书城科普中国人一定要知道的科学常识
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第9章 科技常识(9)

航天飞机挂了那么重的负担,当然无法像普通飞机那样水平滑跑起飞,而且它受到的空气阻力也远远超过大型飞机。而且火箭发动机只能短时间工作,因此,航天飞机必须在最初一二分钟里垂直上升,尽快冲出稠密的低层大气。航天飞机先上升到几十千米高空,扔下两枚耗尽燃料的助推火箭。这些火箭用降落伞回收后可以重复使用。航天飞机再上升到100多千米高度时,庞大的外燃料箱的燃料业用完了,就会自动坠落。这时航天飞机本身的发动机足以把它送上几百千米高的轨道。当航天飞机返航时,早已摆脱了累赘的外挂物,就能像滑翔机一样飘然降落。

防弹衣

古代战争中如果士兵穿上盔甲,就可以保护身体。但是这些盔甲对今天子弹是不起作用的,今天的士兵要靠穿防弹衣来保护自己。

防弹衣的防弹作用有二:一是将弹体碎裂后形成的破片弹开;二是通过防弹材料消释弹头的动能。防弹衣能够防弹是它的特殊材料决定的。防弹衣是有陶瓷玻璃钢复合材料和高性能纤维制作的。这些陶瓷玻璃钢复合材料每块有15平方厘米,分别安插在衣服的前胸和后背紧密相连的小口袋里。

当子弹打中时,玻璃钢片将撞击力传遍整个防弹衣,使冲击力分散,达到防弹的效果。

太空保障系统

1961年4月12日,前苏联宇航员加加林乘坐“东方”1号宇宙飞船,绕地球飞行一周,历时108分钟,成为世界上第一位进入太空的宇航员。从那以后,进入太空的宇航员越来越多,在太空中停留的时间也越来越长,航天任务也越来越复杂。但是太空毕竟和宇航员在地球上的生活环境不同,为了使宇航员的生活一切正常,顺利完成各项任务,必须在载人航天器上设置生命保障系统。

生命保障系统分为固定式和便携式两种。固定式生命保障系统装在航天器的密闭舱内,它使密闭舱内的温度维持在20摄氏度左右,气压接近1个标准大气压,空气中氧气的成分为21%左右,氮气为78%左右,与地球上的大气接近。它还有进化空气的功能,要随时清除二氧化碳,并保证供应充足的水。甚至它还具有对生活废物的收集和处理功能。

宇航员在进行舱外作业则需要使用便携式生命保障系统,也就是通常所说的宇航服。

载人航天器的生命保障系统除了包括压力、温度、湿度、供氧和空气分配等控制系统外,还设有宇航员的饮食、休息、睡眠、排泄等日常生活保障系统。

太空电梯

太空电梯的理论很简单,其主要部件是一根钢缆,一头拴在大洋中的平台上,另一头则连在3.5万公里高空的卫星上。一旦投入使用,今后国际空间站需要的部件,以及“畅游太空”的人类,都将通过这条缆绳被拉上高空,然后再将其“弹射”进入太空轨道。这样将物体送入太空的成本只是目前各种运载工具开销的“零头”。

技术方面,美国专家说目前电梯模型已经完成,并初步锁定纳米材料。因为太空电梯要承受超强压力,专家认为采用石墨纳米管是最佳选择。美国某家公司已经成立了由科技界名流组成的技术顾问团,投入约1300万美元进行相关问题的研究,研究重点是石墨纳米管对太空环境的适应度,尤其是对太空垃圾的承受力。

隐形飞机原理

隐形飞机之所以能够隐形,首先是飞机制造上选用了先进的隐形材料。它是用铁氧体和绝缘体烧成的一种复合材料。它既不反射雷达波,又能够吸收电磁波。电磁波磁到它以后,转化成热能被吸收了。雷达收不到反射波,也就发现不了它。其次,隐形飞机还采用了一系列高新技,如降红外线辐射技术、降噪音技术、电子干扰技术等。

