过山车中的物理学.doc

过山车中的物理学过山车是一项富有刺激性的娱乐工具。那种风驰电掣、有惊无险的快感令不少人着迷。如果你对物理学感兴趣的话。那么在乘坐过山车的过程中不仅能够体验到冒险的快感，还有助于理解力学定律。实际上，过山车的运动包含了许多物理学原理，人们在设计过山车时巧妙地运用了这些原理。如果能亲身体验一下由能量守恒、加速度和力交织在一起产生的效果，那感觉真是妙不可言。这次同物理学打交道不用动脑子，只要收紧你的腹肌，保护好肠胃就行了。当然，如果你受身体条件和心理承受能力的限制，无法亲身体验过山车带来的种种感受，你不妨站在一旁仔细观察过山车的运动和乘坐者的反应。 在施行刚刚开始时，过山车的小列车是依靠一个机械装置的推力推上最高点的，但在第一次下行后，就再也没有任何装置为它提供动力了。事实上，从这时起，带动它沿轨道行驶的唯一的“发动机”将是引力热能，即由引力热能转化为动能、又由动能转化为引力势能这样一种不断转化的过程构成的。第一种能，即引力热能是物体因其所处位置而自身拥有的能量，是由于它的高度和由引力产生的加速度而来的。对过山车来说，它的热能在处于最高点时达到了最大值，也就是当它爬升到“山丘”的顶峰时最大。当过山车开始下降时，它的势能就不断地减少（因为高度下降了），但它不会消失，而是转化成了动能，也就是运动能。不过，在能量的转化过程中，由于过山车的车轮与轨道的摩擦而产生了热量，从而损耗了少量的机械能（动能和势能）。这就是为什么在设计中随后的小山丘比开始时的小山丘那样的高度所需要的机械能了。过山车最后一节小车厢里是过山车赠送给勇敢的乘客最为刺激的礼物。事实丰，下降的感受在过山车的尾部车厢最为强烈。因为最后一节车厢通过最高点时的速度比过山车头部的车厢要快，这是由于引力作用于过山车中部的质量中心的缘故。这样，乘坐在最后一节车厢的人就能够快速地达到和跨越最高点，从而就会产生一种要被抛离的感觉，因为质量中心正在加速向下，尾部车厢的车轮是牢固地扣在轨道上的，否则在到达顶峰附近时，小车厢就可能脱轨甩出去。车头部的车厢情况就不同了，它的质量中心在“身后”，在短时间内，它虽然处在下降的状态，但是它要“等待”质量中心越过高点被引力推动。到达“疯狂之圈”时，沿直线轨道行进的过山车突然向上转弯。这时，乘客就会有一种被压到轨道上的感觉，因为这时产生了一种表观的离心力。事实上，在环形轨道上由于铁轨与过山车相互作用产生了一种向心力。这种环形轨道是略带椭圆形的，目的是为了“平衡”引力的制动效应。当过山车达到圆形轨道的最高点时，事实上它会慢下来，但如果弯曲的程度较小时，这种现象会减弱。一旦过山车走完了它的行程，机械制动装置就会非常安全地使过山车停下来。减速的快慢是由气缸来控制的。背对前进方向为了使过山车更车刺激诱人，巴黎的迪斯尼乐园有一个字形的过山车，车上乘客背着前进方向入座，他们看不到也就无法预料将要发生的事情。安全装置过山车安装有安全系统，它能将车厢牢固地扣在轨道上：一个防脱轨的小轮子将车厢同轨道连在了一起。防折返装置在第一次上升期间，过山车被牵引到轨道的最高点上。“防折返装置”可以避免小列车向回折返，以防发动机发生故障时列车后退。影片中如何记录声音 我们大家看电影时, 会觉得演员的动作和对白非常连贯, 就如真实情景差不多但你若看外国产的配音电影, 有时却能看到动作与声音不协调的现象, 演员的嘴早已不动了, 声音却还没断, 这是什么原因呢? 通常电影影片中的声音是同动作一起记录在影片上的, 电影中的音乐、对白及音响效果, 是现代电影艺术不可分割的组成部分声音首先通过话筒变为电信号。声音传进话筒, 推动话筒中的膜片的振动, 与膜片相联的动圈也随着振动；动圈是放在永久磁铁的圆形空隙中的由于电磁感应, 在磁场中来回运动的动 圈就会感应出电流来声音越响, 膜片和动圈振动也越大, 感应出的电流就越强；声音频率发生变化时, 膜片和动圈振荡频率也随着变化, 动圈上就会感应 出与振动频率一致的电流信号来。