第四辑 物理（2）

    为什么乘客在飞机降落时要嚼口香糖

    有一位乘客是第一次乘坐飞机。飞机着陆前，空中小姐给每位乘客发放口香糖，说是要避免着陆时耳膜胀裂。着陆后，那个头一次乘坐飞机的乘客对小姐说：“对不起，你能告诉我怎样将耳中的口香糖取出来吗?”小姐奇怪地问：“口香糖为什么会进到你的耳朵里呢?”乘客回答：“你不是说口香糖可以防止耳膜胀裂吗?”小姐听后啼笑皆非：“我是让乘客们嚼(jiáo)口香糖，并不是让你把口香糖贴在耳膜上啊!”

    笑话讲完了，可是嚼口香糖真的可以防止耳膜胀裂吗?

    让我们首先搞清楚在飞机着陆时耳朵为什么有可能被胀裂。人耳分为外、中、内耳三部分。外耳和中耳通过它们之间的一层不足1／10毫米厚的薄膜相隔，这就是鼓膜，至于真正能感受声音的，则是内耳和听觉神经。当声波传来时，鼓膜最先受到震动，接着震动就由鼓膜传给中耳，最后传入内耳。

    在飞机起飞或降落时，因为有竖直方向的加速度，舱内的气体由于惯性作用相对飞机会向下或向上运动。飞机起飞时，机舱内的气体相对飞机向下部沉降，这时，机舱底部的压强将增大，上部的压强将减小。同样，飞机着陆时，相对飞机气体向上部涌去，这时，机舱顶部的压强会增大，而下部的压强将减小。

    在飞机加速起飞和着陆过程中，鼓膜的外表受外部气压的作用，而这一压强是变化的。

    如果人闭紧嘴巴，那么，闭合的咽喉、声门到口腔、鼓膜间形成一个封闭系统，其压强不能随外部气压迅速变化。起飞时，外部压强大于内部压强，鼓膜就要向内凹人；反之，着陆时外部压强小于内部压强，鼓膜就会向外凸出。这样，耳朵都会有鼓胀感。当鼓膜受到的张力超过鼓膜所能承受的极限时，鼓膜就会破裂。因此乘机时嚼口香糖可以缓解压强防止耳膜胀裂。

    知识点：耳膜、外耳、中耳、内耳、听觉神经、压强

    为什么比萨斜塔没有倒塌

    世界上最有名的斜塔是意大利的比萨斜塔，物理学史上有名的伽里略发现自由落体定律的实验就是在这里进行的。

    比萨塔并不是人们有意造成现在这样的斜塔的。但是，由于地基松软等原因，自从建成以后，比萨塔就开始倾斜，几百年来，倾斜得越来越厉害。但是，比萨斜塔并没有倒塌。那么，比萨斜塔为什么没有倒塌，会不会倒塌，什么时候倒塌?

    原来，物体不倾倒，必须使整体保持静态平衡，作用在物体重心的重力作用线一定要落在物体的基底面积内。如果通过重心的重力作用线越出基底，马上就会失去平衡，导致物体的倾倒。

    比萨斜塔之所以还没有倒塌，正是由于它的重力作用线还在其基底范围内；如果比萨斜塔继续倾斜下去，那么有朝一日，比萨斜塔终究会倒塌的。

    为了挽救比萨斜塔，世界上的科学家提出了各种方案。我国科学家提出，在塔倾斜方向的反方向的地基上，灌注大量的水泥，这样可以将比萨斜塔的重心向反方向移动，从而使塔身不再继续倾斜，甚至矫正塔身。

    杂技表演中的演员在斜摞(luò)着的椅子造型上做各种表演，能够保持平衡而不至倒掉，利用的是同样的道理，也就是说，不论多少个演员或多少张椅子，演员和椅子的合重心的重力作用线一定要落在椅子四脚所围成的基底的面积内。

