《物理故事百篇》.docx
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《物理故事百篇》
291测量高温的“尺子”
一百多年前，德国物理学家塞贝克在实验中发现，拿两根不同的金属棒，将它们的两端分别焊接起来，组成一个闭合电路。
然后把一个接头在火炉上烧，另一个接头保持温度不变，奇怪，放在电路旁边的小磁针竟发生了偏转，这是怎么回事呢？
原来，金属棒的两个接头之间温度有了差别，使其中产生了电流。
两个接头处的温差越大，电流也越大呢。
这种由温度差产生的电流现象，叫做“热电效应”。
人们根据“热电效应”，将两种不同性质的金属导线的一端焊接在一块儿，称为热端，没有焊接的另一端，称做冷端，连接一个指示仪表，就制成了热电温度计。
测温时，只要将热端插入需测量的物体内，而保持冷端的温度不变，比如放在冰水混合物中保持0℃，指示仪表立刻会显现出被测物体的温度是多少，可方便啦。
像一座大型炼铁高炉，就得用上百支热电温度计测量炉基、炉腰、炉身、炉顶等部位的温度。
现在，采用铂合金和铂制作的热电偶温度计，可以测2800℃的高温呐！
倘若测量更高的温度，就得使用光学高温计了。
我们知道，物体被加热到一定温度时就会发光，而且发出光的颜色是随温度变化的，物体的温度越高，辐射出来的能量越多，光的亮度就越强。
比如，把钢铁放到炉子里烧，发出暗红色光时，温度只有500℃左右；转而达红色，便是600℃；变成亮红色时，已有1000℃。
随着温度继续上升，颜色又转为橙黄，白亮。
因此，炼钢厂有经验的老工人凭着炉内钢水的颜色，就能粗略估计出它的温度。
光学高温计就是利用物体在不同温度下，发出不同强度和颜色的光的现象，来测定高温物体的温度的。
光学高温计主要由一个望远镜和安装在望远镜内的一个标准白炽灯泡组成的，灯泡的亮度可以用收受电流大小控制。
在测量温度时，把望远镜的物镜对准被测物体，人眼通过目镜观察并调节电流大小，使灯泡发光度跟被测物体的亮度相同，这时就可以从测温表指针标示的刻度值量出相应的温度。
目前，工业用光学高温计，可以测量3000℃的高温，如配上其他装置，测量10000℃的高温也不在话下。
292斯坎佛的探索
在第二次世界大战期间，一名受雇于美国电气公司的科学家——伊文·朗沫接受了一项课题：
寻找飞机机翼结冰原因。
他带着年轻的助手斯坎佛来到新汉普郡的一座高山上，山上终年积雪。
在那里，伊文·朗沫与斯坎佛发现云雾缭绕的山巅，空气温度大大低于冰点，然而却不见一点冰霜。
这是什么原因呢？
战争结束了，斯坎佛决定探索其中的奥秘。
他采用一台冷冻机制冷，接着把温度调到与云中相似的程度，随后又投入一些粉末物质<例如糖）以促使其结晶。
但结果是既无晶体生出，也没有其他现象出现。
7月的一天，当斯坎佛正耐心实验时，一个朋友走来请他喝酒。
斯坎佛离开实验室时，冷冻机的盖子没有盖上，因为他认为，冷空气沉在下面是不会轻易跑掉的。
斯坎佛回来以后，发现冰箱内温度已经大大高出了冰点，此时降低温度有两种办法：
一是关上冷冻机盖子后等待一段时间；二是掷入一些干冰。
他为了争取时间，还是选择了第二种办法。
在向冰箱内掷干冰的过程中，斯坎佛无意识地吐了一大口气，奇迹发生了！
他看到许多五彩缤纷的东西在眼前飞舞，他马上意识到这就是冰的结晶，而且与他吐出的潮气有关。
斯坎佛叫来助手重复这一实验。
随着不停地向外吐气和大块大块的干冰掷入箱内，实验用的地板被一层晶莹的白雪覆盖了。
“既然我能够在冰箱中降雪，为什么不能在真正的云中降雪呢？
