书城童书凉开水可以养鱼吗:最不起眼的大学问
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第6章 “朝霞不出门,晚霞行千里”——出门碰到的学问(2)

只要磁悬浮列车是通电的,车身就会处于悬浮状态,因此即使是进站停靠,列车也是悬浮的。断电后,由于没有电流通过,磁力就会消失。

十二、为什么飞机不像鸟儿一样拍翅膀?

飞机和鸟类同样都在空中飞行,但飞机的机翼一动也不动,鸟类的翅膀却经常在上下拍动。鸟儿难道不知道疲倦吗?为什么它不让自己的翅膀也像飞机那样固定在一个位置上呢?

看起来,似乎飞机“聪明”而鸟类“笨”。但事实恰恰相反。就飞行本领来说,鸟类比飞机“巧”得多。

现代的飞机,不论是军用的还是民用的、大飞机还是小飞机,都必须同时具备两样东西才能飞上天去。这两样东西,一是机翼,二是推进器。飞机的机翼,用来产生升力,把飞机悬托在天空中;而飞机的推进器,则用来产生拉力或推力,驱使飞机向前飞行。如果没有推进器而光有机翼,那就变成了滑翔机。滑翔机只能依靠别的力量拖上天去,自已是不能独立升空的。由此可见,飞机的机翼在飞行中只起支持的作用,而没有推进的能力。

可是鸟类的翅膀就不同了。鸟类是没有推进器的,发动机就是它本身,而推动它前进的,就是靠它的翅膀。因此,鸟类的翅膀同时要完成两项任务:一是产生升力把自己悬在空中,二是产生推进力使自己前进。只有拍动翅膀,鸟儿才能同时产生升力和推进力。所以飞机机翼可以固定不动,而鸟类的翅膀却要上下拍动。

十三、飞机在南、北方为何滑行不一样?

大家都知道,民航客机从地面升人高空,除直升飞机外,都必须借助机场跑道高速滑行,并且达到起飞速度后方可离地升空。然而,民航客机在我国南方机场的滑行距离比在北方机场的滑行距离要长,这一点可能鲜为人知。

根据理论推算得知,当实际气温比标准气温高10℃时,飞机起飞时的滑行距离就要增加10%~11%。这是什么缘故呢?原来,按照空气动力学的原理,飞机的前进速度与空气的密度关系很大。一般情况下,当气温较高时,空气的密度减小,使得发动机的推力或螺旋桨的拉力减小,飞机的前进速度相对慢一些。在这种情况下,要使飞机达到规定的起飞速度,就必须加长飞机在跑道上的滑行距离。当气温降低时,空气的密度增大,飞机增速快,相对于温度高时,飞机就可以缩短在地面的滑行距离而达到规定的起飞速度。

我国南方夏季气温一般都高于北方,所以民航客机在我国南方机场起飞时,其在地面的滑行距离就比在北方机场滑行距离要长。与此相适应,我国南方机场跑道设计的长度,一般都比北方机场的长。飞机着陆时,其降落后的滑行距离也同样受气温影响,对跑道的要求也是南方长于北方。

十四、飞行服上为什么没有纽扣?

飞行服是为适应空中飞行的特殊要求而设计的一种服装,它具有很多与众不同的优点,比如良好的保温、密闭性能和极强的减轻颠簸、抗晕厥能力等。但是,飞行服还有一个与其他军服截然不同的特点,那就是在飞行服上找不到一粒纽扣。那么,飞行服上为什么没有纽扣呢?

