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1883年,富有创造精神的师约翰·罗,雄心勃勃地意欲建造横跨曼哈顿和布鲁克林的大桥。罗布林的——华盛顿·罗布林,一位很有前途的工程师,也确信这座大桥可以建成。然而,有许多桥梁专家却对他们说,这个计划纯属天方夜谭,不如趁早放弃。父子俩克服了种种困难,说服了银行家们投资该项目。然而,大桥开工仅几个月,施工现场就发生了灾难性的事故。父亲约翰·罗布林不幸身亡,华盛顿也严重受伤。许多人都认为这项工程会因此而泡汤,因为只有罗布林父子才知道如何把这座大桥建成。

尽管华盛顿·罗布林丧失了活动和说话的能力,但他的思维还与以往一样敏锐。他下决心要把父子俩费了很多心血的大桥建成。一天,他脑中忽然一闪,想出一种用他唯一能动的一个手指和别人交流的方式。他用那根手指敲击他妻子的手臂,通过这种密码方式由妻子把他的设计意图转达给仍在建桥的工程师们。整整13年,华盛顿就这样用一根手指指挥工程,直到雄伟壮观的布鲁克林大桥最终落成。

在这个世界上,许多人之所以没有成功,并不是因为他们缺少智慧,而是因为他们面对艰难时缺乏做下去的勇气。既然一根手指可以成就一座大桥,那还有什么是不可能的呢?

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小故事

1746年4月春光明媚的一巴黎的市民穿红戴绿、扶老携幼,从四方向"巴黎圣母院"教堂前的赶去,去观看一场神奇的科学表演。

下午3时,教堂正门台阶上临时搭起的观礼台上,坐满了达官显贵和皇室人员,四周彩旗飘扬,鼓乐齐鸣。表演开始了,为首的神父--巴黎实验物理学校教师诺雷走向观礼台,鞠躬致礼后,让700名修道士手拉手地围成一个直径约270米的半圆圈,他走到圆圈的中心,将一只银光闪闪的玻璃瓶高高举起,大声说:"这瓶子就是这几个月来人们热衷于议论的莱顿瓶,现在我将使各位大人亲眼目睹它的神威。"接着,他令助手拿来摩擦起电机,手摇把柄,向莱顿瓶充电。然后,他让排头的修道士手捧玻璃瓶,再令排尾的修道上用手去握住莱顿瓶中央金属棒引出的导线,就在修道士握住这导线的瞬间,蓦然一声"噼啪"响,700多名修道上同时像触电一样,跳了起来,一个个吓得面如土色。这一触目惊心的场面,使所有的观众都惊得目瞪口呆:小小的玻璃瓶,哪来这么巨大的威力,真是不可思议!

"这威力并不是来自瓶子,而是这莱顿瓶里储藏的电。电将是未来世界的主宰。"诺雷教师讲起了莱顿瓶的发明故事来。

望远镜小史

17世纪初的一天,荷兰密特尔堡镇一家眼镜店的主人科比斯赫,他为检查磨制出来的透镜质量,把一块凸透镜和一块凹镜排成一条线,通过透镜看过去,发现远处的教堂的塔好象变大而且拉近了,于是在无意中发现了望远镜原理。1608年他为自己制作的望远镜申请专利,并遵从当局的要求,造了一个双筒望远镜。据说密特尔堡镇好几十个眼镜匠都声称发明了望远镜,不过一般都认为利比赫是望远镜的发明者。

望远镜发明的消息很快在欧洲各国流传开了,意大利科学家伽利略得知这个消息之后,就自制了一个。第一架望远镜只能把物体放大3倍。一个月之后,他制作的第二架望远镜可以放大8倍,第三架望远镜可以放大到20倍。1609年10月他作出了能放大30倍的望远镜。

伽里略用自制的望远镜观察夜空,第一次发现了月球表面高低不平,覆盖着山脉并有火山口的裂痕。此后又发现了木星的4个卫星、太阳的黑子运动,并作出了太阳在转动的结论。

几乎同时,德国的天文学家开普勒也开始研究望远镜,他在《屈光学》里提出了另一种天文望远镜,这种望远镜由两个凸透镜组成,与伽利略的望远镜不同,比伽利略望远镜视野宽阔。但开普勒没有制造他所介绍的望远镜。沙伊纳于1613年—1617年间首次制作出了这种望远镜,他还遵照开普勒的建议制造了有第三个凸透镜的望远镜,把二个凸透镜做的望远镜的倒像变成了正像。沙伊纳做了8台望远镜,一台一台地云观察太阳,无论哪一台都能看到相同形状的太阳黑子。因此,他打消了不少人认为黑子可能是透镜上的尘埃引起的错觉,证明了黑子确实是观察到的真实存在。在观察太阳时沙伊纳装上特殊遮光玻璃,伽利略则没有加此保护装置,结果伤了眼睛,最后几乎失明。

荷兰的惠更斯为了提高望远镜的精度在1665年做了一台筒长近6米的望远镜,来探查土星的光环,后来又做了一台将近41米长的望远镜。

使用物镜和目镜的望远镜称为折射望远镜,即使加长镜筒,精密加工透镜,也不能消除色象差,1668年英国科学家反射式望远镜,解决了色象差的问题。第一台反望远镜非常小,望远镜内的反射镜口径只有2.5厘米,但是已经能清楚地看到木星的卫星、金星的盈亏等。1672年牛顿做了一台更大的反射望远镜,送给了英国皇家学会,至今还保存在皇家学会的图书馆里。

牛顿曾认为折色象差不可救药,后来,证明过分悲观。1733年英国人哈尔制成一台消色差折射望远镜。1758年伦敦的宝兰德也制成同样的望远镜,他采用了折光原则不同的玻璃分别制造凸透镜和凹透镜,把各自形成的有色边缘相互抵消。

但是要制造很大透镜不容易,目前世界上最大的一台折射式望远镜直径为102厘米,安装在雅弟斯天文台。

反射式望远镜存在天文观测中发展很快,1793年英国赫瑟尔制做了反射式望远镜,反射镜直径为130米,用铜锡合金制成,重达1吨。1845年英国的洛斯制造的反射望远镜,反射镜直径为1.82米。1913年在威尔逊山天文台反望远镜,直径为254米。1950年在帕洛玛山上安装了一台直径5.08米反射镜的反射式望远镜。1969年在苏联高加索北部的帕斯土霍夫山上装设了直径为6米的反射镜,它是当时世界上最大的反射式望远镜,现在大型天文台大都使用反射式望远镜。

发电机史话

19世纪初期,科学家们研究的重要课题,是廉价地并能方便地获得电能的方法。

1820年,奥斯特成功地完成了通电导线能使磁针偏转的实验后,当时不少科学家又进行了进一步的研究:磁针的偏转是受到力的作用,这种机械力,来自于电荷流动的电力。那么,能否让机械力通过磁,转变成电力呢?著名科学家安培是这些研究者中的一个,他实验的方法很多,但犯了根本性错误,实验没有成功。

另一位科学家科拉顿,在1825年做了这样一个实验:把一块磁铁插入绕成圆筒状的线圈中,他想,这样或许能得到电流。为了防止磁铁对检测电流的电流表的影响,他用了很长的导线把电表接到隔壁的房间里。他没有助手,只好把磁铁插到线圈中以后,再跑到隔壁房间去看电流表指针是否偏转。现在看来,他的装置是完全正确的,实验的方法也是对头的,但是,他犯了一个实在令人遗憾的错误,这就是电表指针的偏转,只发生在磁铁插入线圈这一瞬间,一旦磁铁插进线圈后不动,电表指针又回到原来的位置。所以,等他插好磁铁再赶紧跑到隔壁房间里去看电表,无论怎样快也看不到电表指针的偏转现象。要是他有个助手,要是他把电表放在同一个房间里,他就是第一个实现变机械力为电力的人了。但是,他失去了这个好机会。