这样, 声音高低及频率的变化, 就会表现为感应电流信号变化。 微弱的感应电流经过放大器放大, 再流过一个白炽灯泡随着电流的变化, 灯泡亮度也发生变化: 电流强, 灯就亮, 电流弱, 灯泡就暗, 这样就把声音信号经过电信号中转变成了光信 号了这时用一个聚光透镜把灯光聚焦后投射到电影底片上, 随着胶片不断移动, 使胶片能在拍摄演员动作的同时而感光声音强, 灯光亮, 感光也就多； 声音弱, 灯光暗, 感光就少这些电影胶片经显影定影后, 就成为电影的声带底片。再用这底片印成声带的正片。 还音时, 只需在声带正片上投射一束强度不变的光线, 当这光线透过胶片边缘那深浅不同或宽度不同的白道道 (声带) 时, 就变成了强度不断变化的光线。时明时暗的光 线, 经过光电管就变为时强时弱的电流信号, 这电流信号经过放大后, 送进场声器就播放出声音来了。 这种光学录音法要比磁录音麻烦, 所以现在大都采用在拍摄电影时, 先用磁录音方法录下各种声音。当影片拍完, 洗印电影时, 再用光录音法把磁带上的声音转录在电影胶片上。物体的颜色 透明体的颜色是由它透过的色光来决定的，例如：红玻璃只透过红光，洁净的水能透过全部色光，则水是无色的透明体。 不透明体的颜色是由他反射的色光决定的，例如：黄纸反射黄光，吸收其他一切色光，它就是黄色。白纸几乎反射各种色光，它就是白色的。如果某物体把几乎所有色光全部吸收，它就是黑色的。 各种色光都是由红，绿，蓝，3种基本颜色混合而成的，例如：红+绿=黄。烧开水时的发现 大家一定读过这么一个故事：一天瓦特在炉前替奶奶烧开水，当水烧开的时候他发现，蒸汽把壶盖顶起来了。善于思考的瓦特由此想到用蒸汽来做更吃力、更有用的工作。以后，故事演变下去，变成了瓦特发明了蒸汽机。 1736 年1 月19 日，瓦特出生了英国格拉斯哥城附近的格林诺克小镇。父亲是个木匠，家里很穷，他就跟着父亲做些木工活，从小养成了对制造机械的浓厚兴趣。十八岁时，瓦特到格拉斯哥城当徒工，学习制造教学仪器。后来他又去伦敦一个钟表店学习修理钟表，最后他又回到格拉斯哥城，在格拉斯哥大学当教学仪器修理工。 1761 年，大学里的一台纽考门蒸汽机坏了，让瓦特去修理。这可是难得的好机会。在修理时，他发现这台机器有很大的缺点，一个是活塞动作不连续；另一个是浪费蒸汽太多，而且动作缓慢，有点象老牛拉破车。于是瓦特决心改进这种机器，他花费好几年时间进行了大量实验。功夫不负有心人，瓦特终于成功地创造了高效率蒸汽机。图中展示了瓦特造出的一台单动式蒸汽机示意图。从图中可以看出，开始阀门A 打开，阀门B 关闭。从锅炉获得的蒸汽进入汽缸，蒸汽就推动汽缸中的活塞向上，通过机械机构就带动轮子转动。当活塞到汽缸顶部，阀门B 打开，阀门A 关闭，蒸汽就离开汽缸进入冷凝器，汽缸内压力就降低，在顶部的活塞由于大气压而达到底部，然后再关闭阀门B，打开阀门A，又开始重复上述过程。在以后的几年中，瓦特又经过多次改革，终于在1784 年制成了用于交通运输的火车、轮船动力的蒸汽机。瓦特蒸汽机的发明，带来了一场轰轰烈烈的欧洲工业革命。无线电波如何运载信息？ 我们知道，声音的频率为1620000 赫兹之间。但是，要把电磁波也这样发射出去显然是不行的，它会很快就衰减掉。我们的收音机一般用的中短波频率都在0.520 兆赫兹左右。那么用这么高频率的无线电波是如何把信息运载出去的呢？ 最早发展起来的运载方式是用被传送的信息来改变高频电波的幅度，这种方式叫“调幅”。它是用信息来控制晶体管输出，如果被传信息的能量大，则晶体管的大门开得就大，那么通过晶体管输出的载波幅度也就大；如果控制信息小，晶体管输出的载波幅度就小。