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阿基米德能举起地球吗 “给我一个支点，我就能举起地球。”相传这是古代发现杠杆原理的力学家阿基米德说的话。我们在波卢塔克的书里读到：“有一次，阿基米德写了一封信给叙拉古国王希伦，他同这位国王既是亲戚，又是朋友。信里说，一定大小的力可以移动任何重量(1)。他喜欢引用有力的证明，补充说：如果还有另一个地球的话，他就能到上面去，把我们的地球移动。”阿基米德知道，如果利用杠杆，就能用一个最小的力，把不论怎样重的东西举起来：只要把这个力放在杠杆的长臂上，而让短臂对重物起作用。因此，他又想到，如果用力压一根非常长的杠杆臂，他的手就可以举起质量等于地球的重物(2).然而如果这个古代伟大力学家知道地球的质量是多么大，他也许就不会这样夸口了。让我们设想阿基米德真的找到了另一个地球做支点，再设想他也做成了一根够长的杠杆。你知道他得用多少时间才能把质量等于地球的一个重物，哪怕只举起1厘米呢？至少要 30万亿年！地球的质量天文学家是知道的。质量这样大的物体，如果把它拿到地球上来称的话，它的重力大约是：6 000 000 000 000 000 000 000吨,如果一个人只能直接举起60千克的重物，那么他要“举起地球”，就得把自己的手放在一根这样长的杠杆上，它的长臂应当等于它的短臂的100 000 000 000 000 000 000 000倍简单地计算一下就可以知道，在短臂的那一头举高1厘米，就得把长臂这一头在宇宙空间里画一个大弧形，弧的长度大约是1000 000 000 000 000 000 公里这就是说，阿基米德如果要把地球举起1厘米，他那扶着杠杆的手就得移动大到这样不可想象的一个距离！那么他要用多少时间才能做完这件事呢？如果我们认为阿基米德能在1秒钟里把60千克的重物举高1米，那么，他要把地球举起1厘米，就得用去1 000 000 000 000 000 000 000秒 即30万亿年！可见阿基米德就是用一辈子时间按着杠杆，也不能把地球举起极小的一段距离。不管这位天才的发明家怎样聪明，他也没法显著地缩短这段时间的。“力学的黄金律”告诉我们，任何一种机器，如果在力上占了便宜，在位置移动的距离上，也就是在时间上一定要吃亏。即使阿基米德的手能够运动得和自然界最大的速度——光速（300000公里每秒）——一样快，他也只能在做了十几万年的工作以后，才能把地球举起1厘米.（1） 在物理学中，重量概念已取消，应为重力。（2） “举起地球”这句话，我们指的是，在地球表面上举起一个质量等于地球的重物。
超导技术及其应用 在这个追求速度和效益的时代，人们越来越对一种现象感到不可容忍：电流在输送过程中时约有30%电能转化为无用的热量。导体尽管容易让电流通过，但导体仍有一些电阻，而超导体是不存在这个问题的唯一一类材料。超导体是这样一种物质：在低温条件下，它完全没有电阻，电流通过时不会有任何损失。最早的超导体是由荷兰物理学家卡末林-昂内斯在1911年发现的，当时他发现汞(水银)在热力学温度4.2K(-269℃)时就不再有电阻。到今天，人们已发现了许多种材料都能在一定条件下变成超导体。而最重要的条件是有极低的温度。一般都要在-200℃以下才会出现超导性质。当温度升高时，原有的超导态会变成正常的状态。超导体具有许多特殊的性质，当然最主要的是零电阻。人们做过实验,让电流在超导体制成的圆环中流动，电流可以流动一年而没有损失。人们通过对超导理论的研究，得到了对超导现象的深入认识。人们发现在超导体中，一些电子形成了特殊的电子对，因而使物体显示出超导性。超导体可以有非常大的用途，这也是各国科学家努力研究超导的重要原因。用超导体输送电能可以大大减少消耗，用高温超导体材料加工的电缆，其载流能力是常用铜丝的1200倍；利用超导体可以形成强大的磁场，可以用来制造粒子加速器等，如用于磁悬浮列车，列车时速可达500千米；利用超导体对温度非常敏感的性质可以制造灵敏的温度探测器。