我國古代物理學的成就
中國古代自然科學與自然哲學經 曆了幾個時期: 春秋戰國時期( 公元前770 ～前221 年) 為形成時期; 從秦、漢經三國、晉、南北朝到隋、唐、五代( 公元前221 ～公元960 年) 是發展時期; 宋、元至明初( 960 年～15 世紀) 是鼎盛時期。在漫長的2000多年中, 中國古代物理學在世界上一直處於領先的地位, 隻是到了明、清時期, 由於歐洲近代物理學的興起,它才顯得落後了, 可以稱之為衰落時期。從“五四” 新文化運動開始, 中國物理學彙合於世界物理學, 呈現出不同於古代物理學的新麵目。
先秦時期的偉大哲學家墨翟( 約公元前468 ～前376 年) 及其墨家學派( 公元前4 世紀～前3 世紀) , 在他們的論著《墨經》中記述了大量的物理知識, 這是春秋戰國時期物理學成就最大的學派, 《墨經》自然科學的主要成就在力學與光學方麵。漢代王充( 27 ～約97 年) 的《論衡》是中國中古時期的百科全書。在力學方麵指出外力能改變物體的運動狀態, 改變運動速度; 而內力不能改變物體的運動。同時, 《論衡》還討論了相對運動, 在聲學方麵研究了聲的發生、傳播與衰減, 並用水波做比喻。在熱學方麵《論衡》研究了熱的平衡、傳導及物態變化; 在光學方麵闡述了光的強度、光的直線傳播及球麵聚焦現象; 在電磁學方麵記錄了摩擦起電及磁指南器。在唐代, 有人進行了大規模的大地測量, 實際上是世界上第一次進行的子午線的實際測量。在《孫真人丹經》、《武經總要》中記述了火藥的配方: 硫磺、硝石和木炭。《玄真子》中記述了人造虹的簡單實驗:“背日噴水”。唐人還將風力分為8 個等級; 了解到共鳴的道理並應用於音樂中; 並指出了雷與電的關係。宋代沈括( 1031 ～1095 年) 的《夢溪筆談》一書具有很高的科學價值, 被稱為“中國科學史上的坐標”, 其主要成就是在聲學、光學、磁學方麵。在明清時期, 朱載堉( 1536 ～1610 年)在其《樂律全書》中, 用精密方法首次闡明了音樂中的十二平均律。方以智( 1611 ～1671 年) 則兼取古今中外知識精華, 在其《物理小識》中涉及了力學、光學、磁學、熱學等, 研究了比重、濃度、表麵張力及杠杆原理,螺旋原理, 研究了光的反射、折射、光學儀器, 進行了分光實驗解釋虹,還研究了磁偏角隨地域的變化以及金屬導熱問題。
正式傳入中國的第一部西方
數學著作
16 世紀末以後的明代, 西方初等 數學陸續傳入中國, 使中國數學研究出現一個中西融會貫通的局麵。1582年, 意大利傳教士利瑪竇到中國,1607 年以後, 他先後與徐光啟翻譯了《幾何原本》前六卷、《測量法義》一卷, 與李之藻編譯了《÷ 容較義》和《同文算指》。1629 年, 徐光啟被禮部任命督修曆法, 在他主持下, 編譯《崇禎曆書》137 卷。《崇禎曆書》主要是介紹歐洲天文學家第穀的地心學說。作為這一學說的數學基礎, 希臘的幾何學, 歐洲雷格蒙塔努斯的三角學, 以及納皮爾算籌、伽利略比例規等計算工具也同時被介紹進中國。在傳入的數學中, 影響最大的是《幾何原本》。《幾何原本》是中國第一部數學翻譯著作, 絕大部分數學名詞都是首創, 其中許多至今仍在沿用。徐光啟認為對它“不必疑”、“不必改”,“舉世無一人不當學”。《幾何原本》是明、清兩代數學家必讀的數學書,對他們的研究工作頗有影響。
天壇回音壁的聲學原理
明代建成的天壇中有一處建築名叫“回音壁”, 圍括皇穹宇和東西配殿的高大的圓形圍牆, 周長193. 2 米,直徑61. 5 米, 牆高3. 72 米, 厚0. 9米, 如果兩個人分別站在院內東西配殿後的牆下, 均麵部朝北對牆低聲說話, 可像打電話一樣互相對話, 極其奇妙有趣, 這就是“回音壁” 得名的由來。
