书城科普中国人一定要知道的科学常识
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第3章 科技常识(3)

但是这条“尾巴”和一般的云不同。两者的体积不同,一朵云的直径至少有几十千米,云也会渐渐消散,但是等到它完全消散,需要比较长的时间。而飞机后面产生的云比较小,所以很容易消散。另外一个重要的原因是,飞机后面的云是在飞机飞过的一刹那,由于空气的温度降低,饱和蒸气压下降,水蒸气才达到了饱和蒸汽压,随着空气温度的逐渐回升,水蒸气达不到饱和蒸汽压,就会和小冰晶渐渐蒸发成水蒸气,消失得无影无踪。

催泪弹原理

我们在电视上经常会看到,警察对一些手无寸铁的示威游行的人使用催泪弹。催泪弹爆炸后,会有很多的烟雾,人们随即流泪、打喷嚏、咳嗽,不得不投降。

催泪弹的体内装着很少的炸药和一些特殊的化学物质。炸药爆炸后产生的热量使化学物质迅速燃烧,成为气体扩散在空中。人们呼吸到这些有毒的气体后就会出现上述症状了。催泪弹里装的化学物质的不同,其作用的强弱也不相同。装苯氯乙酮的叫苯氯乙酮催泪弹;装西埃斯的叫西埃斯催泪弹,等等。这些化学物质一旦释放出来,就能刺激人的眼睛,使眼睛灼痛、怕光和大量流泪。只离开释放区,这些症状在5-15分钟就能自行消失,一般不会造成眼睛实质性的损伤。但是如果在这样的环境里呆长了,眼睛受到长时间刺激,可能就会出现结膜炎等症状。

催泪弹可用炮弹、毒气罐、手榴弹以及粉尘布洒等多种方式施放。

光的漫反射

人类眼睛之所以能看见世界,是因为光漫反射的缘故。

不论是透明物体的还是不透明物体,都或多或少地要反射投到它们上面的光。由于物体表面光滑平整的程度不一样,反射光束时的情况也大不相同。比如在暗室的桌子上竖一面镜子,再在镜子上面挂一张白纸,用一支手电筒对镜子照射,可以看到在手电筒光的反射下,白纸被完全照亮,而镜子却显得很暗。

按理说,镜子放射光的本领比白纸大得多,这是因为纸的表面布满微小的坑坑洼洼,来自外界的光射到这种表面上,就被凹凸不平的表面反射到四面八方,形成所谓的漫反射。科学家发现,人之所以能看见世间万物,辨别它们的大小和形状,都要归功于漫反射。

雷电的奥秘

历史上的“费城实验”揭开了雷电神秘的面纱。

1752年7月的一个雷电交加的白天,在美国费城郊外一间四面敞开的小木棚下,富兰克林和他的小儿子威廉,将一只用丝绸做成的风筝放上了天空,企图把空中的雷电引下来。风筝的顶端拴了一根尖细的金属丝,作为吸引电的“先锋”,中间是长长的绳子,绳子打湿以后可以导电,绳子的末梢系上了绝缘的绸带,绸带的另一端则在试验者的手中,在绸带和绳子的交接处,挂上一把钥匙,作为断电器。只要保持手中绸带的干燥,就不会传导雷电而造成触电。

于是,富兰克林小心翼翼地站在一个棚子下面放起了风筝。随着一道长长的闪电,风筝引线上的纤维纷纷都竖立起来,富兰克林心里一阵高兴,他将手指慢慢靠近线绳下端的钥匙,在钥匙和他的手指之间立即产生了电火花,他的指头感到发麻。这种情况与实验室里放电时产生电火花和发麻感觉一样。

“费城实验”的结果,令人信服地证实了天空中的闪电是一种电火花,云层中产生的电与实验室里产生的电是一样的,而并非什么“上帝之火”、龙要抓人令人恐怖的东西。

后来,富兰克林还发明了避雷针。

人造卫星回收

人造卫星的回收,一般是指卫星回收舱的回收,主要通过地面控制中心用遥感系统来操作。

人造卫星在天空是按一定的轨道来运行的,当它运行到轨道最低点就是它最接近地球的时间,地面控制中心的工作人员通过特定的遥控装置,点燃连接卫星和回收舱之间的爆炸螺栓。爆炸后,螺栓就被炸开,卫星和回收舱就分离了。这时,地面控制中心就会用遥控点燃和回收舱装在一起的制动火箭,迫使收回舱的运行速度减慢,最终脱离轨道并返回,进入地球的大气层。回收舱进入大气层后,借助空气阻力继续减速,当它的速度减到每秒200米左右,就会自动打开降落伞,进一步减速至每秒10米即可安全着陆。回收舱着陆后,会立即发出信号,让人们很快找到它。当然,回收舱的自动行为都是科学家预先设置好的程序。

