阿基米德火燒戰(zhàn)船.doc

。阿基米德火燒戰(zhàn)船傳說(shuō)古希臘物理學(xué)家、數(shù)學(xué)家阿基米德曾用太陽(yáng)點(diǎn)燃了入侵者的戰(zhàn)船。若這是真的，這應(yīng)該是人類通過(guò)光的反射集中利用太陽(yáng)能的最早記錄。公元前215年，古羅馬帝國(guó)派出強(qiáng)大的海軍，在馬塞拉斯率領(lǐng)下，乘戰(zhàn)艦攻打古希臘名城敘拉古。艦隊(duì)浩浩蕩蕩來(lái)攻城了，小小的敘拉古難敵來(lái)勢(shì)洶洶的古羅馬大軍，國(guó)王和百姓都著了慌。人們就把希望寄托于居住在島上的阿基米德身上，當(dāng)時(shí)已年過(guò)古稀的阿基米德，既沒有絕世的武功，也沒有指揮作戰(zhàn)的能力，但他卻有聰明的頭腦。人們希望阿基米德運(yùn)用他的非凡智慧，找到制敵之術(shù)。當(dāng)時(shí)的戰(zhàn)船都是木頭做的，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陽(yáng)的巨大威力，若能將太陽(yáng)光集中射向羅馬戰(zhàn)船，便可將其點(diǎn)燃。于是，他挺身而出，發(fā)動(dòng)全城的婦女拿著自己锃亮的銅鏡來(lái)到海岸邊。在烈日下，阿基米德拿起一面鏡子，讓它反射的太陽(yáng)光恰好射到敵艦的船帆上，阿基米德一聲令下，他高喊著：“讓鏡子的反射光照到這里！”不計(jì)其數(shù)的婦女學(xué)著阿基米德的樣子，一起用鏡子把太陽(yáng)光集中反射到船帆上。頓時(shí)，敵艦起火，不可一世的羅馬海軍頓時(shí)灰飛煙滅。這個(gè)故事中，阿基米德與他所指揮的婦女所拿的銅鏡，所組成的銅鏡方陣恰好構(gòu)成了凹面鏡，陽(yáng)光的集中點(diǎn)恰是凹面鏡的焦點(diǎn)。就這樣，阿基米德利用太陽(yáng)點(diǎn)燃了侵略者的艦隊(duì)。這件事是否真實(shí)？人們爭(zhēng)論了2000年。1973年希臘工程師薩卡斯組織50名水手，每人拿一面長(zhǎng)方鏡，把反射光都集中在一艘小船上，幾秒鐘后小船冒煙，兩分鐘后小船起火。盡管如此，對(duì)于用銅鏡能否火燒古船，至今仍有爭(zhēng)論。但爭(zhēng)論并沒有阻止人們應(yīng)用這一原理利用太陽(yáng)能的腳步。今天，如果你來(lái)到今天的西西里島，你會(huì)看到傳說(shuō)中火燒戰(zhàn)船的地方出現(xiàn)了一片玻璃鏡的海洋。在巨大的廣場(chǎng)上，立著180面大玻璃鏡，鏡面的總面積共有6200多平方米。這些鏡子反射的陽(yáng)光都會(huì)自動(dòng)匯聚到廣場(chǎng)中心的中央塔,中央塔有55米高。有趣的是，太陽(yáng)東升西落，180面玻璃鏡會(huì)自動(dòng)地左旋右轉(zhuǎn)，始終把反射光集中到中央塔上。這里并沒有敘拉古的婦女去操縱鏡子左右轉(zhuǎn)動(dòng)的是電腦指揮的自動(dòng)化系統(tǒng)。這是1980年建成的一座太陽(yáng)能電站，它位于西西里島卡塔尼亞省的阿德拉諾鎮(zhèn)，由歐洲共同體九國(guó)共同投資建造。由于這座太陽(yáng)能發(fā)電站完全是利用鏡面取得太陽(yáng)能的，所以叫叫“塔式鏡板型發(fā)電站”。