天壇的回音壁是利用聲波反射原理, 具有獨特聲學效果的建築物, 成為中國利用聲學原理設計的四大奇妙的回音建築之一。為什麼會有這種奇妙的現象呢? 原來, 這是聲學原理在建築上的巧妙運用。因為圍牆是圓形的, 且又磨磚對縫, 牆麵十分光潔,再加上圍牆頂部蓋有簷瓦, 聲波不易散失, 便可沿著圓牆連續反射傳遞而產生回音了。
磁和指南針
早在戰國時期, 我們的祖先就已發現了磁石吸鐵的特性。磁石有磁性,每一塊磁石的磁性總是聚在兩頭的,中央部分差不多沒有磁性, 有磁性的兩極就叫做磁極。如果把一根棒狀的磁石用繩子係在中間使它懸空, 撥動以後, 等它靜止下來, 一定是一頭指向南方, 另一頭指向北方。由於古人認為磁和鐵的關係好像慈母和她的兒女一樣親密, 所以我國古書中把“磁石” 寫成“慈石”。
古人利用磁石的指極性製成最早指南針——— — 司南。司南比利用齒輪的指南車便利得多。戰國時期的《韓非子》一書中即提到了用磁石製成的司南。司南就是指南的意思。東漢思想家王充在其所著《論衡》中也有關於司南的記載。司南由一把“勺子” 和一個“地盤” 兩部分組成。司南勺由整塊磁石製成。它的磁南極那一頭磨成長柄, 圓圓的底部是它的重心, 琢得非常光滑。地盤是個銅質的方盤, 中央有個光滑的圓槽, 四周刻著格線和表示24 個方位的文字。由於司南的底部和地盤的圓槽都很光滑,司南放進了地盤就能靈活地轉動, 在它靜止下來的時候, 磁石的指極性使長柄總是指向南方。這種儀器就是指南針的前身。由於當初使用司南必須配上地盤, 所以後來指南針也叫做羅盤針。
我國什麼時候開始使用算盤
算盤是我國古代的一項偉大發明。
算盤究竟何時由何人發明, 現在無從考證, 但它的使用應該是很早的。據東漢數學家徐嶽所著的《數術紀遺》記載: “珠算控帶四時, 經緯三才。”
北周甄鸞注雲: “刻板為三分。位各五珠, 上一珠與下四珠色別, 其上別色之珠當五, 其下四珠各當一。” 可見漢代即有算盤, 但形製與今不同。
不過, 中梁以上一珠當五, 中梁以下各珠當一, 則與現代相同。又據徐嶽說, 他的老師劉洪曾問學於道家天目先生, 天目即曾傳授珠算之法, 可見至遲在東漢已出現算盤。有些曆史學家認為, 算盤的名稱, 最早出現於元代學者劉因撰寫的《靜修先生文集》裏。在《元曲選》無名氏《龐居全誤放來生債》裏也提到算盤: “閑著手,去那算盤裏撥了我的歲數。” 元代楊輝在其《乘除通變算寶》裏、元代朱世傑在其《算學啟蒙》裏, 都記載了有關算盤的“九歸除法”。明代吳敬在其《九章詳注比類算法大全》裏,對算盤的用法記述則較詳。而宋代畫家張擇端在其《清明上河圖》中也畫有一個算盤, 可見, 早在北宋時或北宋以前我國就已普遍使用算盤了。直到明代才出現《盤珠算法》這類專著, 那時已有帶橫梁的上二珠下五珠的算盤。
我國的算盤由古代的“籌算” 演
變而來。“籌算” 就是運用一種竹簽作籌碼來進行運算。唐代末年, 已見籌算乘除法的改進, 到宋代產生了籌算的除法歌訣。15 世紀中葉, 《魯班木經》中有製作算盤的規格。由於算盤普及, 論述算盤的著作也隨之產生,流行最久的珠算書是1593 年明代程大位所編輯的《算法統宗》。由於珠算口訣便於記憶, 運算又簡便, 因而在我國被普遍應用, 同時也陸續傳到了日本、朝鮮、印度、美國、東南亞等國家和地區。算盤的出現, 被稱為人類曆史上計算器的重大改革, 就是電子計算器盛行的今天, 它仍然在發揮著它特有的作用。
在阿拉伯數字傳入前, 中國 古人如何計數
中國古人在運算過程中, 采用的是“算籌” 這種工具。“算籌” 就是一些用木、竹製作的勻稱小棍, 中國古人把這些小棍縱橫布置, 就可以表示出任何一個自然數來。
據考證, 至少在2500 多年前的春 秋時代, 我國古人的算籌記法就已經相當完備了。這種表示數字的方法,無疑是走在世界的前列。我國古代也很重視記數符號, 最古老的甲骨文和鍾鼎文中都有記數的符號, 不過難寫難認, 後人沒有沿用。到春秋戰國時期, 生產迅速發展, 為適應這一需要,我們的祖先創造了籌算。籌算用的算籌是竹製的小棍, 也有骨製的。按規定的橫豎長短順序擺好, 就可用來記數和進行運算。隨著籌算的普及, 算籌的擺法也就成為記數的符號了。算籌擺法有橫縱兩式, 都能表示同樣的數字。
