阿基米德火烧战船.doc

阿基米德火烧战船传说古希腊物理学家、数学家阿基米德曾用太阳点燃了入侵者的战船。若这是真的，这应该是人类通过光的反射集中利用太阳能的最早记录。公元前215年，古罗马帝国派出强大的海军，在马塞拉斯率领下，乘战舰攻打古希腊名城叙拉古。舰队浩浩荡荡来攻城了，小小的叙拉古难敌来势汹汹的古罗马大军，国王和百姓都着了慌。人们就把希望寄托于居住在岛上的阿基米德身上，当时已年过古稀的阿基米德，既没有绝世的武功，也没有指挥作战的能力，但他却有聪明的头脑。人们希望阿基米德运用他的非凡智慧，找到制敌之术。当时的战船都是木头做的，船帆是布做的，都是易燃品，阿基米德想到了火攻。智慧的阿基米德想到了太阳的巨大威力，若能将太阳光集中射向罗马战船，便可将其点燃。于是，他挺身而出，发动全城的妇女拿着自己锃亮的铜镜来到海岸边。在烈日下，阿基米德拿起一面镜子，让它反射的太阳光恰好射到敌舰的船帆上，阿基米德一声令下，他高喊着：“让镜子的反射光照到这里！”不计其数的妇女学着阿基米德的样子，一起用镜子把太阳光集中反射到船帆上。顿时，敌舰起火，不可一世的罗马海军顿时灰飞烟灭。这个故事中，阿基米德与他所指挥的妇女所拿的铜镜，所组成的铜镜方阵恰好构成了凹面镜，阳光的集中点恰是凹面镜的焦点。就这样，阿基米德利用太阳点燃了侵略者的舰队。这件事是否真实？人们争论了2000年。1973年希腊工程师萨卡斯组织50名水手，每人拿一面长方镜，把反射光都集中在一艘小船上，几秒钟后小船冒烟，两分钟后小船起火。尽管如此，对于用铜镜能否火烧古船，至今仍有争论。但争论并没有阻止人们应用这一原理利用太阳能的脚步。今天，如果你来到今天的西西里岛，你会看到传说中火烧战船的地方出现了一片玻璃镜的海洋。在巨大的广场上，立着180面大玻璃镜，镜面的总面积共有6200多平方米。这些镜子反射的阳光都会自动汇聚到广场中心的中央塔,中央塔有55米高。有趣的是，太阳东升西落，180面玻璃镜会自动地左旋右转，始终把反射光集中到中央塔上。这里并没有叙拉古的妇女去操纵镜子左右转动的是电脑指挥的自动化系统。这是1980年建成的一座太阳能电站，它位于西西里岛卡塔尼亚省的阿德拉诺镇，由欧洲共同体九国共同投资建造。由于这座太阳能发电站完全是利用镜面取得太阳能的，所以叫叫“塔式镜板型发电站”。180面镜子反射的太阳光集中射到中央塔的接受器上，接受器吸收太阳送来的热，加热锅炉里的水，使它成为温度500oC、压强64个大气压的高温高压蒸汽，这股蒸汽喷出以后便推动涡轮发电，它的发电能力有1000千瓦，它对环境则没有任何污染，太阳能是一种清洁的能源。负责设计这项工程的工程师格雷茨说：“这项工程就是根据阿基米德著名的战争实验设计的。今天我们采用了先进的方法来重复这个实验，而进行这项实验的目的已经完全不同了。”他说得很对，开发利用太阳能是建设优美环境的重要措施。试想，全世界的火电厂若是全不烧煤烧油，都变为太阳能电站和水力发电站、风力发电站，将会减少多少污染啊！“塔式镜板型发电站”是利用太阳能发电的一种方式，随着光电转化技术的成熟，现在人类普遍采用太阳能电池板直接将太阳能（热）转化成电能。太阳灶也是利用凹面镜汇聚太阳光的原理获取太阳能的设备。将镜面正对太阳，将锅或待加热物品放在面镜的焦点上，就可以用太阳的热加热或做饭炒菜。奥运会圣火1936年，奥林匹克历史上首次举行了激动人心的圣火接力仪式。火炬穿越了希腊、保加利亚、南斯拉夫、匈牙利、奥地利、捷克斯洛伐克、德国7个国家，全程3050公里，共有3331人参加了火炬接力。火炬所经过的城市都举行了隆重的欢迎仪式，并设立专门的祭坛点火。声势浩大的火炬接力活动获得极大的成功，不仅唤起了世人对奥林匹克的热情，传播了奥林匹克的精神，也为后来的奥运会树立了典范。圣火起源于古希腊神话传说。相传古希腊神普罗米修斯为解救饥寒交迫的人类，瞒着宙斯偷取火种带到人间。古希腊在每届奥运会举行以前，人们都要在赫拉神庙前点燃圣火。