    知识点：地基、倒塌、静态平衡、重力作用线、基底

    高空走索的表演者为什么

    会拿着一根长长的竹竿

    高空走索是一项非常惊险又极具观赏价值的表演项目，20世纪90年代，加拿大高空走索表演者科克伦在我国三峡地区首次高空走索跨过了长江。维吾尔族达瓦兹(维语：高空走索)艺术世家的传人阿迪力在缺乏资金和没有媒体关注的不利情况下，以大大少于科克伦的时间再次走索跨过了长江。阿迪力一家还多次在全国民运会和各种节庆活动中表演了达瓦兹，赢(yíng)得了观众们的喝彩和敬佩。

    观看高空走索，观众们看到表演者在很细的绳索或钢丝上如履(lǚ)平地，还能轻灵敏捷地做出各种惊险优美的动作，会紧张得透不过气来，但表演者不用保险绳的保护却不会从绳索上摔下来，这是为什么呢?而且，表演者还要拿着一根长长的竹竿或长棍子，这根长竿难道不会妨碍他做动作吗?

    与人们的想象相反，表演者手里拿的长竿，不仅不会妨碍表演者做动作，恰恰是使他保持平衡、不易从绳索上掉下来的关键。

    我们知道，不论什么物体，要保持平衡，物体的重力作用线(通过重心的竖直线)；必须通过支面(物体与支持着它的物体的接触面)，如果重力作用线不通过支面，物体就会倒下。

    根据物体平衡的条件，就要求高空走索演员，要始终使自己身体的重力作用线通过支面——悬空的绳索。由于绳索很细，对人的支撑面极小，一般人很难让身体的重力作用线恰巧落在绳索上，随时有从绳索上掉下的危险。手中的长竿可以左右摆动，以调节身体的重心，将身体的重力作用线调整到绳索上，使身体重新恢复平衡。我们有这样的经验，当身体摇晃即将倒下时，我们会下意识地摆动双臂，使身体重新站稳，这是我们依靠摆动双臂来调整身体的重心。杂技演员走钢丝时，也会通过摆动手臂的方法保持平衡。同样道理，高空走索表演者手里拿的长竿，实际充当了延长的手臂的作用，还有长杆转动惯量大，可以有效地帮助表演者在空中保持平衡。

    知识点：惊险、平衡、重心

    为什么医生可以使用听诊器

    诊断病人患了什么病

    人们得了病，去医院看病，医生就会用挂在脖子上的听诊器贴在你的胸前背后，仔细地听着什么。他到底能听到什么呢?

    观察一下，会发现听诊器贴在你身体上的部分是一个圆形的蒙着金属薄膜的小圆盒，它连在一段空心橡胶管上，靠近医生两耳的部分是两条金属腿。听诊器为什么要用这样的材料制成呢?

    原来，人在得病时，身体各部分会产生某些变化，比如肺里有杂音，或心脏跳动不规律，有时候胸腔或腹腔还会有积水。通过听诊，可以听到这些身体中的变化。

    最初医生是通过将耳朵贴在病人身体上的办法来听诊的，但这样做既不卫生效果也不十分理想。后来，人们发明了听诊器解决了这个问题。

    关于听诊器发明的一个传说是：一个医生偶然在公园里看到两个孩子用一段树枝贴在长椅上仿佛听着什么，医生好奇地模仿着孩子们的动作，令他十分惊异的是：声音比平时听起来要响得多，而且清楚得多，他于是便用空心木管做了一只听诊器。后来，人们改用金属来做听诊器，听诊器逐渐变成了我们现在所熟知的样子。

    为什么听诊器要用金属制成呢，我们已经知道，声音在固体中传递的能力比在空气中强，所以利用金属可以更清楚地听到身体内部发出的声音，并根据声音的不同判断出身体里出现的毛病。

    同样道理，工厂里经验丰富的工人师傅把螺丝刀放在运行的机器上，将耳朵贴在螺丝刀上仔细听，也可以通过机器发出的声音判断机器是否正常。

    知识点：杂音、声音、变化、金属

    为什么噪声也是一种污染

    现在环境污染已经越来越成为人们迫切关注的与人类生存密切相关的问题。如果问你，环境污染都包括哪些，你会提到废物、废水、废气等污染，但你是否知道声音也有可能成为一种污染呢?这就是噪声污染，而且是比其他污染更加危险的污染。