超导材料最诱人的应用是发电、输电和储能。由于超导材料在超导状态下具有零电阻和完全的抗磁性，因此只需消耗极少的电能，就可以获得10万高斯以上的稳态强磁场。而用常规导体做磁体，要产生这么大的磁场，需要消耗3.5兆瓦的电能及大量的冷却水，投资巨大。超导磁体可用于制作交流超导发电机、磁流体发电机和超导输电线路等。 经过70多年的发展，超导材料达到的最高临界温度只有23.2K，没有脱开液氦温度，而液氦价格昂贵，冷却效率低，很难广泛使用，目前超导体只在一些尖端的设备(如粒子加速器)上得到应用。 要让超导体得到应用就首先要有容易使用的超导体。人们现在正不断地寻找新的超导体，其主要方向就是寻找能在较高温度下存在的超导体材料，即“高温超导体”(这里的高温是相对而言的)。20世纪80年代末，世界上掀起了寻找高温超导体的热潮，1986年出现氧化物超导体，其临界温度超过了125K，在这个温度区上，超导体可以用廉价而丰富的液氮来冷却。此后，科学家们不懈努力，在高压状态下把临界温度提高到了164K(-109℃)。1998年中国科学家研制成功了第一根铋系高温超导输电电缆。这一成功极大地推进了中国高温超导技术的实用化进程。高温超导材料的用途非常广阔，大致可分为三类：大电流应用（强电应用）、电子学应用（弱电应用）和抗磁性应用。大电流应用即前述的超导发电、输电和储能；电子学应用包括超导计算机、超导天线、超导微波器件等；抗磁性主要应用于磁悬浮列车和热核聚变反应堆等。
大雪后为什么很寂静 在冬天，一场大雪过后，人们会感到外面万籁俱静。这是怎么回事?难道是人为的活动减少了吗?那么，为什么在雪被人踩过后，大自然又恢复了以前的喧嚣。 原来，刚下过的雪是新鲜蓬松的。它的表面层有许多小气孔。当外界的声波传入这些小气孔时便要发生反射。由于气孔往往是内部大而口径小。所以，仅有少部分波的能量能通过口径反射回来，而大部分的能则被吸收掉了。从而导致自然界声音的大部分能均被这个表面层吸 收，故出现了万籁俱寂的场面。而雪被人踩过后，情况就大不相同了。原本新鲜蓬松的雪就会被压实，从而减小了对声波能量的吸收。所以，自然界便又恢复了往日的喧嚣。
电视屏幕上为何有重影 在电视屏幕上常常会出现重影，有时很严重，甚至干扰图象的正常收看。如果改变一下接收天线的形状和方位，屏幕上的重影会跟着发生变化(有时可能会消失，但也不一定)。有时无论怎样调节，重影始终存在，只是稍有改善，也有一种重影是移动的，不必调整天线它会自行消失。那么这些重影是怎样产生的呢?电视机通过接收天线收到电视台发射来的被电视信号调制的电磁波，再经过机内电路对电波信号处理后在屏幕上再现出发射的图象。实际上接收天线接收到的电波有一部分是从电视台直射来的，但总有一部分是被周围建筑物等反射(散射)过来的，这就象我们白天在室内看书时，照射在书本上的日光，有一部分是太阳直射来的，但总有一部分是从周围物体上散射回来的。对于电视接收天线，它同样也会接收到从几个方向射来的电波。由于各个方向来的电波到达天线的路程长短不一，因此在时间上有差异，这样在电视屏幕上形成多个图象，产生多重影,.电视台发射的电波在空中传播时总要受到建筑物的影响。这种影响基本上可以分为两大类：一类是建筑物对电磁波的吸收和遮挡，在建筑物的后面造成一个电波的"阴影区"。在阴影区内，直射波的强度大大减弱，因而使从其它建筑物上反射来的电波显得相对突出了，表现在屏幕上是出现了重影。根据实际测量，在图象上刚刚能看出重影的主波和副波的强度比大致是20∶ 电影放映机 看过电影的人都会被那栩栩如生的画面和逼真的音响所吸引，也一定想知道，电影是怎样放映出来的。要放映电影首先要有电影胶片，它是电影工作者用摄影机拍摄、制作出来的有许多幅画面的透明胶片。