又过了整整6年,到了1831年8月29日,美国科学家法拉第获得了成功,使机械力转变为电力。他的实验装置与科拉顿的实验装置并没有什么两样,只不过是他把电流表放在自己身边,在磁铁插入线圈的一瞬间,指针明显地发生了偏转。他成功了。手使磁铁运动的机械力终于转变成了使电荷移动的电力。

法拉第迈出了最艰难的一步,他不断研究,两个月后,试制了能产生稳恒电流的第一台真正的发电机。标志着人类从蒸汽时代进入了电气时代。

一百多年来,相继出现了很多现代的发电形式,有风力发电、水力发电、火力发电、原子能发电、热发电、潮汐发电等等,发电机的构造日臻完善,效率也越来越高,但基本原理仍与法拉第的实验一样:少不了运动着的闭合导体,少不了磁铁。

核磁共振仪的发明

核磁共振仪广泛用于有机物质的研究,化学反应动力学,高分子化学以及医学,药学和生物学等领域。20年来,由于这一技术的飞速发展,它已经成为化学领域最重要的分析技术之一。

早在1924年,奥地利物理学家泡里就提出了某些核可能有自旋和磁矩。"自旋"一词起源于带电粒子,如质子、电子绕自身轴线旋转的经典图像。这种运动必然产生角动量和磁偶极矩,因为旋转的电荷相当于一个电流线圈,由经典电磁理论可知它们要产生磁场。当然这样的解释只是比较形象的比拟,实际情况要比这复杂得多。

原子核自旋的情况可用自旋量子数I表示。自旋量子获得,质量数的原子序数之间有以下关系:

质量数 原子序数 自旋量子数(I)

奇数 奇数或偶数 1/2, 3/2 , 5/2……

偶数 偶数 0

偶数 奇数 1,2,3……

1>0的原子核在自旋时会产生磁场;I为1/2的核,其电荷分布是球状;而I≥1的核,其电荷分布不是球状,因此有磁极矩。

I为0的原子核置于强大的磁场中,在强磁场的作用下,就会发生能级分裂,如果用一个与其能级相适应的频率的电磁辐射时,就会发生共振吸收,核磁共振的名称就是来源于此。

斯特恩和盖拉赫1924年在原子束实验中观察到了锂原子和银原子的磁偏转,并测量了未成对电子引起的原子磁矩。

1933年斯特恩等人测量了质子的磁矩。1939年比拉第一次进行了核磁共振的实验。1946年美国的普西尔和布少赫同时提出质子核磁共振的实验报告,他们首先用核磁共振的方法研究了固体物质、原子核的性质、原子核之间及核周围环境能量交换等问题。为此他们两位获得了1952年诺贝尔物理奖。50年代核磁共振方法开始应用于化学领域,1950年斯坦福大学的两位物理学家普罗克特和虞以NH 4NO3水溶液作为氮原子核源,在测定14N的磁矩时,发现两个性质截然不同的共振信号,从而发现了同一种原子核可随其化学环境的不同吸收能量的共振条件也不同,即核磁共振频率不同。这种现象称为"化学位移"。这是由于原子核外电子形成的磁场与外加磁场相互作用的结果。化学位移是鉴别官能团的重要依据。因为化学位移的大小与键的性质和键合的元素种类等有密切的关系。此外,各组原子核之间的磁相互作用构成自旋--自旋耦合。这种作用常常使得化学位移不同的各组原子核在共振吸收图上显示的不是单峰而是多重峰,这种情况是由分子中邻近原子核的数目,距离用对称性等因素决定,因此它有助于提示整个分子的。

由于上述成果高分辨核磁共振仪得以问世。开始测量的核主要是氢核,这是由于它的核磁共振信号较强。随着仪器性能的提高,13C,31P,15N等的核也能测量,仪器使用的磁场也越来越强。50年代制造出IT(特拉斯)磁场,60年代制造出2T的磁场,并利用起导现象制造出5T的起导磁体。70年代造出8T磁场。现在核磁共振仪已经被应用到从小分子到蛋白质和核酸的各种各样化学系统中。

发射光谱仪的发明

著名的英国科学家牛顿在1666年用三棱镜观察光谱,可以说是最早的光谱实验。此后不少科学家从事光谱学方面的研究。1800年,英国天文学家赫歇尔测量太阳光谱中各部分的热效应,在世界上首次发现了红外线。1801年里特发现了紫外线。1802年沃拉斯顿观察到太阳光谱的不连续性,发现中间有多条黑线,这本来是很重要的发现,他却误认为是颜色的分界线。1803年英国物理学家托马斯·杨进行了光的干涉的实验,第一次提供了测定波长的方法。

德国物理学家夫琅和费,重新发现和编绘了太阳光谱图,内有多条黑线(700多条),并对其中的重要黑线用从A到H等字母标记(人称"夫琅和费线"),这些黑线后来成为比较不同玻璃材料色散率的标准。这些成果在1814年至1815年间陆续发表。夫琅和费还发明了衍射光栅。开始他用银丝缠在两根螺杆上,做成光栅,后来建造了刻纹机,用金钢石在玻璃上刻痕,做成透射光栅。

光谱分析的应用研究是从基尔霍夫和本生开始的。本生是德国汉堡的化学教授。他发明了本生灯,对各种物质在高温火焰中发生的变化很有研究,基尔霍夫是汉堡的物理学教授,对光学熟悉。他们两位合作制成了第一台梭镜光谱仪(分光镜)。该仪器利用了牛顿1666年首创技术,使光通过三棱镜中,展开成为一道彩虹光带(光谱)。他们用透镜把物质在本生灯燃烧时发出的光线集成一束平行光,通过一条窄缝,再通过三棱镜,用望远镜放大观察所成的光谱。

基尔霍夫和本生发现,每种化学元素燃烧时发出的火焰都有独特的颜色,可以据此加以鉴别。1860年及1861年他们用光谱仪发现铯和铷。此后借助光谱分析方法研究目光,发现地球上许多元素太阳上也有。1868年法国天文学家詹森和英国天文学家罗克耶分别用光谱法发现了当时地球上还没有发现的一种元素,他们认为这是太阳大气中特有的元素,取名氦,即"太阳"的意思。这样光谱方法也应用到了天文学方面。

光谱方法研究工作急速的发展,也出现了新的问题,主要问题之一是缺乏足够精度的波长标准,致使观测结果混乱,无法相互交流。

1868年埃斯特朗发表"标准太阳光谱"图表,记有上千条夫琅和费线的小波长,以10-8厘米为单位,精确到6位数,为光谱工作者提供了极其有用的资料。为纪念他的,10-8厘米后来就埃斯特朗单位,简写作埃(A)。十几年后被更为精确的罗兰数据表所代替。

现代光谱仪不用三棱镜而用衍射光栅。这是一种上面刻有千条线的板,把光分开,然后把光谱拍摄或记录下来,再用电子仪器进行分析。

光谱仪广泛应用于冶金、地质、环境等各领域。

避雷针史话

一、避雷针首先是我国劳动人民制造和使用的避雷装置。有人说,捷克牧师普罗科普·迪维什于1754年安装了第一个避雷针。更多的人认为是美国的富兰克林于1753年制造了世界上第一个避雷针。实际上,我国在1688年以前就已经制造和首先使用了避雷针。

