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第5章 “朝霞不出门,晚霞行千里”——出门碰到的学问(1)

在日出而落前后的天边,有时会出现五彩缤纷的霞,日出前后在东方天空看到的霞是早霞,日落前后在西方看到的霞是晚霞。

在以前,人们出行时依靠来判断出行的天气,就有了“朝霞不出门,晚霞行千里”的说法。这是为什么呢?原来霞的出现是由于日出和日落前后,阳光通过大气层时,被空气分子散射的结果。当空气中冰汽、尘埃等杂质愈多的时候,其色彩愈显著。而日出前后出现的朝霞说明大气中水汽已经很多,东方低空含有很多水滴,有云层存在,坏天气将逐渐逼近,这就是“朝霞不出门”的原因;傍晚由于白天阳光加热,低空没有很多水分,尘埃大量积聚在低层大气。出现的晚霞多是尘埃散射所致,这说明西方天气干燥。按照气流由西向东移动的规律,未来本地的天气将不会转坏,所以有“晚霞行千里”的说法。

走出家门我们也会遇到很多的学问,从身边的交通通信工具到各种自然现象,让我们一起探索一下出行会碰到什么学问吧。

一、自行为在骑行时为什么不会倒?

你会骑自行车吗?是不是专门骑那种很小很小的自行车啊?但是你看那些骑车的人,不禁会产生好奇,他们骑那么久都摔不下来,而你一上车马上就会掉下来,为什么他们不会摔下来呢?为什么自行车在骑行时不会跌倒呢?

凡是高速转动着的物体,都有一种竭力保持转动轴方向不变的能力。自行车在骑行时,它的前轮和后轮就是两个迅速转动的物体,它们也有保持转动轴方向不变的能力,这就使得自行车在行进中不会倒下。

另外,人在骑车时,要随时根据倾斜的方向调整前轮的角度,以保持重心不过多地偏离中心线,这也是自行车不倒的重要原因。

二、汽车轮胎为什么是黑色的?

汽车的款式、型号不断增多,但是无论车身怎样华丽、时尚,轮胎却总是黑色的,这是为什么呢?

对于轮胎用的橡胶来说,提高它的坚固耐磨性(机械强度)才是目的所在,所以必须要大量配合使用炭黑。炭黑就是所谓的煤烟。从古时候开始就被应用在制作墨水、画具等方面。离子直径越小的炭黑色调就越强,着色力也越大。作为橡胶的加强剂是最有效果的,随着橡胶工业的发展炭黑的制造也越加繁荣了。并且,这种炭黑的颜色也正如它的名字所示,轮胎的黑色也是由此而来。

炭黑利用黑铅的微粒子在表面上与橡胶分子结合互相吸附。因为炭黑具有使橡胶分子同伴紧密结合的“架桥”作用,所以橡胶中加入炭黑后分子同伴之间就会互相紧密地粘合起来,橡胶的坚固耐磨性就得以加强了。

最近据说除了炭黑之外,已经发现了和炭黑有同样作用的粒子。所以红色、白色等等时尚的轮胎面世也许只是时间的问题了吧。

三、轮胎上为什么有花纹

绝大多数车辆,使用的都是带有凹凸不平花纹的橡胶轮胎。这是为什么呢?

原来,车辆轮胎上带有花纹,是为了加大车轮与地面间的摩擦力,防止车轮在路面上打滑。例如,我们穿上底面已经磨光的球鞋在结冰的马路上走,很容易摔跤,这是因为鞋底与地面的摩擦力太小。而穿上鞋底有花纹的新球鞋,就不容易滑倒了。车轮上有各种花纹,也是同样道理。

在轮胎上设置花纹,起始于1892年前后。开始时,轮胎花纹非常简单,仅是些直线型的楞花。以后,随着车辆载重量的增大和行驶速度的日益提高,以及路面的改进,轮胎花纹才逐渐变得多样、复杂起来。现在,人们习惯将车轮花纹分为通用、高越野性和联合式花纹3大类,而它们的几何形状大体有纵向直线、横向直线、斜线、块形和混合式等5种。