通过调制后，波形就象一个倒放着的上下对称的小葫芦。 1936年左右，专家们又发展了一种用信息来改变高频电流频率的新的调制方式，称为“调频”。它是用信息改变晶体二极管（变容二极管）电容量的大小，来改变电振荡的频率。它的振幅保持不变，而频率却随着音频信号而变化。它的波形就象压缩得不均匀的弹簧一样。调幅波在空间传播时，其抗干扰能力很差，因此，用中、短波收听电台广播时，杂音往往很大。而调频信号则有很强的抗干扰能力，因此，收调频台就非常清晰。 随着数字通讯及无线电遥控的应用，在近代又发展起来一种用脉冲信息来控制高频信号的方式，这种方式称为“脉冲调制”。它主要用于雷达、遥测、遥控及数字通讯。逆 温 “人间四月芳菲尽，山寺桃花始盛开。”这两句诗描写的是：山脚下繁花似锦的季节已经过完了，而高山上山寺附近的桃花却刚刚盛开。诗中隐含的意思是高山上的季节比山下来得晚，进而推知山上的温度要比山下的温度低很多。现在我们大家都知道，地球大气的温度随着高度的增大而降低，每升高一公里，温度就要降低6左右。因此，在许多高山顶上温度都在零度以下，终年被雪覆盖。但是，温度也有反常的时候。例如夏天雨后初晴、月光普照的时刻，地面因降雨和辐射，温度急剧下降，贴地面的空气温度减小，出现高度上升温度增大的现象。通常把这种现象称为逆温现象，该大气层被称为逆温层。 那么逆温层是如何形成的呢？它的形成主要有以下三个原因： 一是空气的水平移动形成逆温层。白天在太阳光的强烈照射下，陆地要比海洋升温快。而陆地上被晒热的空气团在风的吹动下，移向海面，这样，海洋表面的空气温度就要比它上一层空气的温度低，使海面上的气温随高度上升而增加，形成了大气逆温层。 二是地面辐射冷却形成逆温层。在暖和季节的晴朗夜晚，白天被阳光晒得炽热的地面，将会辐射出大量的热量，使地面土壤的温度下降。这样，紧贴地面的空气都冷却了，而较高层的空气还没有来得及冷却，从而形成逆温层。这种逆温一般在日落后出现，午夜加强，黎明前最盛，日出时消失。 三是空气下沉压缩形成逆温层。地球上的空气常常会形成强烈的旋涡。旋涡方向为反时钟的叫气旋，顺时钟的叫反气旋。反气旋是一个高压区，中心压力最高，空气由中心向外围流。由于地面风的辐射扩散作用，空气向外流散，上面的空气往下沉，同时伴随压缩升温的过程。上层空气由压缩升温。从而形成了逆温层。 逆温层有时有利于电波传播，有时又妨碍电波传播。早晚的天空为什么是红色的？早晨和傍晚，在日出和日落前后的天边，时常会出现五彩缤纷的彩霞。朝霞和晚霞的形成都是由于空气对光线的散射作用。当太阳光射入大气层后，遇到大气分子和悬浮在大气中的微粒，就会发生散射。这些大气分子和微粒本身是不会发光的，但由于它们散射了太阳光，使每一个大气分子都形成了一个散射光源。根据瑞利散射定律，太阳光谱中的波长较短的紫、蓝、青等颜色的光最容易散射出来，而波长较长的红、橙、黄等颜色的光透射能力很强。因此，我们看到睛朗的天空总是呈蔚蓝色，而地平线上空的光线只剩波长较长的黄、橙、红光了。这些光线经空气分子和水汽等杂质的散射后，那里的天空就带上了绚丽的色彩。 俗话说早霞不出门，晚霞行千里，这就是说，早晨出现鲜红的朝霞，说明大气中水滴已经很多，预示天气将要转雨。如果出火红色或金黄色的晚霞，表明西方已经没有云层，阳光才能透射过来形成晚霞，因此预示天气将要转晴。死海不死在亚洲西部，离地中海不远的地方有一个内陆湖，叫做死海，死海里没有一条鱼，它的名字由此而来。为什么没有鱼呢？因为死海的水太咸了，每百千克海水中含盐二十千克以上。死海海水的密度太大了，比人体的密度大得多（人体的密度在1000kg/m3左右），所以人的身体只要有一半多浸没在水面之下，所受到的浮力就等于人受到的重力。人在死海里游泳时，可以躺在水面上看报纸，要想沉入水中可就要费好大的气力，潜入水中还会被海水托出水面。 