早在三国时期(公元220年到280年)和南北朝时期(公元420年到581年),我国古籍上就有“避雷室”的记载。据唐代王睿的《谷子》记载,我国汉代(公元前206年到公元220年)就有人提出,把瓦做成鱼尾形状,放在屋顶上就可以防止雷电引起的火灾。在我国的一些古建筑上,也发现设有避雷的装置,法国旅行家卡勃里欧别·戴马甘兰游历中国之后,于1688年写的《中国新事》一书中有这样一段记载:“当时中国新事屋宇的屋脊两头,都有一个仰起的龙头,龙口吐出曲折的金属舌头,伸向天空,舌根连着一根根细的铁丝,直通地下。这种奇妙的装置,在发生雷电的时刻就大显神通,若雷击中了屋宇,电流就会从龙口沿线下行泄至地下,起不了丝毫破坏作用。”由此可见,世界上第一个避雷针是由具有聪明才智的我国劳动人民制造的。

二、避雷针发展到今天,世界上发现了更安全的避雷针。更安全的避雷针已不是针状,而象鸡毛掸子。这种避雷针是由两位美国人发明的。据最近美国《纽约时报》报道,这种避雷针中心是一根管子,其顶端引出2000条细细的导线,这些导线呈辐射状分布。这种方式可以更好地驱散聚集在建筑物周围的静电荷。

三、“避雷针过时了”。目前,我国研制成功了半导体消雷器,它的防雷效果远远超过避雷针,也远远超过美国、法国、澳大利亚生产的同类产品。半导体消雷器具有两大功能:(1)当建筑物上空出现强雷云的时侯,它发出长达1米的电晕火花,中和天空电流,起到消减雷击的作用;(2)万一雷击下来,半导体消雷器上的有关装置,可以把雷击放出的强大电流阻挡住。

我国著名防雷专家武汉水利学院教授解广润建议在高大建筑物上安装这种半导体消雷器,以保护国家财产。解广润说,现在我国已有24个处于强雷区的单位装上了半导体消雷器,经过几年的试验,证明它确实一次又一次地使建筑物化危为安。他呼吁有关单位,特别是国防工程、气象、电力、通讯广播部门应尽快推广半导体消雷器,以减少雷击损失。

自行车是中国人发明的吗

关于自行车的发明说法较多。

①我国是世界上发明自行车最早的国家。自行车的始祖是我国公元前五百多年的独轮车。清康熙年间(1662~1722年),黄履庄曾发明过自行车。《清朝野史大观》卷十一载:“黄履庄所制双轮小车一辆,长三尺余,可坐一人,不须推挽,能自行。行时,以手挽轴旁曲拐,则复行如初,随住随挽日足行八十里。”这就是世界上最早的自行车。

②自行车为西欧人所发明。公元1790年,法国人西夫拉克研制成木制自行车,无车把、脚蹬、链条。车的外形像一匹木马的脚下钉着两个车轮,两个轮子固定在一条线上。由于这辆自行车没有驱动装置和转向装置,座垫低,西夫拉克自己骑在车上,两脚着地,向后用力蹬,使车子沿直线前进。1817年,德国的冯·德莱斯男爵发明了一种能自由活动的车把,使他的自行车转变比较方便。1818年,德莱斯在英国申请了专利。1839年,英国一位工人K·麦克米伦首创了用曲轴机构驱动后轮的脚踏自行车,可使人在骑自行车时双足离开地面。1861年的一天,巴黎的马车和婴儿车制造商米肖父子修理德莱斯式自行车,修好后在坡道上试车时,感到这种车放脚很困难,于是对它进行了改进,在车的前轮上安上脚蹬曲轴,从而发明了米肖型自行车,不久这种自行车便开始大量生产。大概在1870年前后,法国的马执又制造了一种前面驱动轮大,后面从动轮小的自行车,这种车的运行效果较好。1890年后,英国的亨伯公司生产出一种用链条传动的、车为菱型的自行车,这种形式的自行车一直沿用至今。

③自行车为俄国人发明。1801年9月的一天,俄国农奴阿尔塔莫诺夫骑着自己制造的木制自行车,行驶2500公里,赶到莫斯科向沙皇来历山大一世献礼。阿尔塔莫诺夫制造的自行车与法国人西夫拉克制造的车较相似。亚历山大一世见到阿尔塔莫诺夫制造的自行车,当即下令取消了他的奴隶身份。

我国古代的光学知识

光学的起源也和力学、热学一样,可以追溯到二、三千年前。我国的《墨经》就记载了许多光学现象,例如投影、小孔成像、平面镜、凸面镜、凹面镜等等。西方也很早就有光学知识的记载,欧几里得(Euclid,公元前约330-260)的《反射光学》(Catoptrica)研究了光的反射,阿拉伯学者阿勒·哈增(Al-Hazen ,965~1038)写过一部《光学全书》,讨论了许多光学现象。光学真正形成一门科学,应该从建立反射定律和折射定律的时代算起,这两个定律奠定了几何光学的基础。 光的本性也是光学研究的重要课题。微粒说把光看成是由微粒组成,认为这些微粒按力学规律沿直线飞行,因此光具有直线传播的性质。19世纪以前,微粒说比较盛行。但是,随着光学研究的深入,人们发现了许多不能用直进性解释的现象,例如干涉、衍射等,用光的波动性就很容易解释,于是光的波动说又占了上风。两种学说的争论构成了光学发展史中的一根红线。

1.取火的方法和对火的认识

我国古代取火的工具称为“燧”,有金燧、木燧之分。金燧取火于日,木燧取火于木。根据我国古籍的记载,古代常用“夫燧”、“阳燧”(实际上是一种凹面镜,因用金属制成,所以统称为“金燧”)来取火。古代人们在行军或打猎时,总是随身带有取火器,《礼记》中就有“左佩金燧”、“右佩木燧”的记载,表明晴天时用金燧取火,阴天时用木燧取火。阳燧取火是人类利用光学仪器会聚太阳能的一个先驱。讲到取火,古代还用自制的古透镜来取火的。公元前2世纪,就有人用冰作透镜,会聚太阳光取火。《问经堂丛书》、《淮南万毕术》中就有这样的记载:“削冰令圆,举以向日,以艾承其影,则火生。"我们常说,水火不兼容,但制成冰透镜来取火,真是一个奇妙的创造。用冰制成透镜是无法长期保存的,于是便出现用玻璃或玻璃来制造透镜。

2.针孔成像和影的认识

公元前4世纪,墨家就做过针孔成像的实验,并给予分析和解释。《墨经》中明确地写道:“景到(倒),在午有端,与景长,说在端。"这里的“午"即小孔所在处。这段文字表明小孔成的是倒像,其原因是在小孔处光线交叉的地方有一点(“端"),成像的大小,与这交点的位置无关。从这里也可以清楚看到,古人已经认识到光是直线行进的,所以常用“射"来描述光线径直向前。北宋的沉括在《梦溪笔谈》中也记述了光的直线传播和小孔成像的实验。他首先直接观察在空中飞动,地面上的影子也跟着移动,移动的方向与飞的方向一致。然后在纸窗上开一小孔,使窗外飞的影子呈现在窒内的纸屏上,沉括用光的直进的道理来解释所观察到的结果:“东则影西,西则影东"。墨家利用光的直线传播这一性质,讨论了光源、物体、投影三者的关系。《墨经》中写道:“景不徙,说在改为。"“光至,景亡。若在,尽古息。"说明影是不动的,如果影移,那是光源或物体发生移动,使原影不断消逝,新影不断生成的缘故。投影的地方,如果光一照,影子就会消失,如果影子存在,表明物体不动,只要物体不动,影子就始终存在于原处。墨家对本影、半影也作了解释。《墨经》中有这样的记载:“景二,说在重。”“景二,光夹。一,光一。光者,景也。”意思是一物有两种投影(本影、半影),说明它同时受到两个光源重复照射的结果(“说在者”,“光夹”)、一种投影,说明它只受一个光源照射,并且强调了光源与投影的联系(“光者,景也”)。与此相连,墨家还根据物和光源相对位置的变化,以及物与光源本身大小的不同来讨论影的大小及其变化。

