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第2章 世界真神奇(2)

在那宿命的夜晚,如果天空中有明月照耀,那么“泰坦尼克号”上的观望哨就可能会及时发现冰山,从而避免致命的碰撞。

然而事实上,“泰坦尼克号”沉没当晚天空中月亮“缺席”也许只是导致泰坦尼克号撞上冰山的部分原因而已。美国科学家研究发现,1912年春天,北大西洋航运线路上之所以出现数目异乎寻常的大量冰山,很可能是由千年不遇的天文现象引发的!正是因为如此。才铸就了“泰坦尼克号”的悲剧命运。

海洋潮涌之谜

是谁制造了“潮汐”

海洋涨潮是一道壮观的风景,每逢大潮涨起时,汹涌澎湃的景象总能吸引众人的欣赏目光。在迷恋这一风景的同时,人们不禁会问,是谁制造了“潮汐”这一大自然的壮观场面?答案是是万有引力!

宇宙间的万物都存在着相互吸引力,地球和月亮之间也不能例外,地球对月亮的吸引,使月亮不能离开地球而只能绕着地球旋转。月亮也以同样大小的力吸引着地球,当然也吸引着地球上海洋的水。

由于地球在不停地绕太阳公转又绕本身的地轴自转,因此海洋中的水与地面上所有物体一样受到一种称为惯性离心力的作用。对着月亮一面的海水,离月亮比较近,月亮对海水的吸引力大于它受到的惯性离心力,海水被月亮吸引而鼓向月亮一边;在背离月亮一边的海水,离月亮比较远,月亮对海水的吸引力小于它受到的惯性离心力,海水便向背离月亮的方向鼓出。

这样,地球上无论是向着月亮一面还是背着月亮的一面,海水都上涨,这就形成涨潮。海洋中的水聚向涨潮的地区,与这些地区相垂直方向上的水面,便要下落,这便形成落潮。地球上各处海面高度的不断改变形成了潮汐。由于地球上同一地点每天总有一次向着月亮,一次背离月亮,因此每天有两次涨潮。

太阳对地球也有引力作用,太阳也应该使地球上形成潮汐现象。虽然太阳离地球比月亮离地球远得很多,但太阳的质量却比月亮的质量大得很多。因此,太阳对潮汐现象的影响也是颇大的。

当月亮和太阳联合起来吸引地球上的海水时,潮汐现象便会更加厉害。

当月亮全部躲藏起来时,正是阴历初一,月亮转到太阳与地球之间。从地球来看,太阳和月亮在同一方向。处于同一方向的月亮和太阳,联合起来吸引海水,这便使得海水向两面鼓得更厉害了。

当一轮明月圆如镜之时,正是阴历十五。从地球看来,月亮和太阳转到相反的方向。这时,处于地球两侧的月亮和太阳,联合起来兴潮作浪,同样使两头的海水向两面鼓得非常厉害。

这就是阴历初一和十五潮汐现象特别厉害的原因,这时所产生的潮汐现象,称为“大潮”。

当月亮和太阳对潮汐的影响部分抵消时,潮汐现象当然就显得平静些。每当阴历初七八或二十二三,从地球看来,月亮和太阳的位置,大约互成90度,这时就出现月亮和太阳所引起的潮汐有一部分抵消的情况,所以这段时间的潮汐现象比较小些,被称为“小潮”。

所以只有在阴历每月的初一和十五前后几天,潮汐现象才特别壮观,人们总爱选择这个时期去观潮。

潮汐给人类带来的益处

在观赏潮汐的壮观场面时,不要忘记感谢万有引力的功绩。当然潮汐现象给人类带来的好处远远不仅限于观赏,每当涨潮过去海水下落时,也就成了渔民们在海滩上的大忙时光。采集丰富多彩的海产品,拣起那美丽的贝壳,捉住那拼命爬行的螃蟹,抓住那些来不及跟海水一起退回大海的鱼、虾……这时的海滩呈现出的是一片繁忙的欢乐景象。

