可望达到10亿年不超过1秒。 从不倒翁搬不倒说起 书桌上放着一个不倒翁，浑圆的身体，一张笑咪的脸，书读累了，你会去逗它一下，把它推倒了，可它马上又笑嘻嘻地站起来，好倔强的脾气。不倒翁告诉我们一个非常有用的物理知识，就是物体怎样才能平衡。放在地上的凳子，摆在桌面上的台灯都处于静止状态，在物理学上就叫做平衡，但是同学们是否注意到，同样是 - 5 - 处于平衡状态的物体:一本书竖在桌子上，轻轻地用手一推，啪地一声便倒在桌子上，而不倒翁推倒了却一下又能站起来。这就是说，平衡里也有不同:一件东西立在那儿，轻轻地推一下，它晃了几晃又重新立稳，这种平衡叫稳定平衡;如果轻轻地一碰就倒，叫做不稳定平衡，不倒翁是稳定平衡，立在桌面上的书本、铅笔等是不稳定平衡。 不倒翁不倒的秘密在于它肚子底下的那个大泥坨，使不倒翁和桌子之间有一个很大的支持面，泥坨还使它的重心降得很低，所以特别稳定，倒了还能自己再站起来，站立在桌面上的书则不同，它的支持面非常狭窄，重心又很高，所以一碰就倒，因此，看一个物体稳定和不稳定有两个条件:一个条件是支持物体的面积的大小，还有一个条件是物体重心的高低。 走钢丝的杂技节目很惊险，是由于观众总害怕演员摔下来。杂技演员始终处于一个不稳定的情况下，演员必须不断小心地调整自己身体的姿势，保持身体的平衡，顺利地通过钢丝。 有一种看上去更加惊险的摩托车走钢丝，摩托车不仅在钢丝上行驶，而且车身的下面还挂着一个沉重的车厢，坐在车厢的演员还做出多种高难度动作，看上支使人觉得更加惊险，其实这个节目倒十分安全，因为挂在下面的车厢使整体的重心下降到钢丝绳的下面，反而成为一种十分稳定的平衡。 悬挂是一种最稳定的平衡。过去汽车大赛的时候，由于赛车车速太快，常常发生车翻人亡的悲惨事故，如今设计出一种新型的"低悬挂"型赛车，车轱辘很高，车厢很低，使汽车整个重心落在车轴的下面，等于把车身挂在了车轴的下面，所以把这种赛车弄翻很不容易。 你也许没有看到过悬挂在空中的火车，如果有这种为车你敢乘坐吗,目前许多国家下在发展这种火车，它的名字叫单轨列车。它只有一条架在空中的铁轨，车厢挂在下面，实际上它比双轨火车还要安全。单轨列车是一个曾经在沙漠工作过的法国工程师拉尔廷纽为了解决沙土经常掩埋沙漠中的铁轨而设计出来的。据说他受到沙漠之舟--骆驼背上分佳在两侧的货物的启发，想到可以将车厢横跨在铁轨的两边，使重心低于铁轨，这样列车就不会翻倒，铁轨也不会被沙土掩盖，列车还可以跨过河流、沼泽地区，又不占农田，从空中通过，因此这个设计受到了人们的欢迎。 轮胎的花纹 你一定注意到汽车、自行车等橡胶轮胎上都有凸凹不平的花纹。加这些花纹，目的是增加轮子与地面间的摩擦力，防止轮子在地面打滑。早在1892年前后，人们制造车轮时就开始在轮胎上加花纹了，当时的花纹都很简单，随着车辆速度、载重量的提高，路面的改进，轮胎花纹也在不断变化 ，以适应新的要求。现在的轮胎花纹大致分为通用、高越野性和联合式花纹三大类。而它们的几何形状有纵向直线、横向直线、斜线、块形和混合式等五种，各种花纹适合不同的行驶情况。例如，公共汽车轮胎上常见的是纵向直线型和锯齿型花纹，适合在硬性路面上行驶，可以消除噪声，也称无声花纹。车辆在荒野及松软土地上行驶，适宜使用高越野花纹，它块大、沟深，行驶时不容易陷在沟里，却很能"啃泥"，使轮子不打滑，拖拉机、起 - 6 - 重机常在较疏松的泥地行驶，特别适合选用这类花纹的轮胎。联合式花纹轮胎适应性强，既能在硬性路面上行驶又可在松软路面上行驶，甚至可以在冰雪路面上行驶，因此使用最为广泛。 人类向太空探索的几项重大突破 1957年10月4日苏联发射世界上第一颗人造卫星。 1961年4月12日苏联著名宇航员加加林乘坐"东方"号宇宙飞船绕地球飞行一周，成为世界上第一个飞出地球的人。 1969年7月20日美国宇航员尼尔?阿姆斯特朗乘坐"阿波罗11号"宇宙飞船登上月球，成为世界上第一个登上月球的宇航员。 1971年4月苏联第一个"礼炮"号空间站发射上天;属于第三代的空间站"和平"号于1986年2月20日由"质子"号运载火箭送入近地轨道。 1976年美国发射的"海盗"号飞船第一次登陆火星。 1988年11月15日莫斯科时间6时，苏联的拜科努尔航天中心成功地发射了第一架航天飞机"暴风雪"号。 1995年6月,7月美国"阿特兰蒂斯"航天飞机和俄罗斯"和平"号轨道空间站首次对接成功。 1996年12月16日俄首次成功地在"和平"号轨道站培育并收获第一批太空小麦，这次实验采用的是墨西哥矮小型杂交小麦，从播种到成熟仅用97天，与地球上的生长周期相同，这证明生物在太空是可以生长发育的，对于人类在未来星际飞行中解决食品问题具有重要意义。 中国的"长征"火箭与同步卫星 中国具有同步轨道卫星发射能力，是从"长征三号"运载为箭开始的。当时它的同步卫星发射能力是1.4t，此后中国改进和加强了"长征三号"第三级氢氧发动机的能力，使之成为"长征三号甲"，同步轨道发射能力提高到2.5t。中国还以"长征二号"火箭为芯级，周围捆绑4台助推器，形成了"长征二号捆绑式火箭"，即"长二捆"，英文为"LM-2E"，同步轨道发射能力为3.14t。随着世界同步通信卫星性能的提高，卫星也越来越重，需要火箭运载同步卫星的能力也越来越大。中国最早的"东方红一号"通信卫星，只有4个转发器，"长征三号"1.4t的发射能力即可满足要求，到了望4个转发器的"东方红三号"，就需要有"长征三号甲"2.5t的同步轨道运载能力，它也能运载世界上有代表性的美国休斯HS376同步卫星。而具有48个转发器的休斯HS601卫星，就必须由"长二捆"那样的火箭来发射。当最新一代的劳拉通信卫星出现时，它带有30个C波段转发器和24个KU波段转发器，性能比前一代跨进了一大步，物重也增到了3.77t。为了适应世界商用通信卫星市场的最新发展，中国研制了新型"长征三号乙"火箭。在"长征三号甲"的基础上，捆绑4台助器，将芯级储箱加长，使火箭芯级发动机能工作更长时间，加大了推力，达到了能将5t有效载荷送入同步轨道的能力。这就是说，目前中国的"长征"系列火箭，已能发射当今世界上所有的同步轨道通信卫星。 - 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