3.对面镜的认识

墨家对凹面镜作了深入的观察和研究,并在《墨经》中作了明确、详细的记载。“鉴低,景一小而易,一大而正,说在中之外、内。”“低”表示深、凹之意;放在“中之内”,得到的像是比物体大而正立的。北宋沉括对凹面镜的焦距作了测定。他用手指置于凹面镜前,观察成像情况,发现随着手指与镜面距离的远近变化,像也发生相应的变化。在《梦溪笔谈》中作了记载:“阳燧面洼,以一指迫而照之则正,渐远则无所见,过此遂倒。”说明手指靠近凹面镜时,像的正立的,渐渐远移至某一处(在焦点附近),则“无所见”,表示没有像(像成在无穷远处);移过这段距离,像就倒立了。这一实验,既表述了凹面镜成像原理,同时也是测定凹面镜焦距的一种粗略方法。

墨家对凸透镜也进行了研究。《墨经》中写道:“鉴团,景一。说在刑之大。”“鉴团”即燕面镜,也称团镜。“景一”表明凸面镜成像只有一种。“刑”同形字,指物体,它总比像大。我们的祖先,利用平面镜能反射光线的特性,将多个平面镜组合起来,取得了有趣的结果。如《庄子·天下篇》的有关注解《庄子补正》中对此作了记载:“鉴以鉴影,而鉴以有影,两鉴相鉴,则重影无穷。”这样的装置,收到了“照花前后镜,花花交相映”的效果。《间经堂丛书》、《淮南万毕术》中记有“取大镜高悬,置水盆于其下,则见四邻矣。”表明很早就有人制作了最早的开管式“潜望镜”,能够隔墙观望户外的景物。

4.对虹的认识

虹是一种大气光学现象,从公元6世纪开始,我国古代对虹就有了比较正确的认识。唐初的孔颖达(574-648)曾概括了虹的成因,他认为“若云薄漏日,日照雨滴则虹生。”明确指出产生虹的3个条件,即云、日、“日照雨滴”。沉括对此也作过细致的研究,并作实地考察。在《梦溪笔谈选注》中写道:“是时新雨霁,见虹下帐前涧中。”予与同职扣涧观之,虹两头皆垂涧中。使人过涧,隔虹对立,相去数丈,中间如隔绡觳,自西望东则见;盖夕虹也。立涧之东西望,则为日所铄,都无所睹。”指出虹和太阳的位置正好是相对的,傍晚的虹见于东方,而对着太阳是看不见虹的。地虹有了认识之后,便可以人工造虹。8世纪中叶,唐代曾有过这样的试验:“背日喷呼水成虹霓之状”,表示背向太阳喷出小水珠,便能看到类似虹霓的情景。 本回答被网友采纳

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【基本信息】

建筑师奥古斯都·罗布林 (John Augustus Roebling)

位置:美国纽约布林区

时间:公元18691883年

建筑类型:吊桥

总长度:5989英尺(1825 m)

最大宽度:85英尺(26 m)

离水面距离:135英尺(41 m)

建筑方法:钢索、石桥墩

气候类型:温和气候

建筑环境:城市

交通流量:年均每日145,000辆

【大桥简介】

纽约的布鲁克林大桥横跨纽约东河,连接着布鲁克林区和曼哈顿岛,1883年5月24日正式交付使用。大桥全长1834米,桥身由上万根钢索吊离水面41米,是当年世界上最长的悬索桥,也是世界上首次以钢材建造的大桥,落成时被认为是继世界古代七大奇迹之后的第八大奇迹,被誉为工业革命时代全世界七个划时代的建筑工程奇迹之一。在这座大桥庆祝百年华诞的时候,美国曾发行1枚20美分面值的邮票来纪念,展现了大桥的雄姿和风采。美国近代诗人哈特·克雷恩还专门为它写过一首长诗,诗名就叫《桥》。

桥梁的设计师是约翰·罗布林,他带着在德国学到的桥梁技术来到美国创业。1869年,他的建造布鲁克林大桥的计划力排众议,得到了批准,而他自己却在一次河边勘察时因事故去世。他的32岁的儿子随即被任命为建桥总工程师,但因采用气压沉箱法建桥墩,潜人深水过久而患了潜水病,只能靠他的妻子艾米莉到工地指挥。从1869年开工,到1883年竣工,前后长达14年,投入了2500万美元的资金,而此桥的工程期间中,除了约翰·A·罗夫林以外,还有20名建筑工人丧命(桥塔上面的标志板是为了悼念他们而附设的),终于建成了这一座世界桥梁史上的丰碑。建成时,桥墩高达87米,是当时纽约最高建筑物之一。那时候纽约的三大市标就是帝国大厦、自由女神像和布鲁克林大桥。

布鲁克林大桥是1883年5月24日下午二时启用通行的(维多利亚女皇诞辰日),开幕时,每辆汽车收费美金五仙。如今,每天从桥上经过的车辆约十四万辆,单车千多架,行人两千名。日落的时候,从布鲁克林沿着木道步行,可以观赏曼哈顿的高层建筑及美丽的街景,可说是纽约旅游的最亮点。每年7月4号美国独立纪念日在此放烟火。

交通概况:乘地铁4、5、6线在Brooklyn站下车,也可乘A、C线在HighSt.BrooklynBridge站下车。

【修建历程】

19世纪中叶,纽约是当时世上成长最快的城市,有人计划搭建有史以来最长的桥,联结曼哈顿与布鲁克林。

最初提议建造纽约布鲁克林大桥的,是一位德国移民约翰·罗布林。他曾经是黑格尔的学生,后来成为建筑师。约翰·罗布林为建造大桥呼吁了15年,按照他的设计,布鲁克林大桥全长1600米,是当时世界上最长的桥梁,也是全世界第一座斜拉式钢索吊桥。计划建造周期14年。

1869年,布鲁克林大桥动工前不久,约翰·罗布林患破伤风,他顽固地拒绝医生治疗,离开了人世。建桥工作落到他32岁的儿子华盛顿·罗布林身上,他担任了总工程师。

华盛顿·罗布林从造桥一开始便坚持亲临现场,但是,桥桩的水下施工使得华盛顿换上严重的“潜水员病”。两个桥桩都建完的时候,华盛顿的病情已相当严重,全身瘫痪,无法亲自到达工地现场。此后的华盛顿也许是建筑史上最奇特的人,他每天在自家的窗台上用望远镜观看大桥的施工,然后口述各项指令,由他的妻子爱蜜莉记录后,转交给施工人员。他的妻子爱蜜莉为此不得不自学高等数学等各种工程技术,担任了护士和总工程师助理的双重角色。

在大桥完工前一年,有人开始质问,将这样一项巨大的工程交给一个病人是否合适?甚至有人怀疑华盛顿已经神志不清。董事会打算调换总工程师。妻子爱密莉发动市民支持自己的丈夫,并亲自向美国土木工程师协会发表演说。在工业重大工程这个男性的领域,女性发表演说时第一次。演说之后,董事会投票表决,7:1的结果使得华盛顿继续担任总工程师的职务。