现代奥运会创立后，最初并没有沿袭这个传统，直到1920年第7届安特卫普奥运会上，为了悼念第一次世界大战中死去的人们，主办者在主会场点燃了象征和平的火炬，不过既没有进行火炬传递活动，也没有从古奥林匹亚采集火种。1934年，国际奥委会决定，在奥运会期间，从开幕到闭幕，主会场要燃烧奥林匹克圣火，并且火种必须采自希腊的古奥运遗址-奥林匹亚，并以火炬接力的形式传到主办城市。从此，圣火传递成为每一届奥运会必不可少的仪式。从1936年柏林奥运会开始，每届奥运会前，在奥林匹亚的赫拉神庙遗址前都要举行庄重的点火仪式，国际奥委会、奥运会主办地和当地的官员都要出席。身着古装的希腊少女用聚光镜（凹面镜）采得火种，然后用火炬传到雅典，再由雅典传到主办城市。在火炬接力途中，如遇高山峻岭、江河湖海时，则可用飞机、轮船运送。火种必须在奥运会开幕前一天到达主办城市，在开幕式举行时由最后的火炬接力者在人们的欢呼声中点燃位于主体育场的“奥林匹克圣火”。黑白不只是颜色不同请做一个在冬天很容易做的实验。在有阳光照射的雪面上，放两块同样大小的布，一块白色，一块黑色。过了一二小时去看，你会发现黑布低陷进雪里去了，但是白的一块仍旧留在雪面上。这个区别的解释很简单：黑布底下的雪要熔化得快些，因为黑布吸收了射在它上面的太阳光的大部分热能；白的那一块呢，却刚刚相反，它把太阳光的大部分反射出去，因此，它所受到的热没有黑布那样多。对于这个有意思的实验，美国的著名政治家、物理学家富兰克林有过下面一段描写：我在缝工那里拿了几块各种颜色的方形的布片，有黑色的、暗蓝色的、鲜蓝色的、绿色的、紫色的、红色的、白色的以及许多别的颜色的。在一个有太阳的早晨，我把这些布片都放到雪上。几小时以后，受热最多的那块黑布深深地陷到雪里去，甚至陷到太阳光已经射不到那样深；暗蓝色那块也陷到雪里，差不多跟黑色的相同；鲜蓝色的陷进的少得多；其余各块布片，颜色越鲜明的陷下得就越少。至于白色那一块，仍旧留在原来的雪面上，根本没有陷下去。对于这件事情，富兰克林感叹地接下去说：一个理论，假如不可能从它那里得到一些好处的话，那么这个理论还有什么意义呢？难道我们不能够从这个实验得出结论说，在热天穿黑色的衣服不如穿白色合宜，因为黑衣服在日光底下会使我们的身体受到比较多的热，如果再加上我们自己的活动，也会生出热来，会使得我们身体觉得太热吗？难道男女在夏天戴的帽子不应该用白颜色，以免太热了会引起中暑？还有，涂黑了的墙壁难道不能够在整个白天里吸收足够的太阳热，以便在夜里仍旧保有某种程度的热量，保护水果不会冻坏吗？难道细心的观察的人不能够发现别的多多少少有价值的小问题吗？这些结论和应用有什么意义，可以从1903年“高斯”号轮船到南极去探险的实际例子里找到答案。这艘轮船冻结在冰里了，一切用来帮助它解脱这个困难处境的方法都没有用。人们用了炸药和锯子，但是也只能够打开几百立方米的冰。那船却仍旧不能够恢复自由。后来人们只好试一试请太阳光来帮忙：人们用黑灰和煤屑在冰面上铺了2公里长10米宽的一大片，从轮船边上铺起，一直铺到冰的最近一条宽裂缝上。那时候正好是南极的夏天，连续许多天都是好天气于是，太阳光竟做了炸药和锯子所做不到的工作。冰逐渐熔解开来，沿着黑色的那一带破裂了，这艘轮船就此脱离了冰的羁绊雪花熔化带来的灵感这是发生在第二次世界大战期间的一个真实的故事。1944年，第二次世界大战的局势发生了很大的变化。苏联红军对德国侵略军发起了总反攻。4月，苏军强攻彼列科普，准备解放克里木半岛。彼列科普是通往克里木半岛的重要据点，地势险要，易守难攻。德军企图凭借天然屏障和坚固阵地，以4万多人的兵力进行固守，以阻止苏联红军的反攻。能否尽快歼灭彼列科普的守敌，对整个战局无疑具有重大的意义。为此，苏联调集一个集团军的兵力，希望一举歼灭该敌，开辟通路，尽快解放克里木半岛。为了弄清彼列科普德军的兵力部署、火力配系和障碍设置的情况，苏军决定首先对敌实施飞机侦察。然而就在当日夜晚，在彼列科普地段突然降了一场大雪，德军的地面目标全部被厚厚的大雪覆盖了。