死海的海水中矿物质很丰富，可以用来治疗一些皮肤病和湿疹。是世界上著名的游泳风景点和疗养地之一。为什么拉车比推车省力？手推车，使用方便，既可以推又可以拉。推和拉的用力方向跟水平线的夹角一样，是推车省力还是拉车省力？省力不省力，主要看车轮受到的阻力有多大。因为克服了阻力，车子才能前进。在地面条件相同的情况下，车轮对地面的压力越大，阻力越大，阻力大就费劲。反过来，压力小，阻力小，省力。推车的时候，用力的方向指向斜下方，它产生两个效果：一个分力向前，用来克服阻力，使车匀速前进；另一个分力竖真向下，加大了车对地面的压力，使阻力加大。拉车的时候，用力的方向指向斜上方，也产生两个分力；一个向前用来克服阻力；另一个竖直向上，减小了车对地面的压力，使阻力减小。因此，拉车的时候，需要克服的阻力小，也就省力一些。挑重担的人走路为什么像小跑步人在步行的时候，是左右脚交替着向前的，如果说得正确些，人的步行可以认为是一个接替一个跌倒动作。人在站立不动的时候，从人体重心引下的垂直线，总是在两脚形成的面积里，这叫做处于站立时的平衡状态。人在起步向前的时候，总是身体先向前倾，使从人体重心引下的垂直线越出底面，形成向前倾跌的趋势，接着立刻把后脚跨向前来维持新的平衡。所以我们说，一步一步地向前走，就是作一次一次的向前倾跌。这种倾跌趋势，跟人体的重量和跨出步子的大小是有关的。向前倾跌的趋势越厉害，迈出的那只脚，在着地时与地面冲击得越重，这样不但人要感到吃力，步子也不容易跨稳。挑着重担走路，等于人体的重量突然增加了许多，向前移步时的倾跌趋势就很厉害。缩小跨出的步子，可以适当减小这种倾倒趋势；迅速迈出后脚，可以防止真的跌倒。因此挑重担的人，走路的步子总是又小又急，这就成了小跑步了。还有，挑重担时步子短促，可以使速度均匀，这样担子也可以匀速地跟着人向前移动。如果步子又大又慢，担子就产生摆而不好挑了。为什么灌满水的瓶子不易破？有两个相同的玻璃瓶，一个空着，一个灌满了水，同时从相同的高度落到地面上，哪个瓶子容易破？一般说重的瓶子容易破。可是，当瓶子灌满水后，瓶子里的水还有另外一个作用，能减少瓶子的形变，反而使瓶子不容易破了。玻璃瓶破裂，大多是由于形变引起的。空瓶子落地，地对瓶子产生一个压力，瓶子从外向里形变，终于破裂。瓶子装满水，由于水是不可压缩的，从而减少了形变，使得瓶子不易破裂。瓶子里装满水，再拧紧瓶盖，就更不容易摔破了。我们吸汽水是吸上来的吗？我们用吸管吸汽水，总以为是嘴把汽水吸上来的。其实不是，用嘴吸，只吸走了吸管中的空气，至于汽水嘛，那是大气把它压到嘴里去的。原来，吸管中的空气被吸走后，管里面的汽水受到空气的压强变小，而瓶子里（吸管外）的汽水受到的压强是大气压强，这两个压强是不相等的，大气压强较大，就会把汽水压到嘴里去了。如果汽水瓶口盖一个塞紧了的软木塞，木塞中插着一根玻璃管，那末，你从玻璃管里吸汽水，至多能吸上一两口，就再也吸不到瓶里的汽水了。这个道理也简单，因为瓶外的大气无法进入汽水瓶，大气也就无法把汽水压到嘴里去了。不拔掉瓶塞，还能喝到汽水吗？虽然吸不上来，但能不能吹上来？对着玻璃管向瓶子里吹气是个办法。吹气，增加瓶内的气体，增加了瓶内气体的压强。瓶内的气体压强变大以后，就会把汽水从玻璃管里压出来，这时，只要嘴不离开玻璃管，就能喝到汽水。往瓶里吹气越多，压强增加得越多，就可以顺利地喝到汽水。喝掉一些汽水以后，瓶内的气体体积变大、压强降低，就喝不到汽水了。再吹气，又能继续喝到汽水。什么是蓄能电站？ 抽水蓄能电站不同于一般的水力发电站。一般的水力发电站是只安装发电机，将高水位的水一次使用后弃之东流。抽水蓄能电站安装有抽水发电两用机组，又有抽水，又能发电。在白天和前半夜，水库放水，高水位的水通过两用机组，此时两用机组作为发电机，将高水位的水的机械能转化为电能，向电网输送。