书城科普读物物理的妙趣
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第4章 世界真神奇(4)

不过孔明灯可能会引起山火、引发飞机失事、交通意外等。因升空后随风飘动的孔明灯容易引起火灾,并影响民航安全,必须慎重选择放飞场地。

热气球的传奇

人类飞的梦想

很久以前的人们只能在地面上进行各种活动,他们羡慕飞鸟能在蔚蓝的天空中飞翔,阅尽人间春色。为此人们做出了各种设想,有的制作了大的“羽翼”,但只能靠它滑翔,要“飞”上高空是不行的。

有的人想到了升腾的热空气,认为用一只口袋将热空气收集起来,这个热气口袋就能随热气升起来。如果将口袋做得足够大,下面系住篮子,人站在上面,人就能跟着热气口袋上升,翱翔于蓝天之下,与鸟比翼齐飞了。有了设想,聪明的人们就开始将它变为现实。

热气球的发明

大约200年前,法国的一个小村庄里,住着两位富于幻想和勇于实践的弟兄,他们是若瑟夫·蒙特哥菲尔和埃青·蒙特哥菲尔。他们用纸制做了一个直径大约10米的大口袋,准备用它做热气球并让它上天。6月的一天,他们发出了公开表演的布告。

在当时,这是很新鲜和不可想象的事情,公开表演的那天,小村周围十几千米的人们一早就起来赶路,涌向这并不出名的村庄。在村庄的一块空地上,正烧着一堆半湿不干的破布和稻草,在燃烧的火焰上方,有一个被绳子绑着的巨大纸袋。

很快纸袋中充进了热空气,而且热气越来越多,直到这个热气球需要8个人才能将它拽住时,将绑气球的绳子割断,热气球腾空而起,参观的人群欢呼雀跃。气球升至数百米的空中后,随着里面热气的冷却,气球逐渐降落了。

由于微风的影响,这个气球落到了离它升起处约1千米的地方。这个实验引起了各方面的注意,消息很快传到了国王那里。国王下令让蒙特哥菲尔兄弟在他面前重复这个表演。按照这个旨意,蒙特哥菲尔哥俩于当年的9月19日,在巴黎的凡尔赛宫国王的花园里又升起了一个热气球。

热气球上的乘客

比起第一次来,这个气球做得更大,载着三位旅客:绵羊、鸡和鸭。当热气球中的热气逐步冷却,气球飘落在了附近的田地里。正在地里劳动的一位农民,对这几位来自天上的“不速之客”感到非常恐惧,而这三位动物旅客却悠然自得。

对此,蒙特哥菲尔兄弟俩非常高兴。因为在这之前没人知道高空的空气是否适合呼吸,现在这三位动物旅客安然无恙地返回地面,答案就肯定无疑了。

动物能上天的事实更激起了人们要上天的兴趣。一个月之后,勇敢的青年罗齐叶坐在用长绳索牢固地连扎在地面的气球上,在离地面30多米高的空中停留了25分钟。当他回到地面时,兴奋地他告诉大家,在这次实验中他尽情地欣赏了美丽的田园风光,确实心旷神怡。又过了一个月,罗齐叶和阿尔兰特开始第一次乘热气球在空中作自由飞行了。

飞行前,朋友们纷纷前来和他们挥泪告别,似乎他们自由飞行就是去送死。热气球载着两位勇敢的人上升到数百米的空中,随风飘越了整个巴黎,最后安全返回地面。迎接他们的不再是朋友们的泪眼,而是欣喜和赞美……人类在空中飞行的愿望伴随着热气球的诞生而实现了。

热气球载人的原理

为什么热气球能升起并带人飞行呢?

这个载人到空中自由飞行的气球,是利用热空气的比重小于冷空气比重这个条件,根据适用于气体的阿基米得定律制做的。整个气球体积做得很大,它整个“浸没”在流体——空气中,由于气球受到的浮力大小等于气球(包括吊篮)的体积与冷空气比重的乘积,这就是气球所排开气体的重量;这个数值比气球的重量要大,因为热空气的比重比冷空气的比重要小。这样,热气球便在浮力的作用下升起来了,随着空中微风,热气球可以飘移。

热气球的用途

气球的体积越大,载重能力就越大。由于气球具备其它飞行器无法相比的优点,所以直到发达的今天,人们仍然没有抛弃它。

气球不但可以载人,还可以用来观测,由于气球在大气高层姿态稳定,停留时间可长达数十小时,甚至于半年。让气球载上各种科学仪器,就可以得到一些高空大气层或其它的科学情报。