潮汐现象还给人类带来廉价的动力资源,每天海水自然涨落两次,蕴藏着巨大的能量,人们利用它来发电。由于引潮力的作用,使海水不断地涨潮、落潮。涨潮时,大量海水汹涌而来,具有很大的动能;同时,水位逐渐升高,动能转化为势能。落潮时,海水奔腾而归,水位陆续下降,势能又转化为动能。

潮汐发电已进入实用阶段

在海水涨落比较大的海边建上几道闸门,当海水上涨、海面升高时,闸门打开。海水自动向内流进,水流冲动水轮机,带动发电机便可发出电来。当潮水开始要下落时,关掉原先的闸门,打开另外的闸门,水向外流出,又可以推动水轮机,带动发电机发电。

简单来说,潮汐发电就是在海湾或有潮汐的河口建筑一座拦水堤坝,形成水库。并在坝中或坝旁放置水轮发电机组,利用潮汐涨落时海水水位的升降,使海水通过水轮机时推动水轮发电机组发电。从能量的角度说,就是利用海水的势能和动能,通过水轮发电机转化为电能。

潮汐发电与普通水利发电原理类似。潮汐发电通过出水库,在涨潮时将海水储存在水库内,以势能的形式保存。然后在落潮时放出海水,利用高、低潮位之间的落差,推动水轮机旋转,带动发电机发电。差别在于海水与河水不同,蓄积的海水落差不大,但流量较大,并且呈间歇性,从而潮汐发电的水轮机结构要适合低水头、大流量的特点。

与潮汐发电相关的技术进步极为迅速,已开发出多种将潮汐能转变为机械能的机械设备,如螺旋浆式水轮机、轴流式水轮机、开敞环流式水轮机等。日本甚至开始利用人造卫星提供潮流信息资料。利用潮汐发电日趋成熟,已进入实用阶段。

神奇的“虹吸泉”现象

自然界里的虹吸泉

在距江西弋阳城30千米处有一条狭窄的山谷,山坡上有一个面积大约两平方米的小水池,水深不足一尺且清晰见底。每隔数十分钟或数小时就会出现一种奇异的现象,池水不是平静的,它和海潮一样,忽涨忽落。所不同的是,涨时不知其来源,落时不知其去向。

对于这奇异的自然现象,人们自古以来有许多传说,有的说池水是和大海相通的,有的说这是神仙在施行法术,但究竟如何却始终是个谜。

在科学高度发展的今天,人们终于揭开了池水的秘密。原来这是一股特别的泉水,有人给它起了个科学的名字叫“虹吸泉”。

虹吸泉的命名

为什么叫“虹吸泉”,得先从“虹吸作用”说起。汽车司机给汽车加油时往往会将一根弯曲的管子的一端插入桶内油面下;另一端放在桶外,管端低于油面。加油时设法使管子里充满汽油,然后打开下端管口,这时汽油自动被管子源源不断地吸出,自下端管口流入汽车油箱内,管子吸油的作用就称为“虹吸作用”,弯曲的管子被称为“虹吸管”。

虹吸作用的发生是由于充满管子的汽油从下端放出时,管子里出现了近似真空的状态,气压骤降;大气压便将汽油压入管内,当汽油上升过弯曲顶端时,就被吸出。“虹吸泉”的形成也是由于“虹吸作用”的关系。

虹吸泉的生成

研究人员发现,“虹吸泉”的山是由石灰岩组成的。石灰岩的主要化学成分是碳酸钙,是比较容易被水溶解的一种岩石。

在漫长的地质年代里,石灰岩不断被雨水溶蚀,加上其它地质因素的变化影响,在石灰岩的表面和内部,生成了许多溶洞、溶沟,它们的形态千变万化、无奇不有。在某种特定条件下,当溶洞和溶沟发育成满足虹吸条件的形状时,便出现了“虹吸泉”现象。溶洞相当于贮有液体的容器,和溶洞相连的弯曲的溶沟相当于虹吸管。