而要把电影胶片变成画面和声音就需要电影放映机了。电影放映机的光学原理和幻灯机类似，也是用凸透镜作镜头把画面放大投射到银幕上。但电影放映机还有许多其他装置，保证能放映出连续运动的画面。电影胶片不像幻灯片那样是一幅一幅放映的，在电影放映机里人们设计了很复杂的机械，让胶片连续地经过镜头，速度达到每秒24幅画面。这样一幅幅的放映出来，利用了人的视觉暂留作用，观众就在银幕上看到了连续的画面，而且觉得非常自然，没有闪烁跳跃的感觉早期的电影是没有声音的，叫无声电影。有声电影的出现是在1906年，但那时的电影，画面和声音是不同步的。现在观众在欣赏电影画面的同时，也能听到美妙的音响，这是现代电影放映机的功劳。在制作电影胶片时，电影中的声音也被转换成不同的光信号记录在电影胶片的两边，电影放映机在放映画面时，也把胶片上的光信号还原成声音，通过音响设备播放出来，观众就欣赏到有声有色的电影了。一般的电影由一台放映机放映，观众看到的画面立体感不强。现在已经有了叫做“立体电影”的电影，这种电影使观众产生三维空间的感觉。这是由两台电影放映机同时放映，每台放映机放映出的画面略有不同，恰好与人的两眼看东西的差别相同(你轮流闭上一只眼用另一只眼睛看东西，就会发现左右眼分别看到的景象是有差别的)。观众在观看时要戴上特殊的眼镜，每只眼睛只看到一台放映机放映的画面，两眼看到的画面反映到大脑里，就形成很强的立体感，产生身临其境的效果。为了达到某些特定的效果，还常常采用一些特殊放映形式，如环幕电影、穹幕电影和巨幕电影等。现在，电影工作者还在研究“全息电影”，是用更先进的技术拍摄，用特殊的电影放映机放映，观众不用戴眼镜就能得到更逼真的感受。
电子的自述 你们好。让我来做自我介绍吧！我是原子中的电子，是宇宙电力公司的代表。本公司专门向您供应热、光、电能和您所需要的任何能量。这次我并不向您推销什么，而是向您阐明本公司的工作方法及承包的项目。 我们，大约1亿亿亿个电子合起来质量才约为1毫克。分散成个体，我们什么都不如；联合起来，聚成巨大的集团，就能成为推动一切的动力。我们如果举行罢工，星星就要停止发光，整个宇宙就要变得寒冷寂寞，毫无生气。我们这些居住在原子中的电子们都身带负电，围绕带正电的原子核做高速运动。我们流动起来就形成了电流。金属是我们的好朋友。我们最喜欢沿着像铜线那样铺设很好的线路旅行。它们给我们的阻力很小，是我们的良导体。不喜欢像玻璃、橡胶那样自私的材料，它们百般刁难我们，不让我们通过它们，是我们的绝缘体。像硅、硒、猪等，它们有时和我们友好，但又不是真心真意的，要小心眼儿，是我们的半导体。电有正电和负电两种，我们有个怪脾气，同性相斥，异性相吸。我们发怒的时候，会在空中开展激烈搏斗——雷电交加还伴随着暴风雨呢！在空中，有时我们顺着楼顶、树尖来到地下，一路上电闪雷鸣，那时候您千万别在高楼、大树下，发怒时我们六亲不认。我们从电厂沿导线跑出来就能使电灯发光，录音机唱歌，电报、电话、飞机导航、电视、电子计算机等都是我们承包的范围。亲爱的朋友，再告诉一件您千万要注意的事情。当我们在线路里成群结队通过时，您万万不能接触线路。那时候，我们最反对他人干扰我们的事情，我们会很不友好地狠狠教训他，轻者受伤，重者死亡。您要时时提高警惕想到我们的存在。您若需要和我们电子谈心的话，只要用塑料尺在头上擦几下，放在碎纸屑上就能见到我们。再见。您最恭顺的仆人和你们最强有力的统治者。 光圈指数中的规律 用过照相机的朋友会发现几乎所有照相机镜头的光圈环上都刻有同一组光圈指数：1.4 ，2 ，2.8 ，4 ，5.6 ，8 ，11 , 16 ，22 乍一看，这组光圈指数很不整齐，也不好记。难道照相机的设计师要跟用户过不去吗？ 细心的朋友会发现，光圈指数不整齐，却有规律：每隔一个指数，数值都扩大2倍；相邻指数之比都约等于。例如：1.4 ×2^(1/2)≈2 , 2×2^(1/2)≈ 2.8 ......