书城科普读物物理的妙趣
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第7章 生活中的物理现象(2)

经过世界各个国家的著名科学家的实验研究和科学论证得出,人体的生理、体能的变化和疾病的产生有23天的周期性,而更加奇妙的是人的心理变化有28天的周期性。

人体智力与情绪周期

为了得到更加确切可靠的验证资料,一位德国科学家也提出了与之极其接近的科学见解,他从医院开始着手研究,根据所选择的病例中实验发现,人类的发病期和死亡期往往与23天的周期节律有着十分密切的关联。之后人们又发现人类的智力活动也同样存在着一个33天的周期,也就是说在33内有一天人们的智力节律达到高潮,大脑思维、记忆力都处于最佳状态,随后逐渐下降,33天后又到达一个新的状态。

得到这一有益发现之后,怎么样能够很好的调节生物钟,使生物钟能够真正为我们人类所利用,真正的帮助人类成为了人们普遍关心的问题。

在大型考试之前的几个月时间里面,老师就会有意识的提醒同学们一定要调节好自己的生物钟,能够使生物钟达到所需要的最佳状态。

如今,这种生理周期已被广泛地应用于体育竞技中,在临近比赛之前,教练员、心理医生会有计划地调整运动员的生物钟,使运动员在比赛时达到最佳竞技状态。

人体生物钟与地磁场

究竟是什么因素使人体产生了如此奇妙的生命规律呢?控制生命节律的生物钟是怎么一回事呢?它为什么会固定下来呢?

科学家认为,我们人体的生物钟是具有外源性质的,会受到很多复杂的宇宙信息控制。人体对广泛的外部信息极其敏感,最有权威的论证就是,生物钟受到地磁变化的影响最为深刻。地磁场有规律的变化会引起人体生命有规律的周期性变化。

至于人体生物钟之谜何时能被真正的揭开,仍然需要经过科学家们不断的研究和探索。生物钟之谜一旦被真正揭开,相信会极大地改善人类的生活。

神奇的脑电波

人脑的脑电波

人身上都有磁场,但人思考的时候,磁场会发生改变,形成一种生物电流通过磁场,而形成的东西,我们把它定位为“脑电波”。

通过能量守恒,我们思考的越用力,形成的电波也就越强,于是也就能解释为什么大量的脑力劳动会消耗更多的能量,导致比体力劳动更大的饥饿感。

我们的脑无时无刻不在产生脑电波。早在1857年,英国的一位青年生理科学工作者卡通在兔脑和猴脑上记录到了脑电活动,并发表了题为《脑灰质电现象的研究》的论文,但当时并没有引起重视。

15年后,贝克再一次发表脑电波的论文,才掀起研究脑电现象的热潮。直至1924年,德国的精神病学家贝格尔才真正地记录到了人脑的脑电波,从此诞生了人的脑电图。

到现在为止,我们讲述的大部分内容是属于逻辑性的,是“左脑”活动。但为了利用你右脑和潜意识的惊人力量,高效学习的真正钥匙可以用两个词来概括,即放松性警觉。这种放松的心态是你每次开始学习时必须具备的。

音乐与脑电波

人一般是怎样取得那种放松状态的呢?数以千计的人通过每天的静心或放松性活动、特别是深呼吸来取得。但是,越来越多的教师确信,几种音乐能更快、更容易地取得这些效果。

德国物理学家韦伯指出:“某些类型的音乐节奏有助于放松身体、安抚呼吸、平静心情,并引发极易于进行新信息学习的、舒缓的放松性警觉状态。”

当然,正如电视和电台广告每天证实的那样,当音乐配以文字,许多种音乐能帮助你记住信息内容。

左右半脑的功能

经验丰富的教师将使人放松的音乐用作所有快速学习教学的一个重要组成部分。

但对于自学者来说,眼前的意义是显而易见的,即当你晚上想要复习学习内容时,放恰当的音乐就会极大地增强你的回忆能力。

从英语课马上转上数学课,这会难于“换档”。但是花一会儿时间做做深呼吸运动,你就会开始放松。放一些轻松的音乐,闭上眼睛,想想你能想象到的最宁静的景象——你很快会进入放松性警觉状态,这一状态会更易于使信息“飘进”长期记忆之中。

因此,在我们的训练过程中,始终辅以轻快优雅的音乐背景,既排除外界干扰,又可使大脑处于最佳学习状态,达到事半功倍的学习效果。

脑磁场

大家都知道“电生磁,磁生电”的道理,也就是说,电场与磁场总是相伴而生的。既然人脑有生物电或电场的变化,那么肯定有磁场的存在。

果然,科学家科恩于1968年首次测到了脑磁场。由于人脑磁场比较微弱,加上地球磁场及其它磁场的干扰,必须有良好的磁屏蔽室和高灵敏度的测定仪才能测到。

1971年,国外有人在磁屏蔽室内首次记录到了脑磁图。脑磁测量是一种无损伤的探测方法,可以确定不同的生理活动或心理状态下脑内产生兴奋性部位,无疑是检测脑疾病的有效方法之一。