卫星的修理

在卫星升空之前,航天专家在设计的时候就会尽可能地预见到各种可能的意外情况,制定一系列相应的应急方案,万一卫星出现什么情况都可以从容地应付。

卫星升空以后,如果出现一些小毛病,是可以通过地面的遥控指令来进行补救的。1983年有一颗从航天飞机上面发射升空的卫星没有进入静止轨道,地面上的人员就巧妙地遥控了启动星上24个控制姿态的小火箭,经过39次点火,每一次都使它升高一点,历时58天,终于使它静止定位了。

如果卫星出现问题的部件比较关键的话,就需要宇航员上太空进行修理了。1992年美国“奋进”号航天飞机的宇航员用手“擒获”了一颗失控2年多的通信卫星,给它换了一个发动机,使它进入轨道正常工作了。

还有一些卫星在太空中不能靠宇航员来修理,就只能运回地球返修了。1984年有一颗卫星被送上太空以后,发动机出现了故障,没有升上静止轨道。同年11月,用一架航天飞机把它接回了地面,经过整修后,1990年4月在中国的西昌由火箭发射升空,就是“亚洲”1号通信卫星。

太空制服

宇航服主要对宇航员起保护作用,是宇航员进行舱外活动必需的生命保障系统。太空中没有空气,压力异常,太阳辐射非常厉害,宇宙间的微流星体会冷不防地向宇航员袭来,如果没有宇航服的保护,就会有生命危险。

宇航服由服装、头盔、手套和帽子四部分组成。服装又由三部分组成,最外层是防护服,它不怕火,能适应剧烈的温度变化,能阻挡宇宙射线的直接辐射,还能抵御宇宙中微流星体的撞击。中间层是气密服,它会产生压力,保持宇航员的身体不向外扩张。最里层是水冷式内衣,用以调节宇航员的体温。头盔是由透明的聚碳酸酯制成的,可以有效地防止宇航员的眼睛受到太阳紫外线的伤害。宇航员的手套耐热、耐磨,可以保持手套内部的一定压力。靴子同手套一样耐热、耐磨。

通常的宇航服重量为有113千克,穿上这么厚重的宇航服在地面上行走肯定十分困难,但是在太空中却行走自如,因为在太空中人和物都会处于失重的状态。宇航服是专门为宇航员制作的,整个宇航服密不透风,不仅能够抵抗150~180°C的高温,而且还可以抵御太空中一些不明的微小流星体,同时也能阻止宇宙射线的袭击。所以说,穿上宇航服不仅能够工作,而且对宇航员的安全起到可靠的保证作用。

变铅笔芯成金钢石

铅笔的主要成分是石墨,现代工业上使用的金刚石大部分都是有石墨合成的。因此将铅笔芯变成金刚石是完全可能的。

石墨和金刚石都是有碳元素组成的,但是它们的晶体结构不一样,因此硬度差别很大。

石墨在高温高压下变成了金刚石,我们可以看到黑黑的、软软的石墨变成了洁白的、坚硬的金刚石。觉得很不可思议,其实是在石墨的内部,石墨的晶格结构和化学键都发生了变化。石墨分子的碳原子内的化学键,转变成金刚石中碳原子的化学键;使石墨的层状晶体结构变成了金刚石的立方和六方晶体结构。石墨这种化学结构上的变化,导致了它的性质的变化,从而变成了金刚石。

听懂人讲话的机器人

20世纪50年代,美国发明家德沃尔和英格伯格共同合作,设计出了第一台工业机器人。他俩还合办了世界上第一家机器人制造工厂。

后来经过科学家的不断努力,有些机器人能听懂人讲的话。

机器人之所以能听懂人讲话,是因为人们为它安装了像人那样的“听觉器官”。虽然机器人的“听觉”没有人的耳朵那样精密和复杂,但是两者的听觉原理基本上是相同的。

机器人的“耳朵”是听觉传感器,它能对声音产生反应,并把信号传到“听觉区”。为了实现人与机器人的对话,首先应规定必须用标准语言与机器人进行交谈;其次必须限定对话中所使用的词汇量。这是机器人听懂人讲话的先决条件。但是这些还不够,机器人还必须有一个“大脑”——电脑,以便理解和判断所听到声音的含义。只有这样,机器人才能真正听懂人讲的话。

核电站安全

为了更好地开发利用新能源,各国都在建设核电站,核电站的安全性也为世人所关注。

通常,核电站都建有一套严密的安全防范系统,能防止放射性物质外泄。即使出现事故,防范系统也会采取措施,防止核泄露。

平时,核电站的放射性是很低的。一般情况下,核电站周围居民一年所受的放射性物质的剂量,比照一次透视的剂量还小,对人的危害简直可以忽略不计。因此核电站是非常安全的。

不过,一旦发生核泄露事故,将会对人类和造成重大影响。微小剂量的辐射对人体和遗传机制的效应现在还不能肯定。

一般地说,人体会随时修复受到的损伤。但是剂量一大,就会出现各种反应。首先是血液指标发生变化,如白血球数量减少等。慢性辐射损伤后期常常表现为白血病、恶性肿瘤、再生障碍性贫血、白内障、不育症等,或使生下的后代出现畸形。大剂量的急性照射会迅速地引发辐射病,如:呕吐、出血、感染、脱发,并导致死亡。