180面鏡子反射的太陽(yáng)光集中射到中央塔的接受器上，接受器吸收太陽(yáng)送來(lái)的熱，加熱鍋爐里的水，使它成為溫度500oC、壓強(qiáng)64個(gè)大氣壓的高溫高壓蒸汽，這股蒸汽噴出以后便推動(dòng)渦輪發(fā)電，它的發(fā)電能力有1000千瓦，它對(duì)環(huán)境則沒有任何污染，太陽(yáng)能是一種清潔的能源。負(fù)責(zé)設(shè)計(jì)這項(xiàng)工程的工程師格雷茨說(shuō)：“這項(xiàng)工程就是根據(jù)阿基米德著名的戰(zhàn)爭(zhēng)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的。今天我們采用了先進(jìn)的方法來(lái)重復(fù)這個(gè)實(shí)驗(yàn)，而進(jìn)行這項(xiàng)實(shí)驗(yàn)的目的已經(jīng)完全不同了?！彼f(shuō)得很對(duì)，開發(fā)利用太陽(yáng)能是建設(shè)優(yōu)美環(huán)境的重要措施。試想，全世界的火電廠若是全不燒煤燒油，都變?yōu)樘?yáng)能電站和水力發(fā)電站、風(fēng)力發(fā)電站，將會(huì)減少多少污染??！“塔式鏡板型發(fā)電站”是利用太陽(yáng)能發(fā)電的一種方式，隨著光電轉(zhuǎn)化技術(shù)的成熟，現(xiàn)在人類普遍采用太陽(yáng)能電池板直接將太陽(yáng)能（熱）轉(zhuǎn)化成電能。太陽(yáng)灶也是利用凹面鏡匯聚太陽(yáng)光的原理獲取太陽(yáng)能的設(shè)備。將鏡面正對(duì)太陽(yáng)，將鍋或待加熱物品放在面鏡的焦點(diǎn)上，就可以用太陽(yáng)的熱加熱或做飯炒菜。奧運(yùn)會(huì)圣火1936年，奧林匹克歷史上首次舉行了激動(dòng)人心的圣火接力儀式?；鹁娲┰搅讼ＥD、保加利亞、南斯拉夫、匈牙利、奧地利、捷克斯洛伐克、德國(guó)7個(gè)國(guó)家，全程3050公里，共有3331人參加了火炬接力?；鹁嫠?jīng)過(guò)的城市都舉行了隆重的歡迎儀式，并設(shè)立專門的祭壇點(diǎn)火。聲勢(shì)浩大的火炬接力活動(dòng)獲得極大的成功，不僅喚起了世人對(duì)奧林匹克的熱情，傳播了奧林匹克的精神，也為后來(lái)的奧運(yùn)會(huì)樹立了典范。圣火起源于古希臘神話傳說(shuō)。相傳古希臘神普羅米修斯為解救饑寒交迫的人類，瞞著宙斯偷取火種帶到人間。古希臘在每屆奧運(yùn)會(huì)舉行以前，人們都要在赫拉神廟前點(diǎn)燃圣火?，F(xiàn)代奧運(yùn)會(huì)創(chuàng)立后，最初并沒有沿襲這個(gè)傳統(tǒng)，直到1920年第7屆安特衛(wèi)普奧運(yùn)會(huì)上，為了悼念第一次世界大戰(zhàn)中死去的人們，主辦者在主會(huì)場(chǎng)點(diǎn)燃了象征和平的火炬，不過(guò)既沒有進(jìn)行火炬?zhèn)鬟f活動(dòng)，也沒有從古奧林匹亞采集火種。1934年，國(guó)際奧委會(huì)決定，在奧運(yùn)會(huì)期間，從開幕到閉幕，主會(huì)場(chǎng)要燃燒奧林匹克圣火，并且火種必須采自希臘的古奧運(yùn)遺址-奧林匹亞，并以火炬接力的形式傳到主辦城市。從此，圣火傳遞成為每一屆奧運(yùn)會(huì)必不可少的儀式。