”斯坎佛决定用飞机载上一台洒干冰的机器到空中一试。
当地面上的伊文·朗沫激动地望着从云中徐徐降下的雪花时，他向走下飞机的斯坎佛说：
“你做出了名垂青史的伟绩！
”
293金属的健身法——“冷水浴”
1943年冬天，比利时一座叫哈塞尔特的大铁桥落成了。
大桥跨度75.4M，颇为壮观。
使人费解的是新桥建成以后不久的一天，桥身突然地发出一阵阵震耳的断裂声，不到6分钟，桥就断成三截，坠入河中。
奇怪，为什么好端端的铁桥会不明不白地毁于一旦？
调查结果发现，这是因为金属先天不足的缺陷造成的。
固体金属内部都是晶体结构，也就是说，在金属中，金属原子彼此“手拉手”地紧密连在一起，就像装在一个盒子中的弹子一样，排列得规则而又紧密。
本来这种结构是很结实的，按理论值计算，一根直径不到2毫M的纯铁丝，居然可以吊起一辆卡车！
然而实际上，纯铁的强度只是理论值的四分之三。
这是为什么呢？
原因在于金属晶体内部不可避免地存在着一些缺陷，这些缺陷破坏了金属原子有规则的排列。
金属一旦受力，这些微小的缺陷的移动或扩张，都会导致金属强度大大降低。
哈塞尔特大桥的悲剧，正是因为金属内部的这些隐患造成的。
有没有办法克服金属的这个弱点呢？
有。
早在几千年以前，我国劳动人民就懂得，在钢铁烧到红热的时候，迅速放入油或水中冷却，会改变它的性能。
这种方法叫“淬火”。
钢铁经淬火后，变得更坚硬了。
不过因为技术条件的限制，淬火的温度不太高，冷却速度不快，只能很有限地改变金属的性能。
不久前科学家发现，如果把熔融的液态金属或金属，以大于每秒100万度的速度骤然冷却，金属凝固后，性质就会发生惊人的变化，其强度和耐腐蚀性都大大地提高了。
科学家把这种方法叫作“骤冷”。
骤冷法的优越性很多。
用骤冷法制成的铁金属的耐腐蚀能力，比不锈钢还强一千万倍，腐蚀性很强的酸、碱也奈何它不得。
骤冷后得到的电器铁芯材料，大大降低了能量消耗。
有趣的是，有些金属原来脾气各不相同，用通常的方法无法使它们融合在一起制成合金。
但是在骤冷条件下，它们却“重归于好”，几乎可以不受限制地合成一些不同种类、性能优异的新合金。
骤冷技术是当前制造超强度材料的尖端技术之一，已经引起了冶金学家的高度重视。
在制造燃气涡轮发动机、火箭燃烧塞、导弹等尖端领域，它已经得到率先应用。
294希特勒的秘密武器
第二次世界大战时期，1944年夏天的一个傍晚，伦敦市民看见许多像茄子似的大家伙从天而降，接着发出巨大的爆炸声。
这是飞机上扔下的炸弹吗？
不是。
当时天空中没有任何飞机。
那到底是什么怪物呢？
原来这是希特勒吹嘘的秘密武器：
导弹。
希特勒曾夸口说：
“因为使用秘密武器，德国会赢得这次大战的胜利。
”
导弹实质上是一种可以操纵的炸弹。
它是利用火箭发动机来推动的，上面装有自动控制设备，可以把它引导到预定的目的地。
希特勒的导弹的飞行路线是完全自动控制的。
但当时技术水平还比较低，自动控制设备并不十分可靠，所以导弹的命中率很低。
1944年至1945年，德国向英国发射了一千多枚导弹，只有30%左右飞到目的地。
这种秘密武器并没有挽回希特勒的败局。
希特勒失败以后，导弹并没有受冷落，恰恰相反，前苏联和美国都加紧了对导弹的研究。
近三四十年以来，导弹有了飞速的发展，种类繁多，许多国家海陆空军都配备了导弹。
而其中最引人注意的是航程远威力大的洲际导弹。
洲际导弹最初出现在1957年。
洲际导弹分四个部分：
核弹头——它相当炸弹、推进系统、控制系统和弹体。
它的特点是个子大，身高二三十M，胸围三五M，飞得远，能飞一万多公里；爆炸力强，相当几十万吨到一百多万吨T·N·T炸药。