通用花纹也叫公路花纹,是使用最早而又最普遍的一种,如公共汽车轮胎上常见的纵向直线型和锯齿型花纹,它们可以消除噪音,所以也称无声花纹。高越野性花纹专供车辆在荒野及松软土地上行驶,块大,都带有宽而深的“啃泥”花纹沟,行驶时不易夹石、藏土和打滑,这些花纹也特别适用于牵引力和对地面抓着力要求高的拖拉机、起重机。联合式花纹的轮胎既能在硬性路面和沙砾路上行驶,亦可以驶于松散、泥泞或冰雪路面上。针对我国地形复杂、公路路面质量差别很大的情况,这种联合式花纹有它特殊的使用价值。

四、开车为什么要左驾右行

在我国,人们已经形成了这样的行车习惯:车辆靠右行。由于车辆靠右行驶时,在车辆的左侧更容易观察前后左右的来往车辆,所以,方向盘通常就设在车辆的左边。这就是“左驾右行”。

车辆靠右行的交通规则,源于18世纪的法国大革命时期,后来陆续为欧洲许多国家和美国等国家所采用。不过,英国、日本及大多数亚洲国家,却实行车辆靠左行驶的规则,在这些国家中,方向盘是设在汽车右侧的。

其实,“左驾右行”制度在我国也并非一贯如此。从1840年鸦片战争到1945年抗日战争胜利期间,我国的车辆运营曾有过60多年的左行、30多年的左右混行的杂乱局面。

1840年鸦片战争后,随着中英《南京条约》的签订及五大通商口岸的开放,英国的车辆左行制也传人我国。1894年甲午战争后,日本人力车的左行制度也对我国产生了很大的影响。1900年八国联军侵华后,列强割据,租界林立。在这样的环境下,左驾右行、右驾左行的各式汽车横行神州,混乱的情况一直延续到20世纪30年代。1934年12月24日,当时的国民政府颁布了《陆上交通管理规则》,正式确定“车辆一律靠左行”,但此规则仅实行了十余年。抗日战争胜利后,由于盟军遗留下大批左驾右行的汽车,同时,人们对帝国主义侵华带来的左行制抱有强烈的反感,当时的交通部牌照管理处制定了“我国境内车辆靠右行驶”的法定规则,方才实现了全国统一的人、车皆靠右行。

中华人民共和国成立后,左驾右行的制度被延续了下来。1988年3月9日,国务院颁布了《中华人民共和国道路交通管理条例》,其中明确规定了“驾驶车辆,赶、骑牲畜,必须遵守右侧通行的原则”。

五、交通信号灯为什么用红、黄、绿三种颜色?

交通信号灯安装在交通岗亭上,用于指挥交通。20世纪20年代后,自动变换颜色的交通信号灯开始在全世界的大小市镇安家落户。现在,世界各国一般都采用红、黄、绿三种颜色作为交通信号。那么,为什么交通信号灯要采用红、黄、绿这三种颜色呢?

在红、橙、黄、绿、青、蓝、紫七种颜色中,以红色的光波最长,光波越长穿透周围介质的能力就越大。因此,红色显示得最远。而且,人的眼睛对红色的感觉也比较敏锐,因此,红色常用于警告类的标示用色。人们在一些场合或物品上,看到红色标示时,常不必仔细看内容,即能了解警告危险之意。在工业安全用色中,红色即是警告、危险、禁止、防火的指定色,所以红色被采用作为停车信号。

黄色光的波长仅次于红色,显示的距离也比较远。在工业安全用色中,橙色也属于警告危险色,常用来警告危险或提醒注意,如工程用的大型机器,学生用雨衣、雨鞋等,都使用黄色,因而被采用作为缓行信号。,绿色光也是波长较长的一种色光,显示距离也比较远,绿色还包含清爽、理想、希望、生长等含义。在工厂中为了避免操作时眼睛疲劳,许多工作的机械也是采用绿色,一般的医疗机构场所,也常采用绿色来做空间色彩,同时绿色和红色的区别最分明,易于分辨,因此被采用作为通行信号。