從1936年柏林奧運(yùn)會(huì)開始，每屆奧運(yùn)會(huì)前，在奧林匹亞的赫拉神廟遺址前都要舉行莊重的點(diǎn)火儀式，國(guó)際奧委會(huì)、奧運(yùn)會(huì)主辦地和當(dāng)?shù)氐墓賳T都要出席。身著古裝的希臘少女用聚光鏡（凹面鏡）采得火種，然后用火炬?zhèn)鞯窖诺洌儆裳诺鋫鞯街鬓k城市。在火炬接力途中，如遇高山峻嶺、江河湖海時(shí)，則可用飛機(jī)、輪船運(yùn)送?；鸱N必須在奧運(yùn)會(huì)開幕前一天到達(dá)主辦城市，在開幕式舉行時(shí)由最后的火炬接力者在人們的歡呼聲中點(diǎn)燃位于主體育場(chǎng)的“奧林匹克圣火”。黑白不只是顏色不同請(qǐng)做一個(gè)在冬天很容易做的實(shí)驗(yàn)。在有陽(yáng)光照射的雪面上，放兩塊同樣大小的布，一塊白色，一塊黑色。過(guò)了一二小時(shí)去看，你會(huì)發(fā)現(xiàn)黑布低陷進(jìn)雪里去了，但是白的一塊仍舊留在雪面上。這個(gè)區(qū)別的解釋很簡(jiǎn)單：黑布底下的雪要熔化得快些，因?yàn)楹诓嘉樟松湓谒厦娴奶?yáng)光的大部分熱能；白的那一塊呢，卻剛剛相反，它把太陽(yáng)光的大部分反射出去，因此，它所受到的熱沒有黑布那樣多。對(duì)于這個(gè)有意思的實(shí)驗(yàn)，美國(guó)的著名政治家、物理學(xué)家富蘭克林有過(guò)下面一段描寫：我在縫工那里拿了幾塊各種顏色的方形的布片，有黑色的、暗藍(lán)色的、鮮藍(lán)色的、綠色的、紫色的、紅色的、白色的以及許多別的顏色的。在一個(gè)有太陽(yáng)的早晨，我把這些布片都放到雪上。幾小時(shí)以后，受熱最多的那塊黑布深深地陷到雪里去，甚至陷到太陽(yáng)光已經(jīng)射不到那樣深；暗藍(lán)色那塊也陷到雪里，差不多跟黑色的相同；鮮藍(lán)色的陷進(jìn)的少得多；其余各塊布片，顏色越鮮明的陷下得就越少。至于白色那一塊，仍舊留在原來(lái)的雪面上，根本沒有陷下去。對(duì)于這件事情，富蘭克林感嘆地接下去說(shuō)：一個(gè)理論，假如不可能從它那里得到一些好處的話，那么這個(gè)理論還有什么意義呢？難道我們不能夠從這個(gè)實(shí)驗(yàn)得出結(jié)論說(shuō)，在熱天穿黑色的衣服不如穿白色合宜，因?yàn)楹谝路谌展獾紫聲?huì)使我們的身體受到比較多的熱，如果再加上我們自己的活動(dòng)，也會(huì)生出熱來(lái)，會(huì)使得我們身體覺得太熱嗎？難道男女在夏天戴的帽子不應(yīng)該用白顏色，以免太熱了會(huì)引起中暑？還有，涂黑了的墻壁難道不能夠在整個(gè)白天里吸收足夠的太陽(yáng)熱，以便在夜里仍舊保有某種程度的熱量，保護(hù)水果不會(huì)凍壞嗎？難道細(xì)心的觀察的人不能夠發(fā)現(xiàn)別的多多少少有價(jià)值的小問(wèn)題嗎？這些結(jié)論和應(yīng)用有什么意義，可以從1903年“高斯”號(hào)輪船到南極去探險(xiǎn)的實(shí)際例子里找到答案。這艘輪船凍結(jié)在冰里了，一切用來(lái)幫助它解脫這個(gè)困難處境的方法都沒有用。人們用了炸藥和鋸子，但是也只能夠打開幾百立方米的冰。那船卻仍舊不能夠恢復(fù)自由。后來(lái)人們只好試一試請(qǐng)?zhí)?yáng)光來(lái)幫忙：人們用黑灰和煤屑在冰面上鋪了2公里長(zhǎng)10米寬的一大片，從輪船邊上鋪起，一直鋪到冰的最近一條寬裂縫上。