解决用电高峰时电力不足；到后半夜，电网处于用电低谷，电网中不能储存电能，这时将两用机组作为抽水机（两用机组可作反向旋转），利用电网中多余的电能，将低水位的水抽向高水位，并注入高水位的水库中，这样，在用电低谷时把电网中多余的电能转化为水的机械能储存在水库中。到用电高峰，水库放水，又将水的机械能，通过发电机转化为电能，向电网输送。水库中的水多次使用，与两机组一起，完成能量的多次转化。高水位水库储存了大量低水位的水，相当于储存电网中多余的电能，解决了电能不能储存的问题。由于用电高峰和低谷的电价不同，高峰电价高，低谷电价低，这样使抽水蓄电站的经济效益也大大提高了。纳米走近我们生活1 纳米是什么随着科学家的一次次努力，纳米这个几年前对我们十分生疏的字眼，眼下却频频出现在我们的视野里。纳米是一个长度单位，1纳米等于十亿分之一米，20纳米相当于1根头发丝的三千分之一。90年代起，各国科学家纷纷投入一场纳米战；在0.10至100纳米尺度的空间内，研究电子、原子和分子运动的规律和特性。2 中国人贡献1993年，中国科学院北京真空物理实验室操纵原子成功写出中国二字，标志着我国开始在国际纳米科技领域占有一席之地，并居于国际科技前沿。1998年，清华大学范守善小组在国际上首次把氮化镓制成一堆纳米晶体。同年，我国科学家成功制备出金刚石纳米粉，被国际刊物誉为：稻草变黄金-从四氯化碳制成多刚石。1999年，北京大学教授薛增泉领导的研究组在世界上首次将单壁纳米管组装竖立在金属表面，并组装出世界上最细且性能最良好的扫描隧道显微镜用探针。中科院成会明博士领导的研究组合成出高质量的碳纳米材料，被认定为迄今为止储氢纳米碳管研究领域最令人信服的结果。中科院物理所研究员解思深领导的研究组研制出世界上最细的碳纳米管-直径0.5纳米，已十分接近碳纳米管的理论极限值0.4纳米。这个研究小组，还成功地合成出世界上最长的纳米碳管，创造了3毫米的世界之最在主题为纳米的争夺战中，中国人频频露脸，尤其在碳纳米管合成以及高密度信息存储等领域，中国实力不容小觑。3 纳米走近我们的衣、食、住、行科学界的努力，使纳米不再是冷冰冰的科学词语，它走出实验室，渗透中国百姓的衣、食、住、行。居室环境日益讲究环保。传统的涂料耐洗刷性差，时间不长，墙壁就会变得斑驳陆离。现在有了加入纳米技术的新型油漆，不但耐洗刷性提高了十多倍，而且有机挥发物极低，无毒无害无异味，有效解决了建筑密封性增强所带来的有害气体不能尽快排出的问题。人体长期受电磁波、紫外线照射，会导致各种发病率增多或影响正常发育。现在，加入纳米技术的高效防辐射服装-高科技电脑工作装和孕妇装问世了。科技人员将纳米大小的抗辐射物质掺入到纤维中，制成了可阻隔95%以上紫外线或电磁波辐射的纳米服装，而且不挥发、不溶水，持久保持防辐射能力。同样，化纤布料制成的衣服因摩擦易产生静电，在生产时加入少量的金属纳米微粒，就可以摆脱烦人的静电现象。白色污染也遭遇到纳米的有力挑战。科学家将可降解的淀粉和不可降解的塑料通过特殊研制的设备粉碎至纳米级后，进行物理结合。用这种新型原料，可生产出100%降解的农用地膜、一次性餐具、各种包装袋等类似产品。农用地膜经4至5年的大量实验表明：70到90天内，淀粉完全降解为水和二氧化碳，塑料则变成对土壤和空气无害的小颗粒，并在17个月内同样完全降解为水和二氧化碳。专家评价说，这是彻底解决白色污染的实质性突破。从电视广播、书刊报章、互联网络，我们一点点认识了纳米，纳米也悄悄改变着我们。人能耐受多高的温度 英国有两位物理学曾做过以下试验：他们钻进了烤面包的炉子，而这时炉内干燥空气的温度竟达160，两人却安全地在炉内呆了几个小时。这可不是神话，而是千真万确的事实。那么，这究竟是什么道理呢？