洲际导弹是用多级火箭来推动的。
多级火箭能把它送到一二千公里高的外层空间。
那里的空气极其稀薄，几乎没有空气阻力。
这样，当发动机停止工作以后，弹头还可以沿着弹道飞出去，飞得很远很远，到快要接近目标的时候，再进入空气层，向目标打去。
只要半个小时，它就能飞一万多公里。
洲际导弹一般要在发射场上发射。
为了不被敌方发现，免遭敌方袭击，通常把洲际导弹藏在地下发射井里，发射的时候从地下或地上射入天空。
也可以把洲际导弹装在车上或者船上，可以搬来搬去，使敌方不容易知道确切的地点。
后来，洲际导弹也有了“母子弹”，到了接近目标的时候，一个弹头分成几个，各自沿着不同的飞行路线，飞向不同的目标。
295科学家也有弄错的时候
牛顿用天文望远镜观察星体的时候，发现星体的边缘会出现彩色的模糊光带，这个现象促使牛顿研究太阳光，发现这种彩色光带是太阳光经过透镜折射而造成的色差现象。
牛顿曾经想过许多办法来纠正这种现象，都没有成功。
于是牛顿认为，既然色差是由太阳光经过透镜折射而造成的，而天文望远镜又不能不用透镜，因此，1669年，他宣布说：
“从事光折射研究的人们认为，把玻璃磨成所需要的几何形状，就可以使装上镜片的望远镜获得满意的效果。
为此，人们把玻璃加工成各种抛物线和双曲线的形状，但是，都失败了。
为了不再进行无用劳动，我大胆地发出警告……”
然而，牛顿的结论错了，他的警告发出得太早了。
牛顿以为任何玻璃对光的折射率都是相同的，因此无法用改变几何形状的办法消除透镜的色差现象，于是他研究设计了反射望远镜。
1729年，有一位业余天文爱好者霍耳发现，用火石玻璃做凸透镜的望远镜使它们的色差相互抵消，制成了消色差望远镜。
霍耳所用的玻璃，就是我们今天所说的光学玻璃，许多光学仪器都用光学玻璃制造，它们不再产生色差现象。
近代著名的意大利原子核物理学家费M也提出过一个错误的结论。
他用中子去轰击铀，得到了放射性更强的产物，费M认为，这就是超铀元素93、94、95，并且给它们起名字叫做“类铼”、“类铖”和“类铱”。
当时，几乎各国有名的原子核物理学家都认为费M有了重大发现，只有一位名叫诺达克的德国女科学家指出：
费M用中子轰击铀所得到的元素不是超铀的新元素，因为它们的性质很像已经知道的元素。
四年以后，经过许多科学家的实验，特别是进行了详细的化学分析，证明费M宣布的发现确实是错了。
铀原子核受到中子轰击以后，可以分裂成为较轻的钡核和氪核，同时释放出大量的能量。
费M因为自己的错误失去了认识核裂变的机会。
他自己解释说，这是因为他没有足够的想象力来想象铀的分解会和其他元素不同；还有，他也没有足够的化学知识去分辨那些铀分裂后产生的放射物。
著名的科学家竟然宣布过错误的结论，是不是就可以由此否定他的作出过的正确的结论？
由此否定了他所取得的成就呢？
并不。
要知道，一般说，他们只能得到在当时的科学技术发展的条件下可以得到的正确结论，或近似正确的结论；而且，往往他只能沿着他自己所研究的那门科学去展开自己的思路。
当人们不断改进和完善观察实验的工具和手段的时候，当人们有条件在各学科交流的基础上进行调查研究、观察分析的时候，人们会发现，甚至最著名的科学家，也可能作出了错误的或不完善的结论。
人们决不会因此而否定科学家过去作出的贡献，而只能说明，人类进步了，认识发展了；而人类总是要不断进步的，科学是要不断发展的。
296坠落在大奴湖畔的“宇宙954号”
1978年1月24日6点30分，在北美的上空，一团刺眼的火球拖着一条贼亮的尾巴，疾驰而下，刹那间消失在冰天雪地之中。