    人们最早意识到噪声污染，是在20世纪50年代以后，喷气式飞机特别是超音速飞机出现后的事情。住在机场附近的居民被飞机突破音障(飞机速度超过音速时空气阻力对飞机形成的一种无形的障碍)时所产生的巨大的轰鸣声搅得头疼、耳鸣、神经衰弱。

    噪声会对人产生一种不愉快的有刺激性的影响。强噪声对人长时间作用，能引起听力暂时丧失，在严重的情况下，能引起听力全部丧失。人们最早注意到噪声污染的除了飞机噪声外，还有就是同金属冶炼和金属加工有关的工厂噪声，建筑和市政施工的噪声(如扔钢筋的声音、混凝土捣固机的声音、气钻的声音等)，以及汽车干线附近的噪声。但是，现在人们已经知道，实际上在我们周围的一些环境噪声的危害比上面所说的更大。如夜深人静时水龙头的漏水声、锅铲刮锅的声音、摇滚乐队和重金属乐队的演奏声、音乐会上歌迷们狂热的尖叫声、家庭音响的低频振动等。

    噪声同污染的空气和水一样对人体健康产生危害。如果对于过度的噪声没有防护，人就可能造成心理上和生理上的破坏。噪声会造成心理异常，首先是引起失眠，妨碍人们入睡，或使人从梦中惊醒；噪声还有可能引起人神经和心理上的疾病，如使人烦躁不安，具有攻击倾向；过响的声音会妨碍人与人的交往，如影响说话、打电话等；噪声会使劳动生产率降低；生理上的影响，除了会造成听力衰退、暂时性耳聋和永久性耳聋外，还可能引起高血压等疾病。

    正因为噪声污染是一种非常危险的环境污染，所以人们已经开始重视噪声污染的防治工作。

    知识点：环境污染、声音、刺激、心理异常、听力

    为什么隐形飞机可以逃过雷达的“眼睛”

    普通飞机往往很难逃过雷达的“眼睛”，但是有一种飞机却可以躲过敌人的雷达监视系统，突然出现在所要打击的敌方军事目标上空，迅速摧毁敌人的飞机、机场甚至雷达系统。由于这种飞机不容易被雷达等监视系统侦察到，就像故事中的隐身人不会被人看到一样，因而这种飞机被称做隐形飞机。

    为什么隐形飞机能够逃过雷达等监视系统的侦察呢?

    首先，让我们先来看一看雷达等现代监视系统的工作原理。尽管这些监视系统形式多样，性能各异，但都是利用了波，即光波、声波和电磁波的功能。雷达、主动红外探测仪等只有自身发射短波、微波或红外线，然后再接收被测物的反射才能发现目标；而被动红外探测仪和各种光学、声学、目视观察等，则必须利用目标所发出的各种波。切断了波的来路，这些监测系统就成了瞎子或聋子了。

    找到了雷达等监测系统的弱点，隐形飞机在设计上，便在波的吸收和防反射、防发射上大做文章。首先，要尽量减少机身对波的反射。雷达等主动式监测系统所发出的波主要通过两种形式循原路反射回去：一是垂直入射的镜面反射，二是直角形表面的折曲反射。针对这个特点，隐形飞机的机身、机翼、尾翼等均融为一体，各部分之间全部采用平滑过渡；发动机进气道由圆筒改为蛇形管，以减少风扇叶的反射；驾驶舱挡风玻璃向后倾斜，并涂敷透明金属膜，以减少射向舱内的透射波，并使反射散逸开去。其次，在飞机材料的选择上，将机身上涂敷高吸收率的材料，目前主要有结构型复合材料和涂料型粉末材料。前者为多孔形松散结构，使入射波在微孔中反复振荡而衰减；后者是通过材料与电磁波间的各种电磁作用，使电磁波转变为热而散失掉。涂敷隐形材料的机身和防反射系统结合在一起，就使雷达发出的入射波不能被反射回去，从而使雷达等主动监测系统和光学侦察系统致盲。第三，尽可能降低飞机自身辐射。发动机的隆隆声响，高温部件和高温喷射气流所发出的大量红外线，是被动式监测系统追寻的目标。隐形飞机采用高效、低热、低噪声的发动机，并且在发动机上敷设吸热、消声装置。喷气尾管做得很长，并采用“百叶窗式”换热结构以充分利用机外冷空气降温，使喷出气体的温度降至很少发射出红外线的程度。