原来，这两位科学家在炉内站在垫板上，不直接接触炉底，也不碰炉壁，实际上他们处在干燥的空气之中，在干燥的空气里，人能用出汗的办法调节体温，汗水蒸发时，从紧贴人体的那层空气吸热，人体周围这层空气的温度就降低了。因此，人就能在温度比较高的环境中生活。同样是盛夏酷暑，我们往往会有这种感觉，空气干燥，即使气温高，也觉热得爽快；而空气潮湿的话，由于蒸发比较困难，就感到又闷又热，十分难受了。室内温、湿度多少为佳人体对外界环境温度、湿度的变化有一定的适应能力。但是，人体自身的调节有一定的局限性。为此，环境专家把从体对冷耐受的下限温度定为11，对热耐受的上限温度定为32。而空气相对湿度上限不宜超过80%，下限值不宜低于30%。 环境专家通过大量群体实验后提出最适宜于人的室内温、湿度是：冬天温度1825，湿度30% 80%；夏天温度2328，湿度3060%（风速在0.1米/秒0.7米/秒）。在此范围内感到舒适的人占95%以上。在装有空调的居室内，室温为1924，湿度为4050%时最为舒适。脑力劳动者，最合适的室温为18，湿度为40%60%。此时，人的精神状态极佳，工作效率高，考虑问题敏捷，能够触类旁通，举一反三。车中的光学知识 1 汽车驾驶室外面的观后镜是一个凸镜利用凸镜对光线的发散作用和成正立、缩小、虚像的特点，使看到的实物小，观察范围更大，而保证行车安全。2 汽车头灯里的反射镜是一个凹镜它是利用凹镜能把放在其焦点上的光源发出的光反射成为平行光射出的性质做成的。3 汽车头灯总要装有横竖条纹的玻璃灯罩汽车头灯由灯泡、反射镜和灯前玻璃罩组成。根据透镜和棱镜的知识，汽车头灯玻璃罩相当于一个透镜和棱镜的组合体。在夜晚行车时，司机不仅要看清前方路面的情况，还要还要看清路边持人、路标、岔路口等。透镜和棱镜对光线有折射作用，所以灯罩通过折射，根据实际需要将光分散到需要的方向上，使光均匀柔和地照亮汽车前进的道路和路边的景物，同时这种散光灯罩还能使一部分光微向上折射，以便照明路标和里程碑，从而确保行车安全。 4 轿车上装有茶色玻璃后，行人很难看清车中人的面孔茶色玻璃能反射一部分光，还会吸收一部分光，这样透进车内的光线较弱。要看清乘客的面孔，必须要从面孔反射足够强的光透射到玻璃外面。由于车内光线较弱，没有足够的光透射出来，所以很难看清乘客的面孔。 5 除大型客车外，绝大多数汽车的前窗都是倾斜的当汽车的前窗玻璃倾斜时，车内乘客经玻璃反射成的像在国的前上方，而路上的行人是不可能出现在上方的空中的，这样就将车内乘客的像与路上行人分离开来，司机就不会出现错觉。大型客车较大，前窗离地面要比小汽车高得多，即使前窗竖直装，像是与窗同高的，而路上的行人不可能出现在这个高度，所以司机也不会将乘客在窗外的像与路上的行人相混淆。计时手段的变迁古代人用漏壶、日晷等器具来计时。漏壶是用铜制成，分为播水壶和受水壶两部分，播水壶分二至四层，均有小孔，可以滴水，最后流入受水壶。受水壶里立箭，箭上划分100个刻度，箭随蓄水逐渐上升露出刻度数，用以表示时间。日晷是利用太阳影子的移动规律来测定时间的装置。古代日晷的晷面是石制的，有刻度，倾斜地固定在石柱上。晷针的铁的，安在晷面中心，与晷面垂直，晷针的影子投在晷面上，并随着太阳在天空中的方向移动，人们根据晷针影子在晷面上的位置来确定时间。显然这种计时方法比较粗略。300多年以前，意大利物理学家伽利略在比萨城里的一痤教堂里，发现吊灯在空中摆具有等时性，后来荷兰物理学家惠更斯利用摆的等时性制成了摆钟。用摆钟计时每天误差在几秒至几分钟。20世纪中叶，科学家利用石英晶体的振荡来代替普通钟摆的运动制成了石英钟，它具有很高的精确性和稳定性，每天的误差小于万分之一秒。现在，美、法、德、英、瑞士等国正全力以赴研制高精度原子钟。原子钟主要依据原子能够以不受温度和压力影响的固定频率振荡的原理制作成的，是目前人类最精确的时间测量手段。