炮兵司令员为不清楚德军的一线阵地是否为主要阵地而着急，因为这涉及到炮火准备的时候以哪一道阵地为主进行炮击，以达到既能歼灭德军，又不至于浪费弹药，因为德军往往设置一些假阵地来迷惑苏军。第二天早晨，苏军集团军炮兵司令在暖烘烘的指挥部里，正在思考如何侦察德军阵地的真实情况，这时集团军的参谋长走了进来。司令员注意到参谋长的双肩上落了一层薄薄的雪花，由于指挥部里温度较高，肩章上边缘部分的雪花有些已经开始熔化，水珠清晰地勾画出了肩章的轮廓。这一发现使这位聪明的炮兵司令联想到：天气转暖，敌人掩体内的积雪也将马上熔化。为了避免泥泞，他们必然清扫掩体里的积雪。带湿土的积雪被抛出来的地方必然和其他的地方不一样，就会暴露他们的兵力部署。这位炮兵司令随即命令部队加强观察。果然不出所料，此时的德军正在清扫积雪。苏军利用不间断的侦察和航空照相，发现德军第一道堑壕前一片洁白，只有少数几处湿土，由此推断敌人第一道堑壕内只有值班观察人员；而第二、三道堑壕前后则被大量泥土覆盖，由此断定敌人兵力主要部署在第二、三道堑壕内；同时还发现有一些原来已经暴露的目标，周围积雪并无变化，肯定是假目标。这样，因肩章上雪花融化带来的启示，苏军仅仅用了3个小时的时间就查明了德军的兵力部署和工事情况。在总攻发起前苏军对敌人的防御阵地进行了猛烈而准确的炮击，结果，仅用一天多一点的时间，就攻破了德军的防线，俘敌38万多人，解放了克里木半岛。这个故事告诉我们，注意观察周围细微的事物，并进行由此及彼的联想多么重要。大家在学习物理的过程中，就要不断提高自己的观察能力，分析推理能力，将来才能大有作为。神奇的声现象第二次世界大战期间，美、苏科学家分别发现，大洋深处有一些水域可以让声波传得很远。在这些水域里声音可以传播数千公里而不减弱，科学家把这些水域称作深海声道。海水下声速基本上由温度和海水压力控制：温度越低，声速愈慢；海水压力越大，声速愈快。大洋中海水温度是由太阳照射造成，因此温度随深度增加而降低，但是海水压力却在增加。所以由海面向下观察就会发现，声速先是随深度增加、温度降低而变慢，当达到最低值时，温度不再改变，这时声速就会随海水压力增大而变快。于是声波传播速度在整个大洋变成上下两层，两层交界处就形成了特殊的声道轴，由于声波在传播时总向声速慢的界面弯曲，因此声道轴上下方的声音都会折回声道轴；于是乎，声能被限制在声道轴上下一定深度范围内传播不接触海面与海底，这就像在声道轴上下各放一块反射声特别好的挡声墙，声音总是在两块挡声墙之间反射，能量不受损失，可以传播很远。这就形成了“深海声道”。后来的科学家还为此做过一次实验，他们在澳洲南部海中投下深水炸弹，爆炸产生的声波顺着深海声道绕过了好望角，又折向赤道，横穿大西洋，经过3小时43分钟后，竟然被北美洲百慕大群岛的测听站收听到了。计算起来，这颗炸弹爆炸后的声波一共“定”了192万公里，在海洋中绕地球达半圈! 通过这个特殊的声道，我们在上海讲话，大洋彼岸的旧金山都可以听到，只不过一方说过话之后，另一方要3个多小时才能收到。如果船舶或飞机在大洋中失事时，如无法用无线电发出求救信号，则可以向深海投掷炸药包作为呼救信号。千克炸药在千米深的海洋中爆炸时，发出的声波可传播到几千米之外。由几个海岸监听站从不同位置收到的报警声，就能较准确地测定失事地点并组织营救。用同样的办法也可以测定洲际导弹或宇宙飞船返回时的溅落位置。声音与飞机的较量早期的飞机都是用螺旋桨作推进器的，这种飞机可以达到每小时七百多公里的速度，比汽车要快得多。可是人们还不满足，声音每秒可以“跑”340米，照这样计算一小时就可以“跑”1200多公里，飞机能不能追上声音呢？为了达到这一目的，人们设计了一种新式的飞机，这种飞机不用螺旋桨推进，而是靠向后喷射大量高压气体产生的反冲力向前飞行，这就是大家熟知的喷气式飞机。第一架喷气式飞机的速度一下子提高了很多，以后经过不断改进，竟可以达到每小时975公里。在这场人类同大自然的赛跑比赛中，看来飞机要超过声音了。然而意想不到的惨事发生了。