1882年,十二年过去,大桥大桥建成通车,当天有15万人次从桥面上走过,举行庆祝仪式,但小罗伯林夫妇没有露面。他的建造者华盛顿·罗布林也从来没有踏上这座两代人生命建造的大桥,他的妻子爱密莉受到董事会的表彰。

如今在曼哈顿岛和布鲁克林区之间,有一座跨越东河的悬索大桥,叫布鲁克林桥。布鲁克林桥建成于1883年,外观富丽典雅,高塔和铁索都是画家们竞向描绘的对象,美国近代诗人哈特·克雷恩还专门为它写过一首长诗,诗名就叫《桥》。这座桥与帝国大厦和昔日的世贸中心双子塔楼一道,一直是纽约的标志性建筑,而工程师罗伯林一家两代三口人的传奇故事,更是给大桥增添了华美的光彩。

布鲁克林桥由老罗伯林设计建造,但刚开工三个月,老罗伯林就因受伤感染破伤风,不治去世。那年小罗伯林32岁,他继承父志继续施工,长期在水下作业,三年后因患潜水病全身瘫痪,从此坐在家里的窗台前,用望远镜指导每项工程。小罗伯林的妻子艾米莉,更是不同凡响,为了把丈夫的指令准确传达给工人,她自学高等数学、力学、桥梁学等课程,每天往返于工地和家中,担负起大桥工程的实际指挥重任。十二年过去,大桥建成通车,当天有15万人次从桥面上走过,举行庆祝仪式,但小罗伯林夫妇没有露面。

【相关新闻】

【纽约布鲁克林大桥藏玄机冷战战备物资重见天日】

2006年3月22日,据路透社报道,近日,美国纽约当地一名大桥巡视员在日夜繁忙的布鲁克林大桥下面发现了大桥暗藏的玄机。当年美国担心在冷战中遭受核打击,在大桥的桥体中秘密储存了大量的战备物资。由于这位巡视员的意外发现,使得这些冷战时期的战备物资重见天日,也让人们再次回顾了冷战那段历史。

布鲁克林大桥的巡视员无意中发现大桥有一个已经落满灰尘的储藏室,里面储存了大量蒸馏水、毯子、药品以及大约35万箱饼干。另人吃惊的是,这位巡视员并不是第一位发现鲁克林大桥秘密的人。因为有迹象表明许多流浪汉曾经在这个秘密的储藏室生活过,在1994年清理流浪汉时他们才离开这里。

在储存毯子的盒子上写着“仅供遭到敌人袭击后使用”,储存饼干的箱子上面也写着“民防系统,供紧急使用”,落款日期是1962年10月。这个时间正好是古巴导弹危机发生的时间,当时核战一触而发。而另一些箱子上的落款日期是1957年,当时正好是苏联发射第一颗人造卫星的时间。

政府官员表示,他们相信这只是在上世纪五十年代修建的防核袭击庇护所当中的一处。纽约交通局委员艾斯-维绍21日对记者说:“我们有这些秘密储藏室的资料,这些都是现代美国的历史。美国历史在这些时间里都是处于一种不安定状态。当时人们都担心会与苏联之间爆发核战争。现在我们担心的是恐怖袭击,这和核战争是两个概念。”

【行人在美国纽约布鲁克林桥上匆匆走过】

2005年12月20日,行人在美国纽约布鲁克林桥上匆匆走过。美国纽约公交工人工会在劳资谈判陷入僵局后,于20日凌晨3点宣布开始全市公交系统的罢工,每天运送700万人次的地铁和公共汽车因此停运,给纽约市民和游客的出行带来极大不便。

【恐怖分子曾谋袭击纽约布鲁克林大桥和华盛顿客车】

2003年6月20日报道,美国司法部长阿什克罗夫特19日披露说,恐怖分子迄今仍在美国境内活跃最有力的证据是一名34岁的俄州哥伦布市的卡车司机当庭承认说,他曾奉“基地”组织最高层的密令,准备割断纽约布鲁克林大桥上的悬索,同时阴谋履复旅客列车,制造大规模恐怖行动。

假装成“好司机好公民”的恐怖分子被落网“基地大佬”供出

34岁的因曼-法里斯是“9-11”主谋,“基地”组织行动策划者哈立德-穆罕默德指认的。法里斯是克什米尔人,四年前成为美国公民,并且假装成一个“非常勤备工作独立卡车司机”,他可以畅通无阻地向机场和商业中心运送货物而没有引起任何的怀疑。

然而,这位卡车司机实际上过着“双重生活”,暗地里已经参加反美的“基地”组织,并且成为潜伏在美国境内的秘密成员之一。

密赴阿富汗面受拉登袭击美国的密令

2000年年底,法里斯和朋友密赴阿富汗,在那里他参加了“基地”组织主办的恐怖训练营,并且与拉登见了面。在这期间,法里斯密谋替“基地”组织购买一架飞机,并且安排将2000条轻型睡袋运往阿富汗,同时还替许多“基地”分子购买飞往也门的机票,显然是帮助部分基地成员在美军进攻阿富汗前逃离阿富汗。

密谋割断纽约布鲁克林大桥的悬索

2002年年初,法里斯跟美国境内的“基地”组织高级负责人会面,开始商量在美国策动恐怖袭击的阴谋。这名在美国增内的“基地”组织高级人物身份不明,所以美国法庭指控书只能用C-2来代替,似乎是说明他是美国境内“基地”组织的二号人物。不过,美国[新闻周刊]从美国情报机构那里搞到的文件显示,这个C-2应该是穆罕默德,是他问法里斯能为“基地”组织干些什么,于是两人开始讨论同时对纽约和华盛顿下手的恐怖阴谋,纽约的计划是想办法用气割枪割断布鲁克林大桥的悬索,制造令人恐怖的断桥事件,穆罕默德还交待法里斯设法弄到气割枪。华盛顿的恐怖阴谋没有具体提及,但[新闻周刊]了解的情况是,恐怖分子准备让旅客列车出轨。穆罕默德指示法里斯想办法弄到“让火车出轨的工具”。

法里斯已经开始准备落实恐怖袭击计划

2002年4月,法里斯从阿富汗返回美国后,立即开始着手恐怖袭击的准备,四处购买气割枪,并且在互联网上搜寻布鲁克林大桥的种种资料。他还向仍在巴基斯坦境内的恐怖同伙发去了密码电报,比如说把气割枪说成是“加油站”。2002年年底,法里斯亲赴纽约对布鲁克林大桥进行了实地考察。不过,这番考虑让他得出了一个结论,那就是由于大桥太牢固,加上安全保卫措施相当严格,所以成功的机会不大。于是,他向基地组织发了一封密电,声称“天气太热”,这其实是指恐怖行动不可能成功的意思。

有消息渠道向[新闻周刊]透露说,穆罕默德刚开始的时候并没有出卖法里斯,只是由于他在巴基斯坦落网时一并被查获的手机里存有法里斯在美国的电话号码,电脑的磁盘里也记有法里斯的记录,所以美国执法机构才得以逮着他的。

【纽约布鲁克林大桥上降半旗】 

2002年09月11日,(美国纽约时间9月10日),纽约布鲁克林大桥上的美国国旗降半旗,纪念“9.11”事件一周年。

【双手悬吊高空7天7夜,布莱恩欲挑战布鲁克林大桥】 

美国《纽约邮报》2006年6月19日报道,魔术师布莱恩最近又开始准备完成另一项石破天惊的特技表演——仅用双手悬吊在纽约 市标志性建筑布鲁克林大桥距离水面41米高的钢索上,而悬吊时间很可能将持续7天7夜!