神奇的核磁共振

核磁共振技术的历史

20世纪30年代,美国物理学家伊西多·拉比发现在磁场中的原子核会沿磁场方向呈正向或反向有序平行排列,而施加无线电波之后,原子核的自旋方向发生翻转。这是人类关于原子核与磁场以及外加射频场相互作用的最早认识。由于这项研究,拉比于1944年获得了诺贝尔物理学奖。

1946年两位美国科学家布洛赫和珀塞尔发现,将具有奇数个核子(包括质子和中子)的原子核置于磁场中,再施加以特定频率的射频场,就会发生原子核吸收射频场能量的现象,这就是人们最初对核磁共振现象的认识。为此他们两人获得了1950年度诺贝尔物理学奖。

核磁共振的概念

核磁共振是将人体置于特殊的磁场中,用无线电射频脉冲激发人体内氢原子核,引起氢原子核共振,并吸收能量。在停止射频脉冲后,氢原子核按特定频率发出射电信号,并将吸收的能量释放出来,被体外的接受器收录,经电子计算机处理获得图像,这就叫做核磁共振成像。

核磁共振成像原理

核磁共振成像是利用收集磁共振现象所产生的信号而重建图像的成像技术,因此,也称自旋体层成像,核磁共振CT。MRI可以使CT显示不出来的病变显影,是医学影像领域中的又一重大发展。核磁共振是80年代初才应用于临床的影像诊断新技术。

核磁共振成像是利用电子计算机对人体断面进行图像分析诊断的检查方法,它不用X线,而是磁场,其基本原理是人体所含氢原子在强磁场下给予特定的高波后会发生共振现象,产生一种高波数的电磁波。核磁共振正是利用这个性质,采用电子计算机对磁场的变化收集处理并图形化。

核磁共振在医学上的应用

核磁共振对检测脑内血肿、脑外血肿、脑肿瘤、颅内动脉瘤、动静脉血管畸形、脑缺血、椎管内肿瘤、积水等颅脑常见疾病非常有效,同时对腰椎椎间盘后突、原发性肝癌等疾病的诊断也很有效。

此技术的使用在全世界引起了很大的影响,其作用和疗效已然得到世人的关注和认可。

核磁共振成像可以显示脂肪、全身脏器、肌肉、快速流动的血液、骨骼和空气等。对脏器内部结构也能清楚显示。医生可以很好的识别病人体内的肿瘤、炎症、坏死病灶、异常物质沉着、功能阻碍、血液循环阻碍等病变。对于神经系统、胸部、腹部及四肢各种疾病的诊断提供了很大的帮助。

核磁共振成像技术对疾病的诊断具有很大的潜在优越性和方便性:

1.可以直接作出横断面、矢状面、冠状面和各种斜面的体层图像,不会产生CT检测中的伪影。

2.不需注射造影剂。

3.无电离辐射,对机体没有不良影响。

由于核磁共振是磁场成像,而不是X射线,没有放射性,所以对人体无害,是非常安全的。到目前为止,世界上还没有任何关于医院使用核磁共振机引起危害的报道,也未发现病人基因突变或染色体畸变的发生率有增高。

当代科学技术的精华“核磁共振成像”是目前全球公认的安全、精确、无创性的疾病诊断手段。

暖气片为什么安装在窗户下

暖气的热交换原理

供暖系统实际上是一个热交换系统。供热站有若干个大型采暖锅炉,把水烧到80摄氏度左右,为了防止大量水垢形成,在水中还加入了水的软化剂。供热站依靠压力泵使热水在暖气管道中循环,一直送到用户的暖气散热片中。但暖气中的热水如何把热量传给室内呢?

物理学的研究指出,热量传递方式有3种,分别是热传导、热对流和热辐射。

1.热传导。热传导是通过物体的直接接触,热从温度高的部分传到温度低的部分。比如一根一端烧红的铁棒我们绝对不敢用手直接拿另一端,因为热量经过热传导直接传到了另一端。不同的物质导热性能不同,金属导热性能好,而木头、空气导热性能不好,因此空气是热的不良导体,而铸铁是热的良导体,正因为这样,我们的暖气散热片都用铸铁铸造,以使它尽快把热量从散热器内部传递出来。

2.热辐射。它是物体不经过任何介质把热量直接沿直线方向像光一样向外传递,一般炽热的热源就是通过这种方式向四周传递热量。比如太阳的热能就是通过热辐射直接传到地面上来的;软组织受伤或关节受伤病人到医院去“烤电”,实际上就是接受红外线发出的热辐射治疗。

3.热对流。这是我们最常见到的传热方式。比如我们烧开水时,下边的水受热膨胀,密度变小,在浮力的作用下上升;而冷水密度较大,在重力作用下下沉,于是就发生了冷热水的对流,使热能在水中均匀传递。

装载窗户下的道理

严冬,在我国黄河以北广袤的土地上寒风呼啸,大雪纷飞。然而在有取暖设备的房间内却是温暖如春,鲜花盛开。不知朋友们注意到没有,一般情况下暖气的散热片都安装在窗户下面,你知道这是为什么吗?