这就是坠落在加拿大大奴湖畔的苏联间谍卫星“宇宙954号”。
“宇宙954号”是一种侦察卫星。
侦察卫星通过电子侦听、照相侦察等手段，可以从高空侦察到地面上的军事设施、兵力部署和武器实验等各种军事秘密。
在侦察卫星拍摄的图片上，可以清楚地辨认出原野上的足迹，借以判断部队的运动方向；可以清楚地辨别出公路上吉普车、卡车的轮胎印，借以查找指挥部、兵营的下落。
目前使用的光学照相侦察系统，已能分辨出地面上30几厘M大小的物体。
这样高超的分辨能力，能够准确地测定洲际弹道导弹地下井的位置和大小，识别出地面上停落的飞机、坦克、汽车的型号，探测出一根火柴发出的光亮，甚至能认出某个人的模样来。
红外线热成像技术的发展，使侦察卫星能够在漆黑的夜晚侦察出敌人的活动；能够测出海水水面0.01度的温度变化，凭此可测出在水下40M潜航的潜水艇的方位、动向。
为了预防敌人导弹的突然袭击，侦察卫星还承担着防空任务。
洲际导弹发射后的尾端温度是2000多摄氏度，可以通过卫星上的红外扫描成像系统，进行多次扫描成像。
根据不同时刻的成像点的位移，可得出导弹飞行速度和方向，进而预计导弹的轨道及弹着点，实现早期报警，成为机警的空中哨兵。
近年来，侦察卫星有了很大的改进和提高。
一颗卫星采用红外线热成像以及测视雷达等多种成像技术，相互取长补短，取得“全天候”的侦察能力。
目前，从卫星发射到取得侦察照片，需要好几天时间，为了满足实战需要，正向“实时侦察”的方向发展。
这就要求研制高分辨率的电视摄像系统，发展大容量的空中卫星系统，以实时传送侦察图像。
297航天史上空前悲壮的一幕
1986年1月28日，卡纳维拉角发射基地晴空万里，美国航天飞机“挑战者”号在当地时间11点38分点火，拖着刺眼的火柱，直升蓝天，开始了航天飞机第25次飞行。
当升时器指到75秒钟，“挑战者”号升到15000M高空时，突然发生爆炸，变成一团火球，燃烧的金属碎片像散落的焰火，纷纷飘向苍茫的大海，机上7名宇航员无一生还。
在美国新罕布什州中学，有200多名学生聚集一起，正在聚精会神地观看电视屏幕。
他们的社会学老师麦考利夫女士是这次“挑战者”号宇航飞行使命中唯一的民间乘员。
她计划到空间为她的学生讲授人类第一堂“太空课”。
学生为她感到自豪，事先带来了彩纸，准备为自己老师的成功而歌唱，当电视屏幕上出现爆炸的瞬间，学生们面孔上幸福的闪光突然消失，欢呼声变为悲鸣。
在一片哭声中，学生被家长领回了家。
所有在电视机旁观看“挑战者”号发射的美国人都同时看到了上述两个现场转播的场面，麦考利夫学生当时的心情是亿万美国人共同的心情。
“挑战者”号爆炸后，美国宇航局立即出动8艘船只和9架飞机在约8000平方公里海域和地区寻找幸存者和残骸。
据调查结果表明，当“挑战者”号起飞后，外挂燃料储箱里的超冷火箭燃料渗漏到助推器连接处时，结了冰的密封胶垫未能封住火箭侧面冒出来的火焰，从而导致爆炸。
爆炸致使7名宇航员丧生，价值12亿美元的航天飞机被毁。
生产橡胶密封垫的大约200名工人因此而被解雇，所有发射航天飞机的计划全部暂时停止，间接损失高达数十亿美元。
因为世界各地的电视观众普遍收看了现场直播或是实况录像，航天飞机爆炸的惨状，将长久地留在人们的记忆中，成为难以医治的精神创伤。
密封胶垫所造成的悲剧并不只限于此。
从当时的记录中发现，虽然产品质量存在一定缺陷，但莫顿聚硫橡胶公司的设计项目师曾因为气温过低，两次提出警告，航天飞机不宜起飞。