新的超高精度原子钟误差可望达到10亿年不超过1秒。从不倒翁搬不倒说起书桌上放着一个不倒翁，浑圆的身体，一张笑咪的脸，书读累了，你会去逗它一下，把它推倒了，可它马上又笑嘻嘻地站起来，好倔强的脾气。不倒翁告诉我们一个非常有用的物理知识，就是物体怎样才能平衡。放在地上的凳子，摆在桌面上的台灯都处于静止状态，在物理学上就叫做平衡，但是同学们是否注意到，同样是处于平衡状态的物体：一本书竖在桌子上，轻轻地用手一推，啪地一声便倒在桌子上，而不倒翁推倒了却一下又能站起来。这就是说，平衡里也有不同：一件东西立在那儿，轻轻地推一下，它晃了几晃又重新立稳，这种平衡叫稳定平衡；如果轻轻地一碰就倒，叫做不稳定平衡，不倒翁是稳定平衡，立在桌面上的书本、铅笔等是不稳定平衡。 不倒翁不倒的秘密在于它肚子底下的那个大泥坨，使不倒翁和桌子之间有一个很大的支持面，泥坨还使它的重心降得很低，所以特别稳定，倒了还能自己再站起来，站立在桌面上的书则不同，它的支持面非常狭窄，重心又很高，所以一碰就倒，因此，看一个物体稳定和不稳定有两个条件：一个条件是支持物体的面积的大小，还有一个条件是物体重心的高低。 走钢丝的杂技节目很惊险，是由于观众总害怕演员摔下来。杂技演员始终处于一个不稳定的情况下，演员必须不断小心地调整自己身体的姿势，保持身体的平衡，顺利地通过钢丝。 有一种看上去更加惊险的摩托车走钢丝，摩托车不仅在钢丝上行驶，而且车身的下面还挂着一个沉重的车厢，坐在车厢的演员还做出多种高难度动作，看上支使人觉得更加惊险，其实这个节目倒十分安全，因为挂在下面的车厢使整体的重心下降到钢丝绳的下面，反而成为一种十分稳定的平衡。 悬挂是一种最稳定的平衡。过去汽车大赛的时候，由于赛车车速太快，常常发生车翻人亡的悲惨事故，如今设计出一种新型的低悬挂型赛车，车轱辘很高，车厢很低，使汽车整个重心落在车轴的下面，等于把车身挂在了车轴的下面，所以把这种赛车弄翻很不容易。 你也许没有看到过悬挂在空中的火车，如果有这种为车你敢乘坐吗？目前许多国家下在发展这种火车，它的名字叫单轨列车。它只有一条架在空中的铁轨，车厢挂在下面，实际上它比双轨火车还要安全。单轨列车是一个曾经在沙漠工作过的法国工程师拉尔廷纽为了解决沙土经常掩埋沙漠中的铁轨而设计出来的。据说他受到沙漠之舟-骆驼背上分佳在两侧的货物的启发，想到可以将车厢横跨在铁轨的两边，使重心低于铁轨，这样列车就不会翻倒，铁轨也不会被沙土掩盖，列车还可以跨过河流、沼泽地区，又不占农田，从空中通过，因此这个设计受到了人们的欢迎。轮胎的花纹你一定注意到汽车、自行车等橡胶轮胎上都有凸凹不平的花纹。加这些花纹，目的是增加轮子与地面间的摩擦力，防止轮子在地面打滑。早在1892年前后，人们制造车轮时就开始在轮胎上加花纹了，当时的花纹都很简单，随着车辆速度、载重量的提高，路面的改进，轮胎花纹也在不断变化 ，以适应新的要求。现在的轮胎花纹大致分为通用、高越野性和联合式花纹三大类。而它们的几何形状有纵向直线、横向直线、斜线、块形和混合式等五种，各种花纹适合不同的行驶情况。例如，公共汽车轮胎上常见的是纵向直线型和锯齿型花纹，适合在硬性路面上行驶，可以消除噪声，也称无声花纹。车辆在荒野及松软土地上行驶，适宜使用高越野花纹，它块大、沟深，行驶时不容易陷在沟里，却很能啃泥，使轮子不打滑，拖拉机、起重机常在较疏松的泥地行驶，特别适合选用这类花纹的轮胎。联合式花纹轮胎适应性强，既能在硬性路面上行驶又可在松软路面上行驶，甚至可以在冰雪路面上行驶，因此使用最为广泛。人类向太空探索的几项重大突破1957年10月4日苏联发射世界上第一颗人造卫星。1961年4月12日苏联著名宇航员加加林乘坐东方号宇宙飞船绕地球飞行一周，成为世界上第一个飞出地球的人。