那時(shí)候正好是南極的夏天，連續(xù)許多天都是好天氣于是，太陽(yáng)光竟做了炸藥和鋸子所做不到的工作。冰逐漸熔解開來(lái)，沿著黑色的那一帶破裂了，這艘輪船就此脫離了冰的羈絆雪花熔化帶來(lái)的靈感這是發(fā)生在第二次世界大戰(zhàn)期間的一個(gè)真實(shí)的故事。1944年，第二次世界大戰(zhàn)的局勢(shì)發(fā)生了很大的變化。蘇聯(lián)紅軍對(duì)德國(guó)侵略軍發(fā)起了總反攻。4月，蘇軍強(qiáng)攻彼列科普，準(zhǔn)備解放克里木半島。彼列科普是通往克里木半島的重要據(jù)點(diǎn)，地勢(shì)險(xiǎn)要，易守難攻。德軍企圖憑借天然屏障和堅(jiān)固陣地，以4萬(wàn)多人的兵力進(jìn)行固守，以阻止蘇聯(lián)紅軍的反攻。能否盡快殲滅彼列科普的守?cái)?，?duì)整個(gè)戰(zhàn)局無(wú)疑具有重大的意義。為此，蘇聯(lián)調(diào)集一個(gè)集團(tuán)軍的兵力，希望一舉殲滅該敵，開辟通路，盡快解放克里木半島。為了弄清彼列科普德軍的兵力部署、火力配系和障礙設(shè)置的情況，蘇軍決定首先對(duì)敵實(shí)施飛機(jī)偵察。然而就在當(dāng)日夜晚，在彼列科普地段突然降了一場(chǎng)大雪，德軍的地面目標(biāo)全部被厚厚的大雪覆蓋了。炮兵司令員為不清楚德軍的一線陣地是否為主要陣地而著急，因?yàn)檫@涉及到炮火準(zhǔn)備的時(shí)候以哪一道陣地為主進(jìn)行炮擊，以達(dá)到既能殲滅德軍，又不至于浪費(fèi)彈藥，因?yàn)榈萝娡O(shè)置一些假陣地來(lái)迷惑蘇軍。第二天早晨，蘇軍集團(tuán)軍炮兵司令在暖烘烘的指揮部里，正在思考如何偵察德軍陣地的真實(shí)情況，這時(shí)集團(tuán)軍的參謀長(zhǎng)走了進(jìn)來(lái)。司令員注意到參謀長(zhǎng)的雙肩上落了一層薄薄的雪花，由于指揮部里溫度較高，肩章上邊緣部分的雪花有些已經(jīng)開始熔化，水珠清晰地勾畫出了肩章的輪廓。這一發(fā)現(xiàn)使這位聰明的炮兵司令聯(lián)想到：天氣轉(zhuǎn)暖，敵人掩體內(nèi)的積雪也將馬上熔化。為了避免泥濘，他們必然清掃掩體里的積雪。帶濕土的積雪被拋出來(lái)的地方必然和其他的地方不一樣，就會(huì)暴露他們的兵力部署。這位炮兵司令隨即命令部隊(duì)加強(qiáng)觀察。果然不出所料，此時(shí)的德軍正在清掃積雪。蘇軍利用不間斷的偵察和航空照相，發(fā)現(xiàn)德軍第一道塹壕前一片潔白，只有少數(shù)幾處濕土，由此推斷敵人第一道塹壕內(nèi)只有值班觀察人員；而第二、三道塹壕前后則被大量泥土覆蓋，由此斷定敵人兵力主要部署在第二、三道塹壕內(nèi)；同時(shí)還發(fā)現(xiàn)有一些原來(lái)已經(jīng)暴露的目標(biāo)，周圍積雪并無(wú)變化，肯定是假目標(biāo)。這樣，因肩章上雪花融化帶來(lái)的啟示，蘇軍僅僅用了3個(gè)小時(shí)的時(shí)間就查明了德軍的兵力部署和工事情況。在總攻發(fā)起前蘇軍對(duì)敵人的防御陣地進(jìn)行了猛烈而準(zhǔn)確的炮擊，結(jié)果，僅用一天多一點(diǎn)的時(shí)間，就攻破了德軍的防線，俘敵38萬(wàn)多人，解放了克里木半島。這個(gè)故事告訴我們，注意觀察周圍細(xì)微的事物，并進(jìn)行由此及彼的聯(lián)想多么重要。