最初,飞行服同其他军服一样,也是有纽扣的,而且军服上的纽扣设计得很新颖,与飞行服巧妙配合,使飞行服显得更加漂亮。但是,就是飞行服上的一粒小小的纽扣,却引发了一起意想不到的严重事故,从而震撼了整个欧洲。事情发生在20世纪50年代。在西欧某国组织的一次海、陆、空三军联合军事演习中,一名有多年飞行经验的优秀飞行员,驾驶一架最先进的战斗机执行既定的飞行任务。可是,飞机刚刚离开地面,两翼就突然在空中剧烈地震动了几下,随后便一头栽倒在跑道上,引起爆炸起火,造成了机毁人亡。

由于这种飞机是首次运用到军事演习中,为确保万无一失,飞行前主管部门提出了极高的技术要求,地面勤务人员对飞机实施厂多次全方位的检测,以保证飞机飞行的绝对安全,所以这次事故的发生令所有人都大为震惊。后来,有关专家对各种飞行资料进行了仔细的调查分析,发现飞机失事的原因简直难以使人相信。原来是飞机起飞时,飞行员衣服上的一粒纽扣脱落后掉进了仪器中,使仪器不能正常工作,影响了飞机的飞行,从而造成了这一严重的后果。

飞行事故发生后,为了使空军飞行服的式样有利于作战和行动,该同决定将飞行服上的纽扣去掉,改用尼龙搭扣。此后,各国纷纷效仿,“无纽扣”便成为制做飞行服的一个基本要求。所以,现在的飞行服上都没有纽扣了。

十五、如何用手表确定方向?

很多人出门时对方向不是很敏感,尤其旅游时更是辨不清方向,这种情况下只要你戴着手表,借助手表就可以粗略地确定南北方向了。

在北回归线以北地区,把手表平置,时针指向太阳方向,在中午12点前,按顺时针方向,时针与12点刻度线之间所成夹角的角平分线方向为南方;在中午12点后,按逆时针方向,时针与12点刻度线之间所成夹角的角平分线方向为南方。需要注意的是,利用手表辨别方向,应当采用当地的地方时间。如乌鲁木齐的地方时间是北京时间减去2小时9分钟;另外,在北回归线以南不能使用这些方法,因为越靠近赤道,阳光几乎直射,很难用手表来辨别方向。

还有一种方法,就是把当前的时间除以2,把所得的商数对准太阳。表盘上12点所对的方向就是北方。例如,现在是上午8点,除以2,商数为4,将表盘上的4点对准太阳,12所对的方向就是北方。如果是下午,应以24小时计时法进行计算,如下午4点,就要按16点计算。

十六、金属也会“疲劳”吗?

如果将铁丝沿中线反复弯折,你会发现,不久后弯折处就会变得滚烫,而且轻易就能掰断。细小的铁丝是这样,厚厚的钢板也是这样,几乎所有的金属总是很容易沿反复弯折的地方变形裂开,其实,这就是金属疲劳。它给人类带来了极大的祸端。

1998年6月,德国的一辆高速列车从慕尼黑开往汉堡。列车开出40分钟后,车头与车体突然脱离,由于事发时车速高达每小时200千米,因此导致第二节车厢抛离轨道冲人树丛之中,后面的车厢则撞上行车天桥的拱位,使天桥主体倒塌。两名正在桥下工作的德国铁路员工被当场撞死。等肇事列车的火车头平稳驶进站台后,才发现后面的车厢全都不见了,这才意识到发生了事故。

这次列车出轨造成100多人死亡。事后经过调查,人们发现,事故发生的主要原因竟然是列车的一个车轮外钢圈因疲劳而突然断裂。在日常生活中,我们总会看到那些无比坚硬的金属,它们广泛地被应用到汽车、轮船、飞机的制造上。其实除了已知的优点外,它们也存在着短处,当各种外力反复作用时,就会产生疲劳状态,这就是金属疲劳。金属疲劳十分常见,只要发生了疲劳,金属就不能再恢复,于是便产生了严重的后果。当然,如果人们对金属疲劳有充分的了解,事故也就不会发生了。

为什么金属会产生疲劳呢?原来金属内部结构并不均匀,这就造成了单位面积上的内力传递不平衡,有的地方集中,有的地方分散。金属内部的缺陷处还存在着许多微小的裂纹,在力的持续作用下,裂纹会越来越多,能够传递的力也会越来越少,直到剩余部分不能再继续传递负载,金属构件就会全部毁坏。