据报道,5月8日,在现场直播的《大卫·布莱恩:活活淹死》节目中,布莱恩成功结束了8天7夜的水缸生活,但在最后关头他试图冲击8分58秒世界憋气纪录却以失败告终,并差点真的“活活淹死”。但仅6周后,元气大伤的布莱恩迅速从失败阴影中走出,并瞄准了下一个目标——纽约布鲁克林大桥。

据悉,他将仅用双手把自己悬吊在纽约市标志性建筑布鲁克林大桥距离水面41米高的钢索上,并将只凭借双臂,在空中“完成一系列高难度惊险动作”!

据悉,布莱恩从小在纽约布鲁克林长大,而横跨纽约东河的布鲁克林大桥,是纽约除了帝国大厦和自由女神像外的最著名标志性建筑之一。这座悬索桥长达487米,桥身距离东河河面高达41米。据悉,目前布莱恩正在布鲁克林大桥上进行紧张的热身训练。在接受采访时,他称自己对未来的表演充满信心。 布莱恩说:“挑战布鲁克林大桥,是我一生的梦想。”

出于保密原因,布莱恩并没有透露表演的详细内容,也不肯透露他将在桥上悬吊多长时间,但据内幕人士推测,从他以往数次表演推断,这段时间至少将持续大约7天7夜,而一旦中途他由于体力不支和疲倦跌落河中(也可能摔落桥面),将很可能再次“活活淹死”——甚至“活活摔死”!

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我直接推荐你读一做物简史》的书,很多科学上有趣的小故事。作者是比尔·布莱森。

一部有关现代科学发展史的既通俗易懂又引人入胜的书,作者用清晰明了、幽默风趣的笔法,将宇宙大爆炸到人类文明发展进程中所发生的繁多妙趣横生的故事一一收入笔下。惊奇和感叹组成了本书,历历在目的天下万物组成了本书,益于人们了解大千世界的无穷奥妙,掌握万事万物的发展脉络。本书2003年5月在美国出版后,连续数十周高居《纽约时报》、《泰晤士报》排行榜最前列,荣登亚马逊网站2003年度十大畅销书之列,在年度科学图书排行榜中,本书更是勇夺桂冠。

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http://book.sina.com.cn/nzt/edu/1110851897_wanwujianshi/
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古希腊的学者阿基米豪情万丈地宣称我一个支点,我能撬动地而现代的美国发特士拉更是“牛气”,他说:用一件共振器,我就能把地球一裂为二!

他来到华尔街,爬上一座尚未竣工的钢骨结构楼房,从大衣口袋里掏出一件小物品,把它夹在其中一根钢梁上,然后按动上面的一个小钮。数分钟后,可以感觉到这根钢梁在颤抖。慢慢地,颤抖的强度开始增加,延伸到整座楼房。最后,整个钢骨结构开始吱吱嘎嘎

地发出响声,并且摇摆晃动起来。惊恐万状的钢架工人以为建筑出现了问题,甚至是闹地震了,于是纷纷慌忙地从高架上逃到地面。眼见事情越闹越大,他觉得这个恶作剧该收场了,于是,把那件小物品收了回来,然后从一个地下通道悄悄地溜开了,留下工地上的那些惊魂甫定、莫名其妙的工人。

上面这一段是一本书中有关美国著名发明家特士拉进行共振器发明的描写,里面所说的“小物品”便是一个共振器。可以预见,若是他把这个小物品再开上那么十来分钟,这座建筑物准会轰然倒地。书中说,用同样的这个小物品,在一小时不到的时间内,也能把布鲁克林大桥(连接纽约曼哈坦岛和长岛的大桥)摧毁,使之坠入幽深黑暗的海底。而且,在这本书里,特士拉甚至说:用这件小物品,我还能把地球一裂为二!

这该是一本科幻或者荒诞小说吧?否则,一件大不过拳头、重不过几斤的小东西,真的就有那么厉害,能把一座巍然耸立的大楼甚至是一座巨无霸似的大桥震垮?它是一件什么物品呢?

原来,它是一件共振器,它的威力主要在于它能发出各种频率的波,这些不同频率的波作用于不同的物体,就能够相应地产生出一种共振波,当这种共振波达到一定程度时,就能使物体被摧毁。

如果你对共振的威力还有怀疑,那就让我们一起来了解共振吧。

共振创造了世界

共振是物理学上的一个运用频率非常高的专业术语。共振的定义是两个振动频率相同的物体,当一个发生振动时,引起另一个物体振动的现象。

共振在声学中亦称“共鸣”,它指的是物体因共振而发声的现象,如两个频率相同的音叉靠近,其中一个振动发声时,另一个也会发声。

在电学中,振荡电路的共振现象称为“谐振”。

产生共振的重要条件之一,就是要有弹性,而且一件物体受外来的频率作用时,它的频率要与后者的频率相同或基本相近。从总体上来看,这宇宙的大多数物质是有弹性的,大到行星小到原子,几乎都能以一个或多个固有频率来振动。

共振不仅在物理学上运用频率非常高,而且,共振现象也可以说是一种宇宙间最普遍和最频繁的自然现象之一,所以在某种程度上甚至可以这么说,是共振产生了宇宙和世间万物,没有共振就没有世界。

我们都知道,宇宙是在一次剧烈的大爆炸后产生的。而促使这次大爆炸产生的根本原因之一,便是共振。当宇宙还处于浑沌的奇点时,里面就开始产生了振荡。最初的时候,这种荡振是非常微弱的。渐渐地,振荡的频率越来越高、越来越强,并引起了共振。最后,在共振和膨胀的共同作用下,导致了一阵惊天动地的轰然巨响,宇宙在瞬间急剧膨胀、扩张,然后,就产生了日月星辰,于是,在地球上便有了日月经天、江河行地,也有了植物蓬勃葳蕤、动物飞翔腾跃。

共振不仅创造出了宏观的宇宙,而且,微观物质世界的产生,也与共振有着密不可分的干系。从电磁波谱看,微观世界中的原子核、电子、光子等物质运动的能量都是以波动的形式传递的。宇宙诞生初期的化学元素,也可以说是通过共振合成和产生的。有一些粒子微小到简直无法想象,但它们可以在共振的作用之下,在100万亿分之一秒的瞬间,互相结合起来,于是新的化学元素便产生了。因为宇宙中这些粒子的生成与共振有着如此密切的关系,所以粒子物理学家经常把粒子称为“共振体”。

既然共振是宇宙间一切物质运动的一种普遍规律,人及其它的生物也是宇宙间的物质,当然共振也是普遍存在于这些生命中了。

人除了呼吸、心跳、血液循环等都有其固有频率外,人的大脑进行思维活动时产生的脑电波也会发生共振现象。类似的共振现象在其它动物身上也同样普遍地存在着。我们喉咙间发出的每个颤动,都是因为与空气产生了共振,才形成了一个个音节,构成一句句语言,才能使我们能够用这些语言来表达我们的情感和进行社会交往。

许多动物身上还存在着其它一些形式的共振现象。炎热的午间,蝉儿发出的“知了、知了”声;宁静的夜晚,蟋蟀发出的“叽—嘶”声;还有不知疲倦的大肚子蝈蝈的鸣叫声,尽管这些昆虫的声调大不相同,但其中的共同之处都是借助了共振的原理,都是靠摩擦身体的某一部位与空气产生共鸣而发声。除了昆虫之外,鸟类也是巧妙地运用着共振来演奏生命之曲的大师,它们运用共振所发出的圆润婉转的鸣叫声,是自然界生命大合唱中最为优美的声部和旋律。因此,可以这么说,如果没有共振,世界将会失去多少天籁、大地将会变得多么死寂!