大家在學(xué)習(xí)物理的過(guò)程中，就要不斷提高自己的觀察能力，分析推理能力，將來(lái)才能大有作為。神奇的聲現(xiàn)象第二次世界大戰(zhàn)期間，美、蘇科學(xué)家分別發(fā)現(xiàn)，大洋深處有一些水域可以讓聲波傳得很遠(yuǎn)。在這些水域里聲音可以傳播數(shù)千公里而不減弱，科學(xué)家把這些水域稱作深海聲道。海水下聲速基本上由溫度和海水壓力控制：溫度越低，聲速愈慢；海水壓力越大，聲速愈快。大洋中海水溫度是由太陽(yáng)照射造成，因此溫度隨深度增加而降低，但是海水壓力卻在增加。所以由海面向下觀察就會(huì)發(fā)現(xiàn)，聲速先是隨深度增加、溫度降低而變慢，當(dāng)達(dá)到最低值時(shí)，溫度不再改變，這時(shí)聲速就會(huì)隨海水壓力增大而變快。于是聲波傳播速度在整個(gè)大洋變成上下兩層，兩層交界處就形成了特殊的聲道軸，由于聲波在傳播時(shí)總向聲速慢的界面彎曲，因此聲道軸上下方的聲音都會(huì)折回聲道軸；于是乎，聲能被限制在聲道軸上下一定深度范圍內(nèi)傳播不接觸海面與海底，這就像在聲道軸上下各放一塊反射聲特別好的擋聲墻，聲音總是在兩塊擋聲墻之間反射，能量不受損失，可以傳播很遠(yuǎn)。這就形成了“深海聲道”。后來(lái)的科學(xué)家還為此做過(guò)一次實(shí)驗(yàn)，他們?cè)诎闹弈喜亢Ｖ型断律钏◤?，爆炸產(chǎn)生的聲波順著深海聲道繞過(guò)了好望角，又折向赤道，橫穿大西洋，經(jīng)過(guò)3小時(shí)43分鐘后，竟然被北美洲百慕大群島的測(cè)聽站收聽到了。計(jì)算起來(lái)，這顆炸彈爆炸后的聲波一共“定”了192萬(wàn)公里，在海洋中繞地球達(dá)半圈! 通過(guò)這個(gè)特殊的聲道，我們?cè)谏虾Ｖv話，大洋彼岸的舊金山都可以聽到，只不過(guò)一方說(shuō)過(guò)話之后，另一方要3個(gè)多小時(shí)才能收到。如果船舶或飛機(jī)在大洋中失事時(shí)，如無(wú)法用無(wú)線電發(fā)出求救信號(hào)，則可以向深海投擲炸藥包作為呼救信號(hào)。千克炸藥在千米深的海洋中爆炸時(shí)，發(fā)出的聲波可傳播到幾千米之外。由幾個(gè)海岸監(jiān)聽站從不同位置收到的報(bào)警聲，就能較準(zhǔn)確地測(cè)定失事地點(diǎn)并組織營(yíng)救。用同樣的辦法也可以測(cè)定洲際導(dǎo)彈或宇宙飛船返回時(shí)的濺落位置。聲音與飛機(jī)的較量早期的飛機(jī)都是用螺旋槳作推進(jìn)器的，這種飛機(jī)可以達(dá)到每小時(shí)七百多公里的速度，比汽車要快得多?？墒侨藗冞€不滿足，聲音每秒可以“跑”340米，照這樣計(jì)算一小時(shí)就可以“跑”1200多公里，飛機(jī)能不能追上聲音呢？為了達(dá)到這一目的，人們?cè)O(shè)計(jì)了一種新式的飛機(jī)，這種飛機(jī)不用螺旋槳推進(jìn)，而是靠向后噴射大量高壓氣體產(chǎn)生的反沖力向前飛行，這就是大家熟知的噴氣式飛機(jī)。第一架噴氣式飛機(jī)的速度一下子提高了很多，以后經(jīng)過(guò)不斷改進(jìn)，竟可以達(dá)到每小時(shí)975公里。在這場(chǎng)人類同大自然的賽跑比賽中，看來(lái)飛機(jī)要超過(guò)聲音了。然而意想不到的慘事發(fā)生了。