为什么要这样设置光圈指数呢?让我们先看看光圈跟光圈指数的关系吧。调整光圈环，可以选择不同的光圈指数，从而改变镜头里面的光孔直径（光圈），以改变进入镜头的光的能量。你会发现，光圈指数小时，光圈变大。由于单位时间进入镜头的光的能量跟光孔面积成正比，即跟光孔直径平方成正比，而相邻指数之比都约等于，其相邻指数对应的光孔面积之比就约等于2。现在，我们不难理解照相机设计师的一番苦心了：光圈指数不整齐，为的是使单位时间进入镜头的光的能量变化整齐，即每开大一挡光圈（光圈指数小一档），单位时间进入镜头的光的能量扩大2倍。那么，为什么要调整光圈呢？我们知道，照相机是利用透镜成像的原理制成的，而像必须成在感光胶片上。当快门打开后，感光胶片要接受一定的光能量（即底片正常曝光），才能得到好的底片。进入镜头的光能首先取决于被摄景物的亮度，而被摄景物的亮度既千差万别，又千变万化。要使曝光正常，就要根据景物亮度的不同来控制进入镜头的光能量。控制进入镜头的光能量通常靠调节光圈和快门速度来实现的。前面说过，光圈大小可以控制单位时间进入镜头的光的能量，而快门速度可以控制光进入镜头的时间。 在拍摄运动的对象时，如果快门速度太慢，拍出的照片就会模糊不清。提高了快门速度，光进入镜头的时间就变短，只有相应地调大光圈（减少光圈指数），以便加大单位时间进入镜头的光的能量，才能保证获得正常的曝光量。 照相机的快门速度的级别也是按2倍关系设置的：250 , 125 , 60 , 30 , 15......分别代表1 / 250秒 , 1 / 125 秒, 1 / 60秒 , 1 / 30秒 , 1 / 15秒......于是，快门速度每改变一级，光进入镜头的时间变化2倍。正因为光圈指数和快门速度的级别都是按照2倍关系设置的，才会给用户调节带来方便：如果用户选快门速度为60（1/ 60秒），光圈指数为11时，底片正常曝光，那么，当他根据需要（如拍摄较快运动的物体）将快门速度改变为125（比原来大一级）时，只需将光圈指数调整为8（光圈也比原来开大一挡），底片依然正常曝光。现代的照相机，大多是用电子装置自动控制曝光量的，其依据也是这个道理，只不过用户不必去反复调节光圈和快门就是了。 致冷机 炎热的夏季，在装有空调的房间里，吃着从冰箱里拿出的冷饮，这都是致冷机的功劳。致冷机是使某一空间内的温度低于环境的温度并保持这个低温的装置。空调和冰箱都属于致冷机，可以吸收热量、降低温度。它们是怎样致冷的呢？人们发现，气体被压缩成液体时会放出热量，而让液体汽化并自由膨胀时，气体温度会降低又能吸收热量。这就是致冷机工作的原理。冰箱的核心部分叫压缩机，压缩机中储存着一些导热性很好又易于液化的气体，称为致冷剂。压缩机工作时，致冷剂被压缩温度升高，通过散热装置传递到冰箱外边，在冰箱的背面有许多金属管子就是冰箱的散热装置，压缩机工作时它们变得很热。致冷剂的热量被吸收后冷却为液体，又被运送到冰箱内部的管道里，在那里它们又汽化并自由膨胀，吸收储存物品的热量，使冰箱保持很低的温度。 压缩机并不是总在工作，当冰箱里降低到人们需要的温度时，压缩机就停止工作，直到温度上升到一定程度时，才会再启动。冰箱的工作过程实际是把低温物体(储藏的物品)中的热量传递给高温物体(冰箱外的空气)。这样的过程不能像热传递那样自发进行，必须靠外界输入能量，所以压缩机要消耗电能才能工作。空调致冷的原理和冰箱类似，不过空调还有加热装置，在寒冷的冬天，又能使屋里保持温暖。今天冰箱已经成为现代家庭必备的一种家用电器了，它的性能越来越完善，功能也越来越多。空调也正逐步走进人们的生活。现在，科学家们正努力寻求一种化学物质代替现在冰箱、空调所用的致冷剂──氟利昂，以保护大气层中的臭氧层不受氟利昂泄漏的破坏。 |
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