其实更为重要的是,共振能充当地球生物的保护神。我们知道,紫外线是太阳发出的一种射线,它们如果大举入侵地球,人类及各种生物势必遭受极大的危害,因为过量的紫外线会使生物的机能遭到严重的破坏。不过不用担心,我们有大气层中的臭氧层,是它们借助于共振的威力,阻止了紫外线的长驱直入。当紫外线经过大气层时,臭氧层的振动频率恰恰能与紫外线产生共振,因而就使这种振动吸收了大部分的紫外线。所以,共振能使大气中的臭氧层变得如防晒油一样,保证我们不至于被射线的伤害。

另外,共振还能使地球维持在适当的温度,给地球生命创造出一个冷热适宜的生长环境。因为虽然经过臭氧层的堵截围追,但仍有少部分紫外线能够成功地突破层层防线,到达地球表面。这部分紫外线经过地球吸收后,能量减少,变为红外线,扩散回大气中。而红外线的热量,又恰好能和二氧化碳产生共振,然后被“挽留”在大气层中,使大气层保有一定温度,让万物在温暖和煦的环境中孕育成长。

俗话说万物生长靠太阳,其实也可以这么说:万物生长靠共振。因为我们所熟知的植物的光合作用,亦是叶绿素与某些可见光共振,才能吸收阳光,产生氧气与养分。所以没有共振,植物便不能生长,人类和许多动物也就因此会失去了食物的来源。也就是说,没有共振,地球上的生命便不能长期存在。

共振还是一个善于使用色彩和色调的魔幻绘画师,把我们所看到的每一件物体都神奇地染上了颜色,使我们这个世界变得五彩斑斓、艳丽缤纷。钠光是黄的,因为钠原子的振动产生所产生的是黄色的光。水银原子的振动发出蓝光。氖原子送出的振动到了你眼中,就成为了红色。在地面,共振也把所有的物体都染上了各式各样的颜色,从花卉到水果。红苹果把太阳光中我们称为蓝光和绿光的振动频率吸收了,因此我们看到的它就是红艳艳的、令人馋涎欲滴的样子。绿叶中的叶绿素分子的振动频率在太阳的红光及蓝光范围,所以共振把这两种颜色都“贪污”了,而只把绿的颜色反射入我们的眼里,因此树叶看上去便是生机盎然浓绿或嫩绿。也是这同一片叶子,到了秋天的时候,它被共振所“贪污”的却是绿光,因而这时反射出的是或黄或红的色彩,映衬出秋天的苍凉和凄美。就是那种很虚幻的彩虹也是因为有了共振,才有了赤橙黄绿青蓝紫。因此,我们的生活中有着如此美丽迷人的花红柳绿、斑斓烂漫,也无不是拜共振之所赐。

共振亦能毁灭世界

任何事物都是有两面性的,共振并非完完全全都是给我们带来福音,它也有着非常巨大的危害性。

说到共振的危害时,人们最为熟知和引用得最多的,便是下面这个例子:18世纪中叶,一队士兵在指挥官的口令下,迈着威武雄壮、整齐划一的步伐,通过法国昂热市一座大桥,快走到桥中间时,桥梁突然发生强烈的颤动并且最终断裂坍塌,造成许多官兵和市民落入水中丧生。后经调查,造成这次惨剧的罪魁祸首,正是共振!因为大队士兵齐步走时,产生的一种频率正好与大桥的固有频率一致,使桥的振动加强,当它的振幅达到最大限度直至超过桥梁的抗压力时,桥就断裂了。类似的事件还发生在俄国和美国等地。有鉴于此,所以后来许多国家的军队都有这么一条规定:大队人马过桥时,要改齐走为便步走。

对于桥梁来说,不光是大队人马厚重整齐的脚步能使之断裂,那些看似无物的风儿同样也能对之造成威胁。1940年,美国的全长860米的塔柯姆大桥因大风引起的共振而塌毁,尽管当时的风速还不到设计风速限值的1/3,可是因为这座大桥的实际的抗共振强度没有过关,所以导致事故的发生。每年肆虐于沿海各地的热带风暴,也是借助于共振为虎作伥,才会使得房屋和农作物饱受摧残。近几十年来,美国及欧洲等国家和地区还发生了许多起高楼因大风造成的共振而剧烈摇摆的事件。

也是由于共振的力量,巨大的冰川能被“温柔”的海洋波涛给拍裂开。甚至于美国阿拉斯加李杜牙湾经常出现的高达上百米的巨浪,也是由于共振在其中发挥了很大的“推波助澜”的作用。因为共振在这个海湾“作威作福”实在是太厉害了,所以许多航海人对这个海湾都是“敬”而远之。

给人类带来重大伤亡和财产损失的地震,其中亦有共振的“幢幢魔影”:当地壳里的某一板块发生断裂时,产生的波动频率传到地面上,与建筑物产生强烈的共振,于是,就造成了屋毁人亡的惨剧。

实际上,共振的危害程度和范围还无远远不止于此。持续发出的某种频率的声音会使玻璃杯破碎。机器的运转可以因共振而损坏机座。高山上的一声大喊,可引起山顶的积雪的共振,顷刻之间造成一场大雪崩。行驶着的汽车,如果轮转周期正好与弹簧的固有节奏同步,所产生的共振就能导致汽车失去控制,从而造成车毁人亡……

人们在生活和生产中会接触到各种振动源,这些振动都可能会对人体产生危害。由科学测试知道人体各部位有不同的固有频率,如眼球的固有频率最大约为60赫兹,颅骨的固有频率最大约为200赫兹等;把人体作为一个整体来看,如水平方向的固有频率约为3—6赫兹,竖直方向的固有频率约为48赫兹。因此,跟振动源十分接近的操作人员,如拖拉机驾驶员,风镐、风铲、电锯、镏钉机的操作工,在工作时应尽量避免这些振动源的频率与人体有关部位的固有频率产生共振。并且,为了保障工人的安全与健康,有关部门己作出了相应规定,要求用手工操作的各类振动机械的频率必须大于20赫兹。

对人危害程度尤为厉害的是次声波所产生的共振。次声波是一种每秒钟振动很少、我们耳朵听不到的声波。次声波的声波频率很低,一般均在20兆赫以下,波长却很长,不易衰弱。自然界的太阳磁暴、海浪咆哮、雷鸣电闪、气压突变、火山爆发;军事上的原子弹、氢弹爆炸试验,火箭发射、飞机飞行等等,都可以产生次声波。在我们工作、学习和生活的周围,能够产生次声波的小型动力设备很多,如鼓风机、引风机、压气机、真空泵、柴油机、电风扇、车辆发动机等。次声波的这种神奇的功能也引起了军事专家的高度重视,一些国家利用次声波的性质进行次声波武器的研制,目前已研制出次声波枪和次声波炸弹。不论是次声波枪还是次声波炸弹,都是利用频率为16—17赫兹的次声波,与人体内的某些器官发生共振,使受振者的器官发生变形、位移或出血,从而达到杀伤敌方的目的。现代科学研究已经证明,大量发射的频率为16—17赫兹的次声波会引起人体无法忍受的颤抖,从而产生视觉障碍、定向力障碍、恶心等症状,甚至还会出现可导致死亡的内脏损坏或破裂。这种次声波武器可以说是人类运用共振来危害人类自己的一种技术上的极致。