然而，助推器主任莫洛厄却感到飞行的任务已定，不容改变，他硬要公司方面提出能够按时起飞的正式建议。
在遭到技术人员拒绝后，公司行政管理人员违背科学规律擅自作出最后安全保证，酿成了震惊世界的悲惨事件。
血的事实告诉人们，产品质量千万不能忽视，行政命令手段万万不可代替实事求是的科学态度啊！
298卫星“保镖”
夜深了，一位年轻的姑娘独自走在黑暗的街道上。
突然一个幽暗的人影向她走来，眼看一场拦路抢劫就要发生！
说时迟，那时快，姑娘迅速将手揣进衣袋里，手指按在里面一个小小装置的按键上。
片刻之后，警察的巡逻车赶到现场，罪犯被逮捕了，姑娘得救了。
那么，是什么使姑娘幸免于难呢？
原来是在姑娘头上36000公里高空上盘旋着的一颗卫星。
美国普林斯顿的物理学家杰拉德·奥尼尔研制的这种卫星系统是由3颗卫星组成，这3颗卫星始终翱翔在地面固定位置上空的静止轨道上。
地面上发送信息的人有一个像电子计算器大小的以电池作为能源的收发两用机，把信息输入收发两用机里，发送到卫星上去。
该卫星在收到信息以后就对地面进行扫描，依靠收发两用机发出的定位器信号，就找到了发送信息的人，然后就向地面发送信息。
这种信息先经过设在地面的一超级电子计算机处理，接着就被传输到最近的警察局。
超级电子计算机能在几微秒的时间内处理完信息。
这种地球卫星还可以用来报告火灾、车祸和医疗救急。
在许多这样的场合下，发送信息的人应当头脑清醒。
如果因为健康原因你不能发出信息也不要紧，可以在收发两用机上附上一个能够识别你心跳、血液化学成分等的传感器代你发出信息。
如果有人敢于谎报军情，卫星上有许多内设的保险装置，能够阻止这种恶作剧。
因为每一个发送信息的人都有自己的识别代码，他在发出警报时不可能不暴露自己的代码位置。
地球卫星根据你的准确位置<误差只有1～1.2M），不仅能阻止报告假的遇难信号，而且还能防止收发两用机本身被盗。
奥尼尔说，强盗可能干的最傻的事情是他偷了收发两用机以后自己又使用它。
这种卫星系统并不是旨在使人同卫星进行直接联系的唯一的通讯工具。
在美国宾西法尼亚州，莫比尔卫星公司正在设计一个围绕轨道运转的系统，使人能够跟踪火车和货车的活动，同时，向边远的农村提供可靠的卫星电话服务。
299一次玩命的宇宙飞行
知道这件事的人也许不多。
1963年，美国制定了一项计划，决定在1964年发射双人飞船。
当时赫鲁晓夫听到这一消息后，不顾实际命令科学家一定在1964年十月革命节前，发射一艘三人宇宙飞船，好和美国比个高低。
那时还造不出大的飞船，科学家们只得在一艘单人飞船上打主意。
技术人员撤去了起保险作用的一切设备，看看还是装不下三个人，又把水量和食品量压缩到了最小限量，仍无法容纳三名宇航员。
最后，这些最懂科学的人竟想出了一个不科学的办法，把三个不穿宇航服的宇航员塞进单人飞船，然后发射上天，绕地球飞行。
这次玩命的飞行，总算没出事。
24小时后飞船便安全返回地球。
科学家们总算可以向赫鲁晓夫交账了，一些不明真相的西方科学家还来电贺喜……
那么，宇航员为什么非穿宇航服呢？
我们知道，离地面越远，空气越稀薄。
在太空中因为没有大气层的保护，太阳光照得到的地方非常热，而照不到的地方又非常冷。
温度能够在很短的时间内由120摄氏度下降到零下100摄氏度。
太空中也经常遭到较强烈的宇宙射线的影响以及陨石的袭击，因此对人类来说，太空是一个非常恶劣的生活环境，必须穿宇航服才能生活。
宇航员穿着宇航服，能够在宇宙飞船的舱外漫步和工作，并且去做高度自动化的机器所不能取代的事。