当试飞的喷气式飞机速度继续增大时，突然发生了一阵雷鸣般的巨响，一眨眼，正在飞行的飞机被炸得粉碎，好像撞上了一座大山似的。以后又连续发生了几起类似的爆炸。飞机设计师、工程师和物理学家对这件怪事作了深入的调查研究，终于找到了凶手空气，是空气墙把飞机撞碎了。原来一切物体，包括飞机在内，在空气中运动时，都会给前面的空气以一定的压力，使物体前面的空气压紧，形成一垛肉眼看不见的“墙壁”。物体运动速度越大，这垛“墙”越坚固（密度增大）。如此说来，人人都得担心碰上这垛墙了。绝不是！因为空气墙总是以声音的速度往前跑的，只要在低于声音的速度范围内运动，就不可能追上它，以致碰上它。只是对于一架想要超音速飞行的飞机或其他物体来讲，那就势必要碰上空气墙，发生前面的那些惨案。人们把空气的这种作用称为声障。科学家还发现，由于飞机周围的气流不均匀，因此在飞机速度还未超越声速时，也可能会撞得粉碎。那么能不能克服声障呢？难道人类制造的飞机永远甘心落后于声音？不，科学家找到一种办法，把飞机的外形改一下，使机身做成纺锤状的，两头尖、中间粗，再把飞机的两只翅膀尽量朝后掠，飞机就可以顺利地穿过空气墙了。今天，一些先进的喷气式飞机的速度已达到了声速的两倍，甚至三倍于声速的程度。在这场与声音赛跑的竞赛中，人显然是优胜者。“跳跃”的声音1921年5月9日，前苏联的莫斯科近郊发生了一次大爆炸。据调查，在半径70公里范围内，人们清清楚楚地听到了“轰隆轰隆”的爆炸声；但是从半径70公里到半径160公里的范围内，人们却什么也没有听到；奇怪的是，从半径160公里以外一直到半径300公里的远方，人们又听到了爆炸的轰鸣声。这真是怪事！声音怎么会“跳”过中间这片地区呢？物理学家发现，声音有一种“怪癖”，它在空气中爱拣温度低、密度大的道路走。当遇到温度高、密度小的空气，声音便会向上拐弯到温度较低的空气中去。如果某一个地区，地面附近的气温变化比较复杂，这儿温度高，那儿温度低，声音经过的时候，一会儿拐到高空，一会儿又往下拐，这样上上下下，就形成了上面所说的那种声音“跳”动的现象。安徽省合肥市建好的长途电话大楼，楼顶耸立着一座塔钟。这塔钟准时打点，钟声悦耳，响遍全市。但是住在远郊的居民听到的钟声，有时候清晰，有时候模糊，有时正点，有时“迟到”。这是塔钟的失误吗？不是，这也是声音的“怪癖”爱走气温低、密度大的道路引起的。天长日久，居民们得出一条经验：平日听不见或听不清钟声，一旦突然听得很清楚，就预示着天要下雨了，或正在下雨呢！这是因为这时空气湿度大，湿空气比干空气的密度大，容易传播声音的缘故。“拐弯”的声音远处的钟声，为什么夜晚和清晨比白天听得更清楚？“当、当、当”我国的首都北京和上海等很多城市里，都装有巨大的时钟，每隔一定的时间，准确地向大家报告时刻。如果你离开大钟的距离比较远，就会有这样的感觉：报时的钟声，夜晚和清晨听得很清楚，一到白天，就不太清楚了，有时甚至听不见，有人说：“这是因为夜晚和清晨的环境安静，白天声音嘈杂的缘故。”这样的解释，只对了一小部分。并不完全，其主要原因是由于声音会“拐弯”，声音是靠空气来传播的，可是声音有个怪脾气，它在温度均匀的空气里，是笔直地跑；一碰到空气的温度有高有低时，它就尽拣温度低的地方走，于是声音就拐弯了。白天，太阳把地面晒热了，接近地面的空气温度远比空中的高，钟声发出以后，走不多远就往上拐到温度较低的空中去了，因此，在一定距离以外的地面上，听起来不清楚，再远，人们就听不见这个声音了。夜晚和清晨，刚好相反，接近地面的气温比空中来得低，钟声传出以后，就顺着温度较低的地面推进，于是人们在很远以外也能清晰地听到钟声。如果某个区域接近地面的大气温度变化得很厉害，这里高，那里低，那么声音拐到空中以后又会往下拐，往往造成非常奇怪的现象。1923年荷兰的一座军火库爆炸，在距离仅为100km160km的地区内没有听到，可是在1300Km的地方却听到了，这就是声音在空气中多次拐弯造成的现象。 （注：专业文档是经验性极强的领域，无法思考和涵盖全面，素材和资料部分来自网络，供参考。可复制、编制，期待你的好评与关注）