    采用以上措施设计和制造的隐形飞机，可以比较有效地减少各种波的反射和发射，因而可以隐蔽地接近敌人而不被发觉。但这种飞机造价极高，所以目前只有美国空军装备了隐形飞机。而且，隐形飞机也并不能完全不反射、不发射波和红外线，所以，各国在研制隐形飞机的同时，也在研制反隐形雷达。

    知识点：侦察、工作原理、波、反射

    为什么录音机里自己的声音

    听起来感到陌生

    将你说话的声音录下来，然后，用录音机放出来，你会感到那声音听起来非常陌生，好像不是自己的声音。这是为什么呢?

    这是因为平时我们听到自己的声音，与录音机里放出的自己的声音，两者传递声波的方式不同。我们听外界的声音是通过耳朵感受的，空气的振动由耳膜传给听觉神经；而自己讲话的声音，主要是声带的振动通过颅(lú)骨传给听觉神经的。这样，两者的音色不同，引起的声觉也就不同。平时，我们没有机会听到只通过空气传给耳朵的自己的声音，而录音磁带录下的就是通过空气传递的声音，所以在用录音机放自己的声音时，会有陌生的感觉，但旁人平时就是听的与录音相同的声音，所以不会有异样的感觉。

    知识点：声波、耳膜、听觉神经、音色

    为什么热气球能够翱翔蓝天

    在人类的航天器家庭中，有一类航天器，被称做热气球。

    最早的热气球是公元3世纪时我国三国时期的诸葛亮发明的，它是用纸做的正方形灯笼，它的上方和前后左右都糊着纸，靠近地面的一面不糊纸。将灯笼放在燃烧的火上，并使灯笼底边与地面完全接触，在灯笼内部形成一个封闭的空间，避免热空气的逃逸。待灯笼中的空气被加热，松开灯笼，灯笼便会飞上天去。由于诸葛亮表字孔明，所以这种灯笼被称做“孔明灯”。

    人类历史上第一次载人热气球飞行，是在1783年11月。法国蒙格尔费兄弟利用充满热空气的布囊将人升入空中。现代热气球是开放式的，与普通气球不同，球里并不充氢、氦等气体，而是普通的空气。它由球囊、燃烧器、吊篮、贮气瓶、鼓风机以及仪表等组成。

    操作时，先用鼓风机向球内吹入空气，使球囊膨胀，当球囊膨胀到一大半时，开始用燃烧器从气囊下端开口处对空气加热，空气受热膨胀，气囊被热空气膨胀到足够大。此时，球内热空气密度比球外的小，浮力就大于重力，于是在球外空气浮力的作用下，热气球带着吊篮等装置慢慢上升。由于热气球是无动力飘浮，它在空中主要随风飘移，升空高度由燃烧器加热情况决定，一般高度可达几十至几百米，操纵比较容易。降落时依风向选择好合适的地方，关闭燃烧器，让球内的热空气冷却，气球就缓缓下降；着陆后要立即打开气囊上的排气阀，排空球内的空气。

    利用热气球可以进行竞技比赛、运输、探险等活动。最为惊；险刺激的是有人用热气球进行蹦极跳跃；还有人尝试乘热气球不间断地环绕地球飞行，但由于复杂多变的天气等原因，迄今尚未取得成功。
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