舰艇也能隐形,一是使用舰艇模拟器,以假乱真达到隐形的目的。二是在受到攻击时,释放烟雾隔阻潜艇的噪音,然后逃脱。三是发射大量黏胶金属颗粒,形成假潜艇目标进行逃脱。

洗衣机

洗衣机洗衣的时候,机器的波轮转动,使洗涤剂与衣服之间,衣服与衣服之间,衣服和筒壁之间发生摩擦,起到手搓揉、拍打的作用,把衣服洗干净。

首先充满于波轮间的水,被高速甩向桶壁,并沿桶壁旋转,然后又流回到波轮附近。这样,在波轮附近形成了以波轮为中心的涡流。衣物在涡流的作用下,作螺旋式回转,吸入中心后又被甩向桶壁,不断地与桶壁发生摩擦,污垢被迫脱离衣物。

其次,当衣物被放进洗涤液之后,由于惯性作用运动缓慢,在水流与衣物之间存在着速度差,使得两者发生相对运动,水流与衣物便发生相对摩擦,这种水流冲刷力同样有助于污垢离开衣物。

还有一个原因,由于洗衣涌形状的不规则,当旋转着的水流碰到桶壁后,其速度和方向都发生了改变,形成湍流。在湍流的作用下,衣物无规则地翻滚,衣服里的纤维不断被弯曲、绞纽扣拉长,衣物相互摩擦,增大了洗涤的有效面积,衣物洗得更均匀干净。

数码相机

传统相机使用胶卷作为其记录信息的载体,而数码相机是用电子式的感光器件代替胶卷记录图片。感光器现在有两种,主要使用的是一种特殊的半导体材料,这类特殊的半导体叫做电荷藕合器,简称CCD。它能把景物反射的光线转变成电荷,通过模数转换器芯片转换成数字信号,数字信号经过压缩以后由相机内部的闪速存储器或内置硬盘卡保存,因此不用胶卷。

由于景物在数码相机里已经变成数字化信息,所以能轻而易举地把数据传输给计算机,并借助于计算机的处理手段,根据需要和想象来修改图像,也可以用激光或喷墨打印机打印出来。

潜水艇

人们都见过水中游来游去的鱼,它忽而在水面,忽而钻到水下无影无踪了。鱼是依靠体内的鱼鳔来控制沉浮的,当鱼鳔压缩时,体积就小了,鱼体的比重相对增加,鱼就下沉了;当鱼要上浮时,鱼鳔吸入空气,体积变大,鱼体比重相应变小,鱼就浮出水面了。潜水艇的发明,就是从鱼的上浮下沉中得到启示的。

很久以前,人们看见鱼在水中自由地游动时,就曾幻想:要是我们人类也能像鱼类那样自由自在地在海底遨游,那该多好啊!这一梦想终于被荷兰物理学家科尼利斯?德雷布尔付诸实现了。1620年他在英国建成了第一艘潜水船。这艘船用木质做骨架,外面包了层牛皮,船内装有很多羊皮囊。只要打开一只皮囊,让海水流入,船身就开始下潜,一旦挤出皮囊中的水,船身就会上浮。

现在的潜水艇能够沉浮的关键,就在于将它设计成内外两个空壳的双层艇体,内外空壳之间有若干压载水舱,都装有排水阀。如果潜水艇要下沉,就放水进舱,来增加舱体的重力而下沉;如果潜水艇要上浮,就排去各压载水舱的水,来增加舱体的浮力而上浮。所以,潜水艇能够在海水中沉浮。

可视电话

可视电话,简单地说就是我们在接听电话的时候,通话双方不仅能够听到彼此的声音,而且能够看到彼此形象的现代化通讯仪器。

可视电话一般由三部分组成:电话机、电视摄像机和屏幕显示器。电话接通后,电视摄像机便开始工作,摄取通话人的形象传给对方,屏幕显示器便出现了对方的图像。

实际上,我们现在所使用的可视电话多指慢扫描可视电话。一般每隔半分钟传送一幅画面,电视信号的频率也只是电视广播的千分之一。慢扫描可视电话可以用音频载波,传送图像恰好适用于普通电话的频率范围,所以,使用三条普通电话线就可以实现远距离传输可视电话了。