當(dāng)試飛的噴氣式飛機(jī)速度繼續(xù)增大時(shí)，突然發(fā)生了一陣?yán)坐Q般的巨響，一眨眼，正在飛行的飛機(jī)被炸得粉碎，好像撞上了一座大山似的。以后又連續(xù)發(fā)生了幾起類似的爆炸。飛機(jī)設(shè)計(jì)師、工程師和物理學(xué)家對(duì)這件怪事作了深入的調(diào)查研究，終于找到了兇手空氣，是空氣墻把飛機(jī)撞碎了。原來(lái)一切物體，包括飛機(jī)在內(nèi)，在空氣中運(yùn)動(dòng)時(shí)，都會(huì)給前面的空氣以一定的壓力，使物體前面的空氣壓緊，形成一垛肉眼看不見的“墻壁”。物體運(yùn)動(dòng)速度越大，這垛“墻”越堅(jiān)固（密度增大）。如此說(shuō)來(lái)，人人都得擔(dān)心碰上這垛墻了。絕不是！因?yàn)榭諝鈮偸且月曇舻乃俣韧芭艿?，只要在低于聲音的速度范圍?nèi)運(yùn)動(dòng)，就不可能追上它，以致碰上它。只是對(duì)于一架想要超音速飛行的飛機(jī)或其他物體來(lái)講，那就勢(shì)必要碰上空氣墻，發(fā)生前面的那些慘案。人們把空氣的這種作用稱為聲障。科學(xué)家還發(fā)現(xiàn)，由于飛機(jī)周圍的氣流不均勻，因此在飛機(jī)速度還未超越聲速時(shí)，也可能會(huì)撞得粉碎。那么能不能克服聲障呢？難道人類制造的飛機(jī)永遠(yuǎn)甘心落后于聲音？不，科學(xué)家找到一種辦法，把飛機(jī)的外形改一下，使機(jī)身做成紡錘狀的，兩頭尖、中間粗，再把飛機(jī)的兩只翅膀盡量朝后掠，飛機(jī)就可以順利地穿過(guò)空氣墻了。今天，一些先進(jìn)的噴氣式飛機(jī)的速度已達(dá)到了聲速的兩倍，甚至三倍于聲速的程度。在這場(chǎng)與聲音賽跑的競(jìng)賽中，人顯然是優(yōu)勝者。“跳躍”的聲音1921年5月9日，前蘇聯(lián)的莫斯科近郊發(fā)生了一次大爆炸。據(jù)調(diào)查，在半徑70公里范圍內(nèi)，人們清清楚楚地聽到了“轟隆轟隆”的爆炸聲；但是從半徑70公里到半徑160公里的范圍內(nèi)，人們卻什么也沒有聽到；奇怪的是，從半徑160公里以外一直到半徑300公里的遠(yuǎn)方，人們又聽到了爆炸的轟鳴聲。這真是怪事！聲音怎么會(huì)“跳”過(guò)中間這片地區(qū)呢？物理學(xué)家發(fā)現(xiàn)，聲音有一種“怪癖”，它在空氣中愛揀溫度低、密度大的道路走。當(dāng)遇到溫度高、密度小的空氣，聲音便會(huì)向上拐彎到溫度較低的空氣中去。如果某一個(gè)地區(qū)，地面附近的氣溫變化比較復(fù)雜，這兒溫度高，那兒溫度低，聲音經(jīng)過(guò)的時(shí)候，一會(huì)兒拐到高空，一會(huì)兒又往下拐，這樣上上下下，就形成了上面所說(shuō)的那種聲音“跳”動(dòng)的現(xiàn)象。安徽省合肥市建好的長(zhǎng)途電話大樓，樓頂聳立著一座塔鐘。這塔鐘準(zhǔn)時(shí)打點(diǎn)，鐘聲悅耳，響遍全市。但是住在遠(yuǎn)郊的居民聽到的鐘聲，有時(shí)候清晰，有時(shí)候模糊，有時(shí)正點(diǎn)，有時(shí)“遲到”。這是塔鐘的失誤嗎？不是，這也是聲音的“怪癖”愛走氣溫低、密度大的道路引起的。天長(zhǎng)日久，居民們得出一條經(jīng)驗(yàn)：平日聽不見或聽不清鐘聲，一旦突然聽得很清楚，就預(yù)示著天要下雨了，或正在下雨