巧除共振的危害

共振给人们带来意想不到的灾难,那么,人们能不能消除这些灾难呢?为此,人们经过实践,总结出许多消除共振的办法。

据史籍记载,我国晋代就有人对共振现象作出了正确的解释,并已经能够完全认识到,防止共振的最好的方法是改变物体的固有频率,使之与外来作用力的频率相差越大越好。

古时还有一个有趣的故事,说的就是人们如何巧妙地消除共振的。唐朝时候,洛阳某寺一僧人房中挂着的一件乐器,经常莫名其妙地自动鸣响,僧人因此惊恐成疾,四处求治无效。他有一个朋友是朝中管音乐的官员,闻讯特去看望他。这时正好听见寺里敲钟声,那件乐器又随之作响。于是朋友说:你的病我可以治好,因为我找到你的病根了。只见朋友找到一把铁锉,在乐器上锉磨几下,乐器便再也不会自动作响了。朋友解释说这件乐器与寺院里的钟声的共振频率相合,于是敲钟时乐器也就会相应地鸣响,现在把乐器稍微锉去一点,也就改变了它的固有振动频率,它就不再能和寺里的钟声共鸣了。僧人恍然大悟,病也就随着痊愈了。

到了今天,人类对付共振危害的方法更是多种多样和更加先进。例如:人们在电影院、播音室等对隔音要求很高的地方,常常采用加装一些海绵、塑料泡沫或布帘的办法,使声音的频率在碰到这些柔软的物体时,不能与它们产生共振,而是被它们吸收掉。又如电动机要安装在水泥浇注的地基上,与大地牢牢相连,或要安装在很重的底盘上,为的是使基础部分的固有频率增加,以增大与电机的振动频率(驱动力频率)之差来防止基础的振动。

大街上的行人、车辆的喧闹声、机器的隆隆声——这些连绵不断的噪声不仅影响人们正常生活,还会损害人的听力。于是人们发明了一种消声器,它是由开有许多小孔的孔板和空腔所构成,当传来的噪声频率与消声器的固有频率相同时,就会跟小孔内空气柱产生剧烈共振。这样,相当一部分噪声能在共振时被“吞吃”掉,而且还能够转变为热能来进行使用。

利用共振能带来福祉

实际上,中国人对于共振的运用,还可以追溯到很久远的年代。

早在战国初期,当时的人就发明了各种各样的共鸣器,用来侦探敌情。《墨子·备穴》记载了其中的几种:

在城墙根下每隔一定距离挖一深坑,坑里埋置一只容量有七八十升的陶瓮,瓮口蒙上皮革,这样,实际上就做成了一个共鸣器。让听觉聪敏的人伏在这个共鸣器上听动静,遇有敌人挖地道攻城的响声,不仅可以发觉,而且根据各瓮瓮声的响度差可以识别来敌的方向和远近。另一种方法是:在同一个深坑里埋设两只蒙上皮革的瓮,两瓮分开一定距离,根据这两瓮的响度差来判别敌人所在的方向。

以上几种方法被历代军事家因袭使用。明代抗倭名将戚继光曾用上面的方法来侦听敌人凿地道的声音。甚至在本世纪的一些现代战争中,不少国家和民族还继续采用这些方法。

我国古时还发明出了另一种更加轻巧、简便、实用的共鸣器。如唐代的军队中就有一种用皮革制成的叫做“空胡鹿”的随军枕,让听觉灵敏和睡觉警醒的战士在宿营时使用,“凡人马行在三十里外,东西南北皆响闻”。当声音通过地面传播到空穴时,在空穴处产生交混回响,于是就能知道敌人的多寡远近。值得一提的是,这种用竹筒听地声的方法正是现代医用听诊器的滥觞。

宋代的科学家沈括就曾巧妙地利用共振原理设计出了在琴弦上跳舞的小人:先把琴或瑟的各弦按平常演奏需要调好,然后剪一些小小的纸人夹在各弦上。当弹动不夹纸人的某一弦线时,凡是和它共振的弦线上的纸人就会随着音乐跳跃舞动。这个发明比西方同类发明要早几个世纪。

到了现代,随着科技的发展和对共振研究的更加深入,共振在我们的社会和生活中“震荡”得更为频繁和紧密了。

弦乐器中的共鸣箱、无线电中的电谐振等,就是使系统固有频率与驱动力的频率相同,发生共振。我们在建筑工地经常可以看到,建筑工人在浇灌混凝土的墙壁或地板时,为了提高质量,总是一面灌混凝土,一面用振荡器进行震荡,使混凝土之间由于振荡的作用而变得更紧密、更结实。此外,粉碎机、测振仪、电振泵、测速仪等,也都是利用共振现象进行工作的。

进入20世纪以后,微波技术得到长足的发展,使我们人类的生活进入了一个全新的、更加神奇的领域。而微波技术正是一种把共振运用得非常精妙的技术。微波技术不仅广泛应用在电视、广播和通讯等方面,而且“登堂入室”,与人们的日常生活愈来愈密切相关,微波炉便是家庭应用共振技术的一个最好体现。具有2500赫兹左右频率的电磁波称为“微波”。食物中水分子的振动频率与微波大致相同,微波炉加热食品时,炉内产生很强的振荡电磁场,使食物中的水分子作受迫振动,发生共振,将电磁辐射能转化为热能,从而使食物的温度迅速升高。微波加热技术是对物体内部的整体加热技术,完全不同于以往的从外部对物体进行加热的方式,是一种极大地提高了加热效率、极为有利于环保的先进技术。

人的一生中,离不开音乐的“沐浴”和“滋润”,而优美曼妙的音乐里也无不蕴藏着共振的“精灵”。专家研究认为,音乐的频率、节奏和有规律的声波振动,是一种物理能量,而适度的物理能量会引起人体组织细胞发生和谐共振现象,这种声波引起的共振现象,会直接影响人们的脑电波、心率、呼吸节奏等,使细胞体产生轻度共振,使人有一种舒适、安逸感,音律的变化使人的身体有一种充实、流畅的感觉。它活化了体内的细胞,加快了血液的流动,激活了人的物理层次的生命潜能。人们还发现,当人处在优美悦耳的音乐环境中,可以改善精神系统、心血管系统、内分泌系统和消化系统的功能,促使人体分泌一种有利健康的活性物质,提高大脑皮层的兴奋性,振奋人的精神,让人们的心灵得到了陶冶和升华。所以,人们已经开始运用音乐产生的共振,来缓解人们由于各种因素造成的紧张、焦虑、忧郁等不良心理状态,而且还能用于治疗人的一些心理和生理上的疾病。

我们知道,粒子加速器对于物理学的研究和发展是至关重要的,而粒子加速器对于共振的运用,用“登峰造极”来形容也一点不为过。在粒子物理的基本小宇宙中,每一种能量都有对应的频率,反之亦然,这是很自然的物质互补原理,既有波又有粒子的特性。物质因为具有波的性质,也就有了频率。粒子加速器就是运用了这样的共振原理,把许多小小的“波纹”迭加起来,结果变成很大的“波峰”,可把电子或质子推到近乎光速,在高速的相撞下产生粒子来。

总而言之,共振不仅是一种客观存在,它也是有待于进一步开拓的科技领域。共振技术普遍应用于机械、化学、力学、电磁学、光学及分子、原子物理学、工程技术等几乎所有的科技领域。如音响设备中扬声器纸盆的振动,各种弦乐器中音腔在共鸣箱中的振动等利用了“力学共振”;电磁波的接收和发射利用了“电磁共振”;激光的产生利用了“光学共振”;医疗技术中则有已经非常普及的“核磁共振”等。在21世纪开始的正在蓬勃发展的信息技术、基因科学、纳米材料、航天高科学技术大发展的浪潮中,更是大量运用到共振技术。而且随着科学的发展,可以预见,共振将会对我们这个社会产生更加巨大的“震荡”。

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