從算籌數碼中沒有“10 ” 這個數可以清楚地看出, 籌算從一開始就嚴格遵循十位進製。9 位以上的數就要進一位。同一個數字放在百位上就是幾百, 放在萬位上就是幾萬。這樣的計算法在當時是很先進的。因為在世界的其他地方真正使用十進位製時已到了公元6 世紀末。但籌算數碼中開始沒有“0 ”, 遇到“0 ” 就空位。比如“6708”, 可以表示為“⊥ i ”。由於數字中沒有“0 ”, 很容易發生錯誤, 所以後來有人把銅錢擺在空位上,以免弄錯。這或許與“0 ” 的出現有關。不過多數人認為, “0” 的數學符號的發明應歸功於公元6 世紀的印度人。他們最早用黑點“·” 表示零,後來逐漸變成了“0”。
“算經十書” 包括哪些書 “算經十書” 是指漢、唐1000 多年間的10 部著名數學著作, 它們曾經是隋唐時候國子監算學科( 國家所設學校的數學科) 的教科書。10 部算書的名字是: 《周髀算經》、《九章算術》、《海島算經》、《五曹算經》、《孫子算經》、《夏侯陽算經》、《張丘建算經》、《五經算術》、《緝古算經》、《綴術》。
這10 部算書中, 以《周髀算經》為最早, 但不知道它的作者是誰。據考證, 《周髀算經》成書的年代當不晚於西漢後期( 公元前1 世紀) 。《周髀算經》不僅是數學著作, 更確切地說, 它是講述當時的一派天文學學說——— “蓋天說” 的天文著作。就其中的數學內容而言, 書中記載了用勾股定理來進行的天文計算, 還有比較複雜的分數計算。當然不能說這兩項算法都是到公元前1 世紀才為人們所掌握, 它僅僅說明在現在已經知道的資料中,《周髀算經》是比較早的記載。
《墨經》中的自然科學
《墨經》指《墨子》一書中, 由 戰國末期的後期墨家所撰寫的《經上》、《經說上》、《經下》、《經說下》、《大取》、《小取》六篇的合稱。
在《墨經》中已經出現了最早的幾何學理論的雛形。如把“圓” 定義為“圓, 一中同長也”。意思為: 圓有而且僅有一個中心, 從圓心到圓周上任何一點距離相等。這與古希臘歐幾裏得的提法基本一致, 但比歐氏要早100 多年。在《墨經》中還有許多幾何命題, 如兩條平行線之間等距、三點共一直線、同圓的半徑相等、矩形四角皆為直角等。
《墨經》中還論述了物理學的內
容, 有力學、聲學和光學等, 最早提出“杠杆原理”、“浮力原理”、“成像原理” 等。其中最精辟、最受人推崇的是幾何、光學部分。更令人驚歎的是, 在2000 多年前《墨經》中已經出現了現代原子學說的萌芽思想, 這使其無論在哲學發展史上還是在科學發展史上都占據一定的地位。
力學知識在《墨經》中也有很好的闡述。如《墨經》認為, 力是人體所具有的使運動發生轉移和變化的手段, 指出杠杆平衡與兩端的重量和力臂的長短都有關係, 發現船的形體大小與其在水中下沉深淺有一定的均衡關係, 是關於浮力原理的樸素表述。
此外, 《墨經》中還有光的直線傳播、小孔成像和各種鏡麵對光的反射的記載。
四色猜想
四色問題又稱四色猜想, 是世界近代三大數學難題之一。四色問題的內容是: “任何一張地圖隻用四種顏色就能使具有共同邊界的國家著上不同的顏色。” 用數學語言表示, 即“將平麵任意地細分為不相重迭的區域,每一個區域總可以用1 、2、3、4 這四個數字之一來標記, 而不會使相鄰的兩個區域得到相同的數字。” 這裏所指的相鄰區域, 是指有一整段邊界是公共的。如果兩個區域隻相遇於一點或有限多點, 就不叫相鄰的。因為用相同的顏色給它們著色不會引起混淆。
1878 ～1880 年兩年間, 著名的律師兼數學家肯普和泰勒兩人分別提交了證明四色猜想的論文, 宣布證明了四色定理, 大家都認為四色猜想從此也就解決了。肯普的證明是這樣的:首先指出如果沒有一個國家包圍其他國家, 或沒有三個以上的國家相遇於一點, 這種地圖就說是“正規的”。