六、汽车的雾灯为什么采用黄色

在汽车车头两侧,一般都有两只大灯,打开后能照射出耀眼的光亮,照亮前方道路,使汽车在黑暗中安全行驶。在它们两侧,还安装有雾灯。

我们知道,不同颜色的光具有不同长度的波长。波长越短的光,向四面发散传播的距离越远。黄色灯光的波长,比起大光灯发射的白光要短得多,照射的距离要远得多,穿透性要强得多,因此,在有雾的时候。汽车开启黄色的雾灯代替大灯照明,这是一种充分利用不同颜色的光的特点而扬长避短的好办法。

黄色灯光也能作为醒目的警示标志。深夜,城市交叉路口上空,一盏黄灯高悬,即使在雾夜,很远的地方也能看见黄色灯光,提醒驾驶员注意,安全通过交叉路口。其实黄灯中的光源仍是由普通的发白光的白炽灯泡发出来的。只不过灯罩上的透光玻璃的颜色是黄色的,白光透过黄玻璃后,变成黄光照射出来。

七、电车为什么有“小辫子”

提到电车,相信大家不会感到陌生,它最引人注意的地方,当然就是车顶上那两根搭在电线上滑行的集电杆,人们常常形象地称之为电车的“小辫子”。

我国最早于1914年在上海开始运行无轨电车,1950年以来,相继有24个城市兴建了无轨电车系统。在城市交通中,电车有不少比公共汽车优越的方面,例如,它不会排放有害气体,行驶时噪声低,牵引性能好,驾驶操作十分简便。尤其是在崇尚绿色环保的今天,电车的发展更加受到重视。但是,乘坐电车也会遇到麻烦,那就是电车上的“小辫子”在一定程度上限制了电车的行驶速度,并且在道路行驶带上有一定范围的限制,行驶中稍有不慎,就容易“翘辫子”(集电杆与架空电线脱离),导致电车抛锚。

电车能不能不要“小辫子”呢?

电车的外观和结构虽然与公共汽车差不多,可是它们的动力来源却大不相同。汽车是靠燃油发动机来发动的,而电车则是靠电能来驱动的。不过,电车上的电能并不是由车上自身携带的发电机提供的,而是依靠特别的集电装置来获得动力。电车顶上装有两根带有触轮的集电杆,它和专门架设的两根架空电线相接触。电流由一根电线通过集电杆,经控制设备到达电车上的牵引电动机,然后经另一根集电杆到另一根架空电线,形成回路,从而使电车获得行驶时所需的动力。一旦任何一根集电杆脱落,就好比断开了电路开关,电流就一下子中断,电车也就失去了动力来源,当然无法继续前行了。所以,“小辫子”对于电车来说,虽然不太方便,却又是必不可少的。

八、油罐车后为什么有“小尾巴”

在马路上,我们经常会看到有一种奇怪的现象,油罐车会拖着一条长长的铁链,这条铁链把汽车底盘与路面连接起来。这条铁链是多余的吗?

汽车在行驶的过程中轮胎与地面的摩擦会产生大量的静电,而轮胎又是不导电的,这样就会使汽车积聚大量的电能。对油罐车来说,小小的火花就能引起一场大火灾,因为油罐当中的油在汽车运行当中会在里面来回摇晃,与油罐的金属壁产生摩擦,从而产生静电,当静电电量达到一定程度,就会产生火花,既而引起油箱内着火爆炸,所以,用一条铁链连通油罐壁到地上,目的是将静电导入地下,就和三孔插头的地线一样。

九、在冬天汽车为什么有时会很难发动?