前苏联的切尔诺贝利核电站的核泄露事故,就造成了多名电站运行人员和应急救灾人员的死亡。

高空探测地下矿藏

遥感技术是一种新兴的探测技术,它可以从高空感知地下和海底的宝藏。探矿用的遥感技术,现在有四种:可见光、红外线、微波和多波段。

可见光遥感就是用特种照相机,在高空对地面一张张地连续拍照。把大量的照片拼起来,就是一张地球的全身照片。人们不必再翻山越岭进行实地勘测,而只要根据相片和少量的地面实况就能绘制出一套地形、地质、水文图,不仅效率高,而且质量好。假如用老的勘测方法,要把天山北麓的土地资源普查一遍,就要1万人工作六年左右;而用遥感只需10多人几个月就能完成。

可见光遥感的弱点是一到夜晚就无法工作。人们从响尾蛇捕捉老鼠获得启示:由于响尾蛇两只眼睛下方都有一个凹下去的小窝,能接收老鼠身上的热辐射(红外线),所以响尾蛇能在伸手不见五指的情况下抓住老鼠。因此,人们制成了能在漆黑的夜晚应用的红外线遥感设备,可以探测沉睡在地下的各种矿藏。我国曾利用红外遥感照片,调查云南的地热资源和放射性矿床。

红外遥感虽然不怕黑夜,可是对阴天雾日无能为力,于是人们发明了能穿云透雾的微波遥感。微波遥感的种类很多,侧视雷达就是其中的一种。侧视雷达靠它的天线先发出的无线电波,然后接收地面物体不同的反射波。它能破云雾、透森林,弄清地表结构和矿产。

无铅汽油

汽车是靠燃烧汽油获得动力的,汽油在燃烧的过程中,会放出各种有害气体,如铅,会造成严重的铅污染,影响人们的身体健康。

汽油里本是没有铅的,但是在汽油的生产加工过程中,加入了一种叫做四乙铅的汽油抗爆添加剂,它可以改善汽车发动机的工作状况,减少磨损。根据国际标准,含铅量在0.013克/升以下者为无铅汽油,含铅量在0.013—1.1克/升为低铅汽油,含铅量在1.1克/升以上者为高铅汽油。但是,就是这种四乙铅造成了大气的铅污染。它一方面随汽油燃烧直接进入大气,另一方面转化为易于挥发的物质随着汽车尾气排放。铅对人的神经系统和大脑造成一定的伤害,并具有致癌作用。据测定,每人每天可能吸入30微克铅,其中40%被人体吸收,并在人体内慢性蓄积,对人体的危害极大。

另外,由于铅的化合物密度一般比空气大,当它随汽车尾气排放出来后,常常滞留于距地面约0.5米高的地带,因而对身高和活动空间正处于这一高度的婴幼儿威胁特别大。铅中毒是一个很漫长的过程,它将会导致儿童发育迟钝,智力下降。

为了保障人民的身体健康,改善环境污染的现状,大力提倡使用无铅汽油,已经变得刻不容缓。

风力发电

大风包含巨大的能量,如果把风力开发出来为人类服务,那将是一笔巨大的财富。

科学家预测,全世界每年燃烧黑煤发出来的能量,只及风力在一年内可为我们提供能量的1/3000。所以,有人将风能称作我们肉眼看不见的“无形的煤”。

由于风能的大小与风速的立方值成正比,因此,风力发电机应尽可能安装在理想的风场,这种风场称为“风力场”。近年来,各国在选定的“风力场”上,集中了一大批风力发电站,联合向电网供电。

地热发电

地热是人类开发的新能源利用形式。地热发电不用燃料,不仅可以省去许多设备,而且可以减轻环境污染。

世界上最早用地热发电的国家是意大利,1904年即已建成一座500千瓦的地热发电站。目前世界上发达国家的地热发电站装机容量高达50万千瓦。我国的地热能源利用率很低,还有待开发。庞大无比的地下热能很可能是21世纪一个重要的新能源。

不会生锈的金银

通常金戒指、金项链、银手镯等金银制品都是金灿灿、亮晶晶的,不像铜器、铁器那样容易锈迹斑斑。这是由金银的化学性质决定的。

金银属于较“孤独”物质,它们的化学性质很不活泼,只能于很少的物质在特殊的条件下起作用,在空气里,它们就什么也不理了,孤孤单单,保持它们的金银本色。但是金银的脾气特别的倔犟,即使在1000度的高温下,它们依然很是坚定,所以大家说:“真金不怕火炼”。

不生锈的千年古剑

1965年,在湖北省发掘楚墓的时候,发现了两把寒光闪闪的宝剑,剑面上都有漂亮的黑色菱形格子花纹,剑格(剑把和剑身之间的一小段)部分也有流畅的花纹,并嵌着绿色玻璃的装饰品。其中一把宝剑的剑身上铸有“越王勾践自作用剑”八个字。勾践是我国春秋战国时期人,这两把宝剑在地下埋藏了两千多年,至今仍然光彩夺目,非常锋利,毫无锈蚀,在国外展出时,引起巨大的轰动。