由于慢扫描可视电话占用的线路少,使用十分经济、方便,所以在我国主要用于电话会议,既可闻声见人,又可以形象直观地展示图表、文件、实物等,在西方发达国家,可视电话还广泛应用在家庭图像通信,成为现代家庭常用设备之一。

复印机

拿着照片到复印店,几秒钟我们的照片就会被复印出来。其实不仅是照片,一些证书、票据或工程设计图纸,都可以在复印机中复印出来。

复印机是根据静电正、负电荷互相吸引的原理制成的。复印可分直接复印和间接复印两种。直接复印时,先让复印纸按图案文字颜色深浅,分别带上相应静电荷,深处电荷密,浅处电荷稀,形成一张与图文颜色深浅相对应的静电图像。然后,让带有异性电荷的墨粉直接被静电图像吸引,深的地方吸引的墨粉多,浅的地方墨粉少,再通过热压,将墨粉粘附在复印纸上,一份复印件就出来了。

还有一种更加方便的间接复印法,是在由硒材料制成的“硒鼓”上,先形成静电图像,让墨粉吸附在上面,再转印到复印纸上去,形成复印件。采用这种复印方法,对复印机没有别的要求,即使是普通纸张也能复印出来。

观察太阳的“眼镜”

在地球上,人们每天都可以看见太阳东升西落,照亮了大地,给人类带来了光明和热量。太阳又是太阳系的中心天体,也是距离地球最近的恒星。

太阳就像是一个炽热的大火球,温度高达千百万度,它的核心每秒钟燃烧400多万吨气体。所以,想要进一步了解太阳的情况,是不可能仅凭着一双肉眼来观察的。

光学望远镜是天文学家们用来观测太阳光球表面的;射电望远镜是用来观察太阳日冕内部的气体运动情况的;因为太阳的紫外线和X射线会被地球的大气吸收,人们发射的火箭和人造卫星就到大气层外观测它们的情况。

日冕仪是专门用来观察太阳大气情况的光学望远镜,它设有遮掩面,可以造成人为的日食,便于观测。位于美国亚利桑那州的麦克马思望远镜是世界上最大的太阳观测站,它有长达150米的地下管道。

避雷针

在高大的建筑物如高耸的烟囱、摩天大楼等上面装上避雷针,可以避免遭受雷击,这是因为雷容易集中高耸孤立的物体上。

雷雨云的云底部带电,能使地面发生感应,并使地面产生与云底电性不同的电荷,称为感应电荷。这种感应电荷在小范围的地面上是同一性质的。同种性质的电荷是相互排斥的,这种排斥力沿地面方向的分力,在弯曲得厉害的地方比平坦一些的地方小,所以电荷就会移动到弯曲得厉害的地方去。于是在弯曲得厉害的地面上,感应电荷就多一些。高耸的物体,作为地面的组成部分,就成为地面上最弯曲的一部分,当地面受到雷雨云的感应产生感应电荷时,在高耸的物体上就集聚了较多的电荷,对闪电的引力大,就很容易把闪电拉过来。所以大雷雨天气时,不要在大树、电线杆等高耸物体下躲雨,否则有可能遭雷击。

火车

最早的火车是蒸汽机车。1804年,英国的工程师特里维雪克制造出一台单缸的蒸汽机车,牵引着5节车厢,以8千米的时速在轨道上行驶。由于当时使用煤炭或木炭生火做燃料,所以叫它“火车”。

10年后,英国锅炉工斯蒂芬森设计制造的蒸汽机车“半统靴”号试车成功,这是第一辆实用的蒸汽机车。1825年,斯蒂芬森经过多次改进,又制造出了“动力”号蒸汽机车。同年9月27日,世界上每一条铁路——达林顿铁路正式开通,在这条铁路开通的庆典中,他亲自驾驶“动力”号火车,以20千米的时速,牵引了48吨重的车厢驶完全程,开创了铁路运输新纪元。