2002年5月25日,台湾中华航空公司的一架飞机满载前往大陆旅游的乘客,从台湾飞往香港。起飞后不久,飞机就在澎湖外海失踪了。后来搜救队很快找到了飞机的残骸,机上的225人全部遇难身亡。相关部门在对失事飞机残骸检查时发现,机身残骸后段覆盖的蒙皮边缘有疲劳损伤,并且有一条0.5米长贯穿机身的裂纹,相邻的还有多处损伤。

通过对残余强度的分析,专家发现,失事飞机在正常负载时,当裂纹长度超过1.93米后,附近的残余强度就会处于临界极限,导致飞机解体。这架飞机由于镀铝层挤压变形使它的连续裂纹长度大于2.36米,这样的情况足以导致飞机解体。究竟是什么原因引发的这场灾难呢?原来这架飞机的机龄早已超过22年,并且年久失修,再加上飞机尾段修补后的蒙皮因金属疲劳而出现裂缝,最终酿成这场事故。

1979年5月25日,一架满载乘客的美国三引擎巨型喷气客机从芝加哥起飞。在飞行不久之后,飞机就失去了左边的一具引擎,随即着火燃烧,然后爆炸坠地。机上273名乘客和机组人员全部遇难,这是世界航空史上最悲惨的事件之一。事后有关当局对失事飞机残骸检查后发现,这架飞机上连接引擎与机翼的螺栓因金属疲劳而折断,从而导致引擎燃烧爆炸。

良驹奔跑千里,终会疲倦;人通宵达旦不休息,难以支撑。金属器械长期使用也会出现疲劳症状,甚至粉身碎骨。德国学者发现金属受外力作用时总会发出细微的声音,于是科学家从中得到启迪,发明了诊断“疲劳病”的检验仪。为防止螺钉等连接件出现金属疲劳,便在螺钉小孔内注入了红色颜料。当螺丝负荷过大时,醒目的“鲜血”便慢慢地往外渗出,从而起到了报警作用。当汽车弹簧加入了稀有金属后,就能够很好地克服金属疲劳,哪怕经过上千万次的冲击,仍未出现疲劳断裂的痕迹。尽管金属疲劳危害很大,但未来人们肯定会想出更多的方法来克服它。

为了克服金属疲劳,人们把金属送到远离地面的宇宙飞船内进行冶炼。1981年,日本发射火箭到326千米的高空,火箭内装有3个电炉,以镍、硅、碳化钛为原料制造各类合金,并成功地进行回收。失重状态下的金属液体不存在对流,这样就能控制热量传递,得到质地极为均匀的金属,能很好地抗疲劳。

一、晴天的天空为什么是蓝色的?

在无云的晴天,天空多是蔚蓝色的。可是仔细观察一下,这种颜色也是随时在变化的,有时深一些,有时发白。这是为什么呢?大家知道,在空气里飘浮着很多细小的微尘和水滴,它们都能对太阳的混合光起分散的作用,在光学中叫做“散射”。空气中微尘和水滴的散射能力和光波的长短有关,光的波长越短,散射能力越大。在太阳的混合光中,紫光的波长最短,散射能力最大。太阳光线射人大气时,最初散射最强的是紫光。但是,紫光在没有到达地面之前,就已被散射掉了,接近地面的紫光很少,而蓝光最多,所以我们在地面看天空是蓝色,而在高空则逐渐变成紫色。

如果空气中含有很多较大的水滴和微尘时,也可以散射波长较长的黄、红、绿等色的光,所以有时天空颜色有些发白。在中午前后,太阳光直射地面,通过较薄的空气层,蓝色光很容易散射,所以天空是蔚蓝色的。如果是在傍晚或早晨,南于太阳斜射地面,通过较厚的空气层,蓝光在没有到达地面前就被散射掉了,而红色和橙色的光却被散射到地面上来,所以天空就会发白,有时还会出现彩霞。

二、火烧云是如何形成的?

清晨,太阳刚刚出来的时候,或者傍晚太阳落山的时候,天边的云彩常常是通红的一片,像火烧的一样,人们把这种通红的云叫做火烧云。那么,火烧云是怎样形成的呢?