宇航服就像一个小太空舱，如同一个能伸缩的保护外壳，里面包含着氧气、水、气压和适当的温度，并有自动去除宇航员呼出的二氧化碳与排泄物的设备、测量心跳与检查健康的仪器以及无线电通讯机。
宇航服的加压装置使宇航员的身体能够维持正常的血压。
一个人如果不穿宇航服，或不在加压的宇航飞船里，在离地面8公里的高空，血液便会沸腾，进而炸掉了身体。
因为在低压环境里，血液内的氧气会变成气体，而气体所占的空间比液体大。
成人体内大约有5升血液，如果变成气体，体积至少增加了3倍，身体就会爆炸了。
宇航服还能保护宇航员在宇宙飞船里很快地加速时不受影响。
要设计制造一件能满足这么多条件的宇航服，实在不是一件容易的事。
而且航天飞机时代的宇航服除了维生系统的背袋外，又多了一个装有小型火箭筒的机动背包。
机动火箭可以协助宇航员在航天飞机内外来去自如的活动，像是为宇航员插上了翅膀。
新型的宇航服是按照几个标准的尺寸制成，而且有许多可以互相替换的部分，躯干、裤子、臂部及手套都做成许多不同的规格。
按照每一次航天飞机任务的需要，宇航服的各个部分经过适当的配置，就能适合每一位宇航员的身体。
因此，新型的宇航服是更加经济了。
300楼房搬迁
在从前，对于蒙古游牧民族，建造固定式的房屋是不可思议的事。
蒙古包十分方便、轻巧，易于搬迁。
由这种“房屋”组成的“城市”从一地迁移到另一地是轻而易举的事。
但因为砖砌石垒的建筑物却没有这种特性，所以，在20世纪30年代砖石楼房的整体搬迁就成了轰动一时的新闻。
“这怎么可能呢？
”当人们街谈巷议，纷纷的说许多幢大楼要整体“搬迁”时，自然而然地产生这样的疑问。
在莫斯科有幢五层大楼，坐落在高尔基大街上。
1973年因为城市改建的需要，这幢大楼必须搬迁，以便腾出空地安排新的建筑物。
这座楼房历史悠久，革命前曾是著名的《俄罗斯言论报》编辑部所在地和印刷厂的用房。
在大楼的“红色大厅”里，契诃夫等许多著名的记者和著名作家经常聚会，而且大楼本身还是珍贵的古代建筑物，所以决定把它整体迁移。
项目进行得有条不紊，楼房从旧址迁到新址移动了33M，搬迁时间总共花了三昼夜。
应该说人类想到搬迁房屋由来已久。
历史记载告诉人们，古埃及金字塔的建筑师们已经掌握了运输超重建筑构件，其中包括大型石制横梁的技能。
1770年为了在彼得堡兴建一座彼得纪念碑，重1250吨的巨型石块被架在铜质滚球上滑行了65公里。
这是利用滚动摩擦代替了滑动摩擦，大大节省了移动力。
最早的一石头建筑物的整体建筑移迁是在1455年，完成这项项目的是一位意大利建筑师阿里斯托泰莱·菲奥万蒂；莫斯科克里姆林宫内的圣母升天大教堂也是他设计建成的。
在菲奥万蒂的主持下，意大利博洛尼亚市圣马克教堂的石砌钟楼安然无恙地移动了10M多。
一个世纪后，多梅尼科·韦塔纳把建于罗马的古罗马卡里古拉大帝的方尖碑<高27M，重达325吨）迁移了225M。
他先在碑体四周架起木橇架，再用绞车把碑体放平，并利用大量的畜力把方尖碑迁动移位。
随后的三百年没有听说过将整体建筑搬迁的事。
直到1870年，纽约才出现了一家专营整体搬迁房屋的公司。
过后三十年，有个富于事业心的美国人，名叫拉普兰特开办了一家承接整个村镇搬迁业务的公司。
建筑物的整体搬迁是一件困难而精细的工作，但在现代技术面前已成为一项万无一失的普通作业。
据报道，日本为了在现代建筑的冲击下但能保存古老的建筑物，使子孙后代能目睹日本民族古老的建筑，将全国各地有代表性的古建筑搬集到一处，形成一个古日本村镇的实物博物馆。
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