1969年7月20日美国宇航员尼尔阿姆斯特朗乘坐阿波罗11号宇宙飞船登上月球，成为世界上第一个登上月球的宇航员。1971年4月苏联第一个礼炮号空间站发射上天；属于第三代的空间站和平号于1986年2月20日由质子号运载火箭送入近地轨道。1976年美国发射的海盗号飞船第一次登陆火星。1988年11月15日莫斯科时间6时，苏联的拜科努尔航天中心成功地发射了第一架航天飞机暴风雪号。1995年6月7月美国阿特兰蒂斯航天飞机和俄罗斯和平号轨道空间站首次对接成功。1996年12月16日俄首次成功地在和平号轨道站培育并收获第一批太空小麦，这次实验采用的是墨西哥矮小型杂交小麦，从播种到成熟仅用97天，与地球上的生长周期相同，这证明生物在太空是可以生长发育的，对于人类在未来星际飞行中解决食品问题具有重要意义。中国的长征火箭与同步卫星中国具有同步轨道卫星发射能力，是从长征三号运载为箭开始的。当时它的同步卫星发射能力是1.4t，此后中国改进和加强了长征三号第三级氢氧发动机的能力，使之成为长征三号甲，同步轨道发射能力提高到2.5t。中国还以长征二号火箭为芯级，周围捆绑4台助推器，形成了长征二号捆绑式火箭，即长二捆，英文为LM-2E，同步轨道发射能力为3.14t。随着世界同步通信卫星性能的提高，卫星也越来越重，需要火箭运载同步卫星的能力也越来越大。中国最早的东方红一号通信卫星，只有4个转发器，长征三号1.4t的发射能力即可满足要求，到了望4个转发器的东方红三号，就需要有长征三号甲2.5t的同步轨道运载能力，它也能运载世界上有代表性的美国休斯HS376同步卫星。而具有48个转发器的休斯HS601卫星，就必须由长二捆那样的火箭来发射。当最新一代的劳拉通信卫星出现时，它带有30个C波段转发器和24个KU波段转发器，性能比前一代跨进了一大步，物重也增到了3.77t。为了适应世界商用通信卫星市场的最新发展，中国研制了新型长征三号乙火箭。在长征三号甲的基础上，捆绑4台助器，将芯级储箱加长，使火箭芯级发动机能工作更长时间，加大了推力，达到了能将5t有效载荷送入同步轨道的能力。这就是说，目前中国的长征系列火箭，已能发射当今世界上所有的同步轨道通信卫星。流星雨在天文学中，沿着同一轨道绕太阳运行的大群流星体称为流星群。流星群与地球相遇时人们会看到天空某一区域在一定时间范围内流星数目显著增多，大大超过通常偶然出现的流星数，就像下雨一样，这种现象称为流星雨。在发生流星雨时，可高达每小时十几条到几十条，但在发生流星暴雨时，可高达每小时 几千条乃至几万条。流星雨主要是由慧星引起的。当某彗星绕太阳运行经过其轨道近日点（距太阳最近点）附近时，受太阳热辐射作用，慧星温度升高后喷发出的大量碎块随着慧星的运行而在其轨道上形成碎块密集区，当地球穿过该区域时受地球引力作用，大量碎块高速进人大气层并发生激烈摩擦，温度急剧升高而使碎块烧毁并发出明亮光线。当流星的辐射点（所有流星运动轨迹反向延长线的交汇点）处于某星座天区时就称为某星座流星雨，如狮子座流星雨、英仙座流星雨、猎户座流星雨等。我国古籍中对流星雨有很多记载。竹书纪年统笺中关于“帝癸十五年，夜中星殒如雨”的记载说的是公元前16世纪商朝出现的一次流星雨，这也是世界上最早的关于流星雨的记录资料。春秋记载了鲁庄公7年（公元前687年）的一次流星雨：“夏四月，辛卯，夜，恒星不见，星殒如雨。”这是关于天琴座流星雨的最早记录。宋书记载有发生在南北朝刘宋元嘉二十年二月乙末（公元433年4月9日）夜晚的一次流星雨：“有流星大如桃，出天津，入紫宫。须臾有细流星或五或三相续，又有一大流星从紫宫出，人北斗魁。须臾又有一大流星出，贯索中，经天市垣，诸流星并北行，至晓不可称数。”这是关于宝瓶座流星雨的观测记录。 很多天象的出现时间，方位可根据推算事先预测出来，但现代科学对流