太阳是由红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫七色光混合成的。红光穿过空气层的本领最大,橙、黄、绿光次之,蓝、靛、紫光最差。中午,天上没有云的时候,悬在空中的雨滴少,加之此时空气层又较薄,太阳光里的红、橙、黄、绿色光几乎全部通过,只把蓝、靛、紫色光拦住,而这几种光中,又数蓝色光反射得最多,所以把整个天空染成了蓝色。太阳升起或落山的时候,太阳光射到地面上,由于要穿过的空气层比中午太阳当顶时厚一些,太阳光中的黄、绿、蓝、靛、紫光,在空气层里“行走”没有多远就会筋疲力尽,不能穿过空气层,只有红、橙色光可以穿过空气层探出头来,于是便将天边染成了灿烂的红色。

三、为什么会东边日出西边雨?

在夏天的午后,你只要留心就会发现,常常会有这样的情景:西边太阳高照,东边却哗哗地下着雨,这就是人们常说的“东边日出西边雨”“隔道不下雨”的现象。那么,为什么会出现这种有趣的现象呢?

雷阵雨有个特点:大多发生在午后,并且大部分是由西向东前进。夏天,大地的表面不断地受到烈日照射,气温迅速上升,而且最热的时候是在午后一两点钟,这时候,含大量水蒸气的热空气因受热而不停地猛烈上升,形成大块的浓积云。当浓积云上升到7~8千米,甚至9千米的高空时,形成了雷雨云。到了这么高的空中,云的顶部温度在0℃以下。因为温度降低,使空气中蕴藏着的大量水蒸气冷却凝结成水滴,水滴又相碰并增大,便落地成雨了。这就是夏季午后多雷阵雨的道理。

雷阵雨为什么大都从西往东运动呢?这是因为,在5千米以下的高空有一个完整的西风带,这里的风不管春、夏、秋、冬永远由西向东吹。所以,发生在西方的坏天气,总是要受到这个西风带的影响经过我们的头上,一股劲地往东边跑。这样,就是东边下了雷阵雨,我们这里和西边也不会受到影响。因此,往往会出现这种情况:几乎在同一个时候,东边虽然在下着雨,西边却是阳光灿烂的好天气。有这样一句气象谚语:“夏雨像堵墙,淋孩不淋娘。”意思是说,夏天的雷阵雨地方性很强,当母亲抱着孩子时,孩子那边被雨淋了,而母亲这边却滴水不沾。这种说法固然有点夸张,然而,类似的现象确实存在。

四、为什么雨后的空气最清新?

我们都有这样的常识,雷雨过后,不仅天空湛蓝,而且空气也变得格外清新,呼吸起来十分舒服。这是为什么呢?

原来,下雨的时候,闪电可以将空气中的部分氧气转化为臭氧。臭氧与氧气同属一个家族,它们的组成元素都是氧元素,但是二者之间却有明显的区别。一个氧分子由两个氧原子构成,而一个臭氧分子由三个氧原子构成。在常温下氧气是无色无味的气体。而臭氧却是具有美丽的天蓝色、略有臭味的气体。少量的臭氧。人们几乎嗅不到它的气味,它可以使空气变得清新,同时还具有很强的杀菌作用。所以人们可以利用它来净化空气,做饮用水消毒用的消毒剂,制造利用臭氧消毒的消毒碗柜等。

看起来,臭氧的功劳还是蛮大的,它为美化我们的生存环境做出了不少的贡献呢。

五、人真的能“呼风唤雨”么?

索马里每年都有许多小孩死于饥荒,亲眼目睹这样的画面,大家一定会想:“如果当地可以发展农业,这些小孩就不至于饿死了。”偏偏索马里长期缺乏灌溉用水以及生活用水,要是能够降下令人舒畅的雨水,不知该有多好。而随着科学技术的快速发展,这种愿望实现的可能已经近在眼前,那就是人工增雨。

人工增雨不能在天气晴朗的时候随心所欲地进行,而是要等到云层达到一定的量之后,再想办法促使云层提早开始降雨。