溶洞贮有上部地表渗透进来的水,当水面上升到溶沟弯曲处的顶端时,溶沟开始向外吸水,直到将洞内存有的水吸干为止。然后溶洞又继续进水……如此循环不已。当溶沟向外吸水时,露在地表外部的与溶沟相通的小池“虹吸泉”开始“涨潮”。溶洞存水被吸干时,就出现“落潮”。涨、落时间的长短,决定于溶洞积水的时间,一般是雨季积水时间快,旱季慢。

由于“虹吸泉”的形态独特,生成条件苛刻,因此只有在非常巧合的情况下才能形成,所以至今在国内外文献上有记载的很少。

虹吸在工程与日常生活的应用

虹吸原理可以运用到方方面面,大到水利工程,小到家居排水,人们利用其物理特性,如不借助虹吸原理来把流体物质移动到另一处将费时费力。

现代日常使用橡胶软管利用虹吸原理吸走鱼缸内粪便、杂物等。

许多水利建设者运用虹吸原理将河、湖等内的水排出,节约了机械设备的使用量与电能的消耗,十分有效的解决了很多问题。许多企业运用虹吸原理,制造出大量的实用新型产品,比如楼顶、屋面排水系统,大型体育、场馆设施的排水系统,基本上均是按照虹吸原理设计施工。

虹吸理论在金融上的应用

2008年,中国黄金市场由于黄金期货品种的上市,经历了新一轮大发展。在证券市场走势出现大幅回落、国民经济增长推升企业需求的情况下,市场资金开始追逐风险套利、套保资产,大批资金涌入黄金市场,这直接导致国内期货市场交易量激增。根据虹吸理论对上半年交易量计算,08年国内期货市场交易量有望强劲增长,事实也确实如此。

有趣的鸽子导航史

古代的信鸽

相传中国历史上楚汉相争时,被项羽追击而藏身废井中的刘邦,放出一只鸽子求援而获救。至19世纪初叶,人类对鸽子的利用更为广泛,在人类的军事冲突史中,它是最早并最多效力于主人的。

著名的滑铁卢战役的结果就是由信鸽传递的。在科技发达的今天,人类主要利用信鸽进行隐蔽通讯,海上航行利用信鸽跟陆上联系,森林保护巡逻队有效地使用信鸽跟总部联系等等。

鸽子的导航能力

在古代,人类没有现代化的通信设备,而为什么利用信鸽就能传递信息呢?为什么信鸽不会迷路呢?

我们经常见到的鸽子,其最大功能是本身有导航功能,从来不会因为阴天下雨、狂风雷电而迷路丢失。鸽子的用途非常的广泛:包括航海通信、商业通信、新闻通信、民间通信、军事战争通信、情书信物通信的传递等等。

在遥远的欧洲,古罗马人很早就已经知道鸽子具有归巢的本能。古埃及的渔民,每次出海捕鱼多带有鸽子,以便传递求救信号和渔汛消息。在古巴比伦王国,曾经有一个人,把一只鸽子染成紫红色后放飞出去,让它飞回到琴纳家中,向那里的父亲报信,告知他自己在奥林匹克运动会上赢得了胜利。

人们利用鸽子有较强的飞翔力、归巢能力、识别方向的能力等特性,培养出不同品种的信鸽。鸽子的归巢能力表现为:一幼小的鸽子在一个地方长大后,把鸽子带到很远的地方,它仍然会也能找回它原来的老巢。

磁场对鸽子导航的影响

鸽子是最典型的依靠磁场进行导航飞行的动物,自古以来,对鸽子的赞美从来没有终止过。

也许大家都熟悉,随意把鸽子放到远至两千多千米以外的地方,鸽子仍然能顺利的飞回家去。这时,我们会猜测是鸽子的眼神好、记忆力惊人导致的。但是,经过历代科学家的实验研究证明,鸽子不会迷路的内在原因并没有我们大家想象的那么简单,这其中究竟隐藏着什么玄机呢?