把暖气散热片装在窗户下面,当热空气由于密度小上升时,由于窗户附近的空气流动性最强,这样冷空气迅速下降,造成冷热空气对流速度最快。因此取暖时在热传导、热辐射相同的条件下,通过快速对流使空气迅速升温,效果最好。这就是把暖气散热片安装在窗户下边的道理。

“聪明”的电磁阀

电磁阀的工作原理

在我们日常生活中,阀门并不陌生,厨房里面的天然气管道以及水管上面都有阀门。虽然阀门总是隐藏在不为人知的管道内部,但是它的作用是不可替代的。

随着人类对磁的进一步开发利用,电磁阀的应用越来越广泛,电磁阀以其高效率、高水平、高性能的优点倍受人们关注。

电磁阀里有密闭的腔,在不同位置开有通孔,每个孔都通向不同的油管,腔中间是阀,两边有电磁铁,哪面的磁铁线圈通内部的阀体就会被吸引到哪边,通过控制阀体的移动来挡住排油孔。

这其中的进油孔是常开着的,因而液压油就会进入不同的排油管,然后通过油的压力来满足油缸的正常运转需要。这样的话,仅仅通过控制电磁铁的电流通断就可以控制整个机械运动了。

电磁阀的优点

1.能够防外漏。经过实践证明,电磁阀的最大的优点就是可以利用电磁力来作用于密封在电动阀门隔磁套管内的铁芯来完成工作,不会存在动密封的困扰,所以外漏易堵绝。

2.能够防内漏。电动阀力矩控制不易,容易产生内漏,甚至拉断阀杆头部。而电磁阀的结构型式容易控制内泄漏,甚至是完全可以防止泄漏事故的发生。所以,电磁阀使用特别安全,尤其适用于腐蚀性、有毒或温度极其不稳定的介质。

3.便于自动化控制。电磁阀是开关信号控制,与计算机连接十分方便,尤其是现在高科技计算机技术雄踞市场的年代,电磁阀的作用更加显得尤为必要。

4.省电,易操作。电磁阀只需简单的动作,就会自动保持预定的阀位,平时一点也不耗电。

5.轻盈美观。电磁阀外形尺寸小,既节省空间,又轻巧美观。

话说高压锅

最早的高压锅

高压锅又叫压力锅,用它可以将被蒸煮的食物加热到100摄氏度以上,于1679年由法国物理学家德尼·帕潘(1647~1712)发明。帕潘做过惠更斯的助手。1675年,帕潘来到英国,同罗伯特·玻义耳一起工作。1680年他被选入皇家学会。1681年,他发表文章介绍“蒸煮器”。“蒸煮器”是在密封器皿中用水煮骨头而使其软化的装置。正如我们现在所知道的那样,水在高压下煮时,沸点较高,这样便增强了水的溶解力。

高压锅工作原理

在海平面的大气压环境下,水的沸点是100摄氏度,随着海拔升高气压下降,水的沸点就会降低。例如我国青藏高原上平均海拔在4000米以上,水的沸点低,所以在高原上煮饭会出现水滚了却未能把食物煮熟的情况。

为了提高水的沸点,就要将水的环境气压提高。高压锅正是利用加大锅内局部压力的办法来提高水的环境压力。

高压锅的原理很简单,因为水的沸点受气压影响,气压越高,沸点越高。在高山、高原上,气压不到标准大气压,不到100摄氏度水就能沸腾,鸡蛋用普通锅具是煮不熟的。在气压大于标准大气压时,水就要在高于100摄氏度时才会沸腾。人们现在常用的高压锅就是利用这个原理设计的。

高压锅把水相当紧密地封闭起来,水受热蒸发产生的水蒸气不能扩散到空气中,只能保留在高压锅内,就使高压锅内部的气压高于标准大气压,也使水要在高于100摄氏度时才沸腾,这样高压锅内部就形成高温高压的环境,饭就容易很快做熟了。

当然,高压锅内的压力不会没有限制,要不就成了炸弹。

为什么不能在玻璃上滑行

滑冰运动

滑冰运动不仅能够锻炼、增强人体的平衡能力、协调能力以及身体的柔韧性,同时还可增强人的心肺功能,提高有氧运动能力。它还能够有效地锻炼下肢力量,十分适合开车族。还有很好的减肥效果。对于青少年来说,滑冰有助于孩子的小脑发育。穿上冰刀在冰面上尽情奔驰,豪情一番,不仅放松心情,更能获得融入自然的乐趣。

滑冰是一项观赏性很强的运动,但这项运动也有局限性,只能冬天在北方户外才有冰可滑,而其它季节或在南方户外都无冰可滑。当然,在体育馆里,人们也可以用人工制冰的方法在夏天造出冰来,进行速滑或花样滑冰表演。但是由于人工制冰的成本太高,除了重大比赛之外,一般人还是无法享受在人造冰上滑冰的乐趣。

可以在“玻璃”上滑冰吗

滑冰运动深受人们喜爱,于是有人就提出一个问题:既然人们可以在光滑的冰面上滑行,那么,玻璃也是很光滑的,而且价格比人造冰便宜得多,能不能用玻璃做“冰面”来滑冰呢?