汽车在启动的时候,发动机都需要一个预热的过程。而在冬天,汽车有的时候很难发动,有以下几点原因。

汽车的各个机械部分是通过润滑油来润滑的,而润滑油也有热胀冷缩的特性。冬天来临,润滑油遇冷凝结,润滑效果大大下降,使汽车发动机在启动时,难以达到启动所需的转速,这就导致了汽车难以发动。

由于冬天温度低,作为发动机燃料的汽油,其蒸发性也变差,气管内的气体流速减慢,造成混合气达不到可点燃的浓度,这就导致了发动机不能正常运转,汽车自然无法发动。

另外,作为汽车供电设备的蓄电池,由于天气寒冷其中的电解液黏度变大,电阻随之增大,电流不足、电压下降,也造成了汽车的启动困难。

十、汽车能喝“生物油”么?

也许有一天你下班走到停车场,突然发现汽车没油了,你立刻回到办公室抱起一堆废纸,加入汽车油箱里,顺利地开车回家,赶上了与孩子们共进晚餐。

这当然是一种理想境界,但是与废纸同样富含生物纤维素的农作物秸秆。正在成为科学家们制造生物燃料的新原料。

事实上,在生物技术领域,生物燃料并不是一个新词汇。

早在1860年,德国人奥托就发明了可利用乙醇做汽车燃料的奥托内燃机。与此类似,20世纪初期,德国工程师狄赛尔发明了可利用花生油做燃料的柴油内燃机。

然而,随着20世纪30年代起对原油的大规模开发,生物燃料的使用骤然下降。20世纪末,生物燃料在石油出现相对短缺的时期才又再次“露面”。

20世纪70年代末发生石油危机时,人们开始用玉米、大豆、甘蔗等高淀粉和高糖含量的食物生产生物乙醇。生物乙醇是指通过微生物的发酵将各种生物质转化为燃料酒精,可以单独或与汽油混配制成乙醇汽油作为汽车燃料。

在初中学习生物课时,我们得知,细细咀嚼米饭会觉得有甜味,那是因为在口腔分泌的唾液淀粉酶作用下,米饭中的淀粉转化成了带有甜味的麦芽糖。

生物燃料工业应用的正是这种原理。人们利用工业化的酶制剂,高效率地将玉米、大豆等所含的淀粉转化为糖(主要是葡萄糖)。

而从糖到酒精(即乙醇)的过程,其应用原理则与千百年来人们的酿酒原理并无二致——通过利用酵母发酵等,将糖分解成为酒精和水。燃料乙醇工业只不过比酿酒工业多了一个蒸馏脱水的过程。

能源紧缺的问题日益突出,随着玉米乙醇、粮食乙醇等燃料的研发成功和推广,以生物乙醇成为代表的生物燃料因其既便宜又干净,在替代石油燃料方面也比较简便易行,被认为是应对能源、环境双重危机的有效方法,颇受青睐。

不过,这种被业界称为“第一代生物燃料”的技术自诞生以来,就因与人争粮争地而饱受争议,科研人员开始着手研究如何从废纸、秸秆等大量废弃材料上获取“第二代生物燃料”。

十一、磁悬浮列车是怎么行驶的?

磁悬浮列车上装有电磁体,底部安有线圈,通电后就会产生电磁,由于同性相斥,地面线圈产生的极性和列车上的电磁体极性产生排斥力,这样就可以使磁悬浮列车离开轨道,悬浮起来。而一旦列车与轨道相距过大,悬浮力就会减弱,列车就又会下落。因此列车可以始终保持与轨道的距离在一个固定值上。

磁悬浮列的轨道两例同样也安装有线圈,通电后变成电磁体,列车启动后,轨道的电磁体与列车上的电磁体就会发生相互作用。简单来说,前面一节车厢的N极会被轨道上靠前一点的S极所吸引,从而拉动火车往前跑,而轨道上稍后一点还有N极,又会和列车的N极相互排斥,从而又将火车往前推,这样一来,火车就可以高速向前飞驰了。当磁悬浮列车到站后,在线圈里的电流就会反方向流动,从而产生与来时不同顺序的磁极,所以列车就又会往回跑。

磁悬浮是一种利用磁力令火车悬浮脱脑轨道,从而减少阻力,令火车提速的技术,可是磁悬浮列车没有开动时也是悬浮的吗?

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