其实,生物学家研究出,鸽子在识途时最重要的导航工具就是地球的巨大磁场。因为当地球磁场发生大的变动时,鸽子就会不认识路了。

有人做过这样的实验,在鸽子头顶和脖子上绕几匝线圈,并且加上通着电的小电池。这样一来的话,鸽子头部就会产生一个均匀的附加磁场。倘若把鸽子放飞,会发现鸽子的飞行轨迹毫无规律可言,非常混乱。

那么鸽子是怎样按照地球磁场来确定飞行方向的呢?

科学家把鸽子比喻成1000欧姆电阻的半导体,当鸽子在地球磁场中振翅飞行时,类似于做切割磁感线运动,因而在两翅之间会产生感应电动势。鸽子感应的磁场不同,它的飞行方向就会不同。

鸽子导航试验

下面再让我们做一个实验:如果鸽子能够准确地找到设在隧道一样的房间里的两个平台,它们就会受到食物奖励。在正常的条件下,它们会随便爬到两个平台中的任何一个寻找吃的。然而,意想不到的事情发生了,当在放有食物的平台上面和下面都放上马蹄磁铁对它们进行诱导时,这些鸽子找到食物的准确率要高得多。

如今,在经过数十年的调查科学实验后,科学家指出:鸽子的上喙着实具有一种能够感应磁场的晶胞,鸽子是靠地磁来判别方向的。科学家曾发现鸽子的大脑里面有些极其微小的磁性物质(四氧化三铁),鸽子是依靠这个来作为飞翔导航的。

就目前而言,对于信鸽能有如此的天赋异能,最科学、最合理、最权威的解释就是探测磁场说。

永动机的永动谎言

永动的渴望

通过能量守恒定律我们知道永动机是不可能被造出来的,但是在历史上,永动机在开始时并不是骗术,它来自人类对能源的渴求。

古代的人们有三种渴求:长生不老、永不枯竭的能源和取之不尽的财富。因此出现了与之相对应的三种活动:炼长生不老药、造永动机和点石成金。这三件事情至今都没有做成,很可能永远也做不成,但也并不是毫无价值。

古人在炼丹过程中发明了火药;炼金术使得人们逐渐明了各种物质的性质,导致了现代化学的产生;对永动机的追求,使人们发现了热力学第一定律,进而奠定了现代物理学基础。

永动机的构想

永动机的构想,开始主要出现在机械学领域,后来逐渐转移到热学领域,在人们对电磁现象还不了解的时候,就有人尝试利用电磁制造永动机,现在,又转移到了生物学领域。永动机是指违反热力学基本定律的永不停止运动的发动机。

有人认为永动机这个名词不是很恰当,说“如飞轮之类,一旦开始运动,若无摩擦阻力作用,是可以永久继续运动下去的,这在实际上虽然不易实现,但是在道理上说得通,可以看作一种实际的极限情况。”

他们还认为:“所谓永动机并不是指这种情况,不是试图去保持永恒的运动,而是期望在没有外界能源供给,即不消耗任何燃料和动力的情况下,源源不断地得到有用的功。”

难以实现的愿望

事实上,能量的转化是有方向性的,自然界里无论什么运动都会产生热,热向四周扩散,成为无用的能量。如果不补给能量,任何运动着的机器都会停下来,如果这种永动机真的能够制成,那么就可以不使用任何自然能源无中生有地得到无限多的动力。但是,至今永动机还是未能发明出来,没有任何一部永动机被实际地制造出来,也没有任何一部永动机的设计方案能经受科学的审查。

长臂猿与离心力

利用离心力的大师——长臂猿

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