航天员回到地球需重新适应

一位名叫阿·尼·别列佐沃伊的俄罗斯宇航员于1982年8月13日作为指令长进入太空,并在空间站工作了211天9小时4分32秒,创下了当时在太空连续停留最长的纪录。在太空停留了7个月后回到地球,有人问他回来后有哪些特别的感受。他深有感慨地说:“需要重新习惯地球上的生活。”

他举例说,他们从发射场被送回饭店用餐时,拿起勺子喝汤,会觉得拿的不是一把很轻的勺子,而是一台又大又沉的熨斗;想喝水,拿起杯子才喝了几口手就不自觉地松开了,结果杯子掉在地上摔的粉碎;朋友跟他借照相机用,他顺手把相机朝前一推,结果掉在地上也摔坏了……

这是什么原因造成的呢?因为太空是一个不受力的环境,在那里拿任何物体都不费任何力气,航天员在飞船上拿起任何一个“重物”都跟捡起一小片纸屑一样轻松。把水杯、钢、纸、照相机等各种物体随手一放,它们就会安稳地“浮”在空中;同伴要借用物品,只需将物品向对方轻轻一推,物品就会径直向他“飞”去……航天员在太空生活较长时间后,习惯了不受力的环境,当他们刚回到地球时,仍然保留着太空中的习惯动作,于是就闹出了前面一些小笑话。

这位航天员的感受蕴含着这样一个深刻的物理道理,那就是运动和力的关系,也就是说,维持物体的某一种运动状态并不需要力,力作用的结果是改变了物体的运动状态。

共振,一个幽灵

什么是共振

当人们从外界再给一个物体加上一个振动时,如果策动力的频率与该物体的固有频率正好相同,物体振动的振幅达到最大,这种现象叫做“共振”。物体产生共振时,由于它能从外界的策动源处取得最多的能量,往往会产生一些意想不到的后果。

中国古代的共振奇闻

在我国的史籍中也有不少共振记录。唐朝开元年间,洛阳有一个姓刘的和尚,他的房间内挂着一幅磬,他经常敲磬解烦。一天,刘和尚没有敲磬,磬却自动响起来了,这使他大为惊奇,久而久之终于惊扰成疾。他的一位好朋友曹绍夔是宫廷的乐令,不但能弹一手好琵琶,而且精通音律(即通晓声学理论),闻讯前来探望。经过观察,他发现每当寺院里的钟响起来时,和尚房里的磬也会跟着响。于是曹绍夔拿出刀来把磬砍去几处,从此以后就不再自鸣了。

他告诉刘和尚,这磬的音律(即现在所谓的固有频率)和寺院的钟的音律一致,敲钟时由于共振,磬也就响了。将磬砍去几处就是改变它的音律,这样就不会引起共鸣了。和尚恍然大悟,病也随之痊愈。

部队过桥产生的共振

18世纪中期,法国昂热市一座102米长的大桥上有一队士兵经过,当他们在指挥官的口令下迈着整齐的步伐过桥时,桥梁突然断裂,致使226名官兵和行人丧生。究其原因是共振造成的。因为大队士兵迈正步走的频率正好与大桥的固有频率一致,使桥的振动加强,当它的振幅达到最大甚至超过桥梁的抗压力时,桥就会因此而断了。类似的事件还曾发生在俄国和美国等地。鉴于成队士兵正步走过桥时容易造成桥的共振,后来各国都规定大队人马过桥,要便步通过。

共振引起雪崩

登山运动员登山时严禁大声喊叫,因为在喊叫声中如果某一频率若正好与山上积雪的固有频率相吻合,就会因共振引起雪崩,后果十分严重。

次声波——音乐杀人之谜

恐怖之音

世界三大魔曲、禁曲《忏魂曲》、《第13双眼睛》、《黑色星期天》都被销毁禁传了,只有最有名的《黑色星期天》第五小节流传民间。

《黑色星期天》的作者是在失恋欲殉情的悲痛心态下写的曲子,流传民间的只有第五小节,现在是已经改编了的版本,已经没有以前那么大的杀伤力了。

为什么这些音乐会有如此大的杀伤力呢?

科学家们发现,除了与听者当时的处境和心情有关外,还有一个更深层的原因——那就是乐曲中的“次声波”对人体神经系统产生的巨大影响。

次声波杀人惨案