汽车

汽车是一种能自行驱动的无轨车辆,原称自动车。后来因为装有汽油机,就简称为汽车,沿用至今。

18世纪,由于军事上的需要,法国陆军炮兵大尉尼可拉斯?约瑟夫?丘尼约奉命研制大炮的牵引车。1769年,他在巴黎兵工厂制成一号车,但开不动,试制失败;1771年5月,他成功研制出二号车,可坐4人,时速可达9.5公里。

这辆第一部不用马拉的木制三轮车长7.2米、宽2.3米。在前轮前面特制的架子上悬吊着一个0.05立方米的大锅炉,产生的蒸汽送往前轮上方左右垂直悬挂的汽缸内,带动两个活塞使前轮转动。车子开动时,浓烟和蒸汽同时向上蒸腾,十分壮观,但它却是历史第一部”自动车”,也是世界上最早的蒸汽汽车,意义非凡。

1826年,勃朗在英国制造成功世界上第一辆真正的内燃引擎汽车。这辆汽车是两汽缸式,性能很好,不仅能在平坦的大道上奔驰,而且还能翻越陡坡。

1879年,德国人卡尔?本茨经过多年的反复试验,终于成功地将单缸发动机装到三轮车上,发动机每秒转动400次,能产生0.89马力,时速为13至16公里,这是世界上最早的汽油汽车,本茨也被称为”汽车之父”。

“三栖”汽车

瑞士某汽车公司,在一次展览会上展出了世界上首辆,既可在陆地上行使又可以在水面浮游,乃至在空中飞行的汽车。

这种水陆空三栖汽车的动力组合机组是一台容积为750立方厘米的双汽缸发动机,其最大功率为140匹马力。该车在陆地上行驶的最大速度接近200千米/小时,而从静止加速到100千米/小时所需时间仅为5.9秒。在水面上浮游时速度大约为50千米/小时。

这种汽车在“小艇”状态时是利用专门“翼片架”和液压控制系统进行操纵,为此汽车的“翼片”或“翅膀”可以不脱离水面,同时能进行短距离空中滑行。

汽船

最早发明汽船的人,是美国工程师菲奇。菲奇在发明第一艘汽船之后,他没有申请发明专利,当然更没有向人们公布他的发明,因而他的汽船并未引起关注。

真正产生重大影响,取得建树的是美国另一位工程师——富尔顿,因而他被人们认为是发明汽船的先驱。富尔顿早年曾在英国和其他一些造船比较发达的西欧国家进行过技术考察。1803年,他在巴黎发明了第一艘以瓦特蒸汽机为动力,以浆轮为推进方式的船,并于同年在塞纳河下水试航。这艘汽船在逆水航行时,其速度以超过在河岸上快步前进的行人。但是由于瓦特蒸汽机刚刚被引上船,因此使得它的推进系统还不够完善,航速和稳性方面都还不够理想。同时,由于当时的拿破仑政府实行疯狂的对外扩张政策,只对军事科学技术的发明怀有兴趣,而对其他发明毫不重视,这使拿破仑错过了一个赶超英国海军的绝佳机会。由于在法国试制的第一艘汽船未能取得应有的成功,而富尔顿却已由于试制这条汽船而濒于破产。

由于无法继续在法国进行汽船的研制工作,富尔顿只得回到美国。在回到美国之后,他得到了美国另一发明家利文斯顿的资助。这使得富尔顿得意继续进行汽船的研制工作。

1806年,富尔顿正式开始他的第二艘汽船的建造工程。经过一年多的紧张施工,一艘被命为“克勒蒙号”的汽船终于建成了。

后来,人们发现,船航行的速度太慢,速度越快,水的阻力就越大,为了消除水的阻力影响,英国发明家科克莱尔发明了气垫船。

自行车

自行车是现在必不可少的交通工具和重要的运动器具。这种灵便的交通工具并不是某一个人发明的,而是人们一直在前人的基础上改进而成的。