如為正規地圖, 否則為非正規地圖。
一張地圖往往是由正規地圖和非正規地圖聯係在一起, 但非正規地圖所需顏色種數一般不超過正規地圖所需的顏色, 如果有一張需要五種顏色的地圖, 那就是指它的正規地圖是五色的,要證明四色猜想成立, 隻要證明不存在一張正規五色地圖就足夠了。
進入20 世紀以來, 科學家們證明了50 國以下的地圖都可以用四色著色。電子計算機問世以後, 由於演算速度迅速提高, 加之人機對話的出現,大大加快了對四色猜想證明的進程。
科學家們在美國伊利諾斯大學的兩台不同的電子計算機上, 用了1200 個小時, 作了100 億判斷, 終於完成了四色定理的證明, 轟動了世界。
不過不少數學家並不滿足於計算機取得的成就, 他們認為應該有一種簡捷明快的書麵證明方法。直到現在,仍由不少數學家和數學愛好者在尋找更簡潔的證明方法。
GPS 全球定位係統
所謂“GPS”, 就是英文GlobalPositioning System “全球定位係統” 三個詞的詞頭縮寫, 它由平均分布在圍繞地球的6 個圓形軌道上的24 顆人造地球衛星( 即導航衛星) , 分設在美國本土及其屬地上的空控站、注入站、監測站、以及廣泛裝備於飛機、艦艇、坦克乃至單兵的GPS 接收機等組成。
GPS 係統采用“時間同步、單程測距” 的原理來實現定位、簡單地說就是用戶同時向已知其位置的3 個導航衛星分別進行距離測量, 然後再以該衛星為球心, 以所測得的距離為半徑, 在空間畫出3 個球麵, 則該3 個球麵的相交點, 就是用戶的所在位置了。所謂“時間同步” 是指衛星上的時鍾與用戶設備內的時鍾是精確同步的( 譬如說校準到兩者之間幾萬年才差1 秒鍾) ; 而“單程測距” 則是指從導航衛星上發出的無線電測距信號在傳播到用戶設備的這一單向行程中,就可以把它們之間的距離測量出來。
試讓我們來進行一下簡單的計算: 假定衛星以整秒時刻( 即1、2、3 ) 向外發播無線電測距信號, 而用戶設備所接收到的測距信號比整秒、時刻晚了0. 0666 秒種, 已知電波的傳播速度為300000 千米\/ 秒, 則用戶至該衛星的距離就等於300000 千米\/ 秒與0. 0666 秒的乘積, 即19980 千米。請注意, 這裏是假定衛星和用戶的時鍾是完全同步的, 即它們之間沒有上點誤差, 這樣的計算才是正確的。如果用戶時鍾與衛星時鍾存在著時間誤差,則還必須根據這個誤差對計算結果進行一些修正。GPS 衛星組網之所以采用24 顆衛星的配置方案, 就是為了保證位於世界任一地點的用戶, 都可以隨時接收到至少4 個導航衛星的信號,其中3 個衛星的信號來測距定位, 第4 個衛星的信號就是用來計算用戶時鍾的誤差的。
常溫下的“超導體”
1989 年12 月, 印度科學家宣稱 他們“製造” 出了常溫下的超導體,這種合金居然在37℃ 中仍然電阻為零, 而直到今天, 最先進的超導體合金也需在- 100℃ 左右。有趣的是, 不久之後, 斯裏蘭卡“科學家” 亦宣稱他們製造出了常溫下的超導體, 於是,兩個科學本不發達的國家, 一夜之間成了“科技大國”。
顯微鏡的由來
我們知道了望遠鏡是荷蘭人漢斯·利帕休在公元1608 年發明的。那時候, 荷蘭的眼鏡業很發達, 到處都有眼鏡作坊, 因此, 會磨眼鏡片的人也不少。顯微鏡的發明者, 就是一個曾學過磨眼鏡片的市政廳的看門人, 名字叫列文虎克。
列文虎克出生在一個貧窮家庭裏。
在他很小的時候, 父親就去世了。當別的孩子在學校裏度過快樂的童年,他卻為了生活不得不四處奔忙著。16歲那年, 列文虎克在一家小雜貨店裏當學徒, 他一天要工作12 個小時以上, 累得筋疲力盡。盡管繁忙的勞動壓得他喘不過氣來, 可是, 強烈的求知欲依然在鞭策他擠時間刻苦自學。
每當夜深人靜的時候, 他就拿出從別人那裏借來的書, 在昏暗的燈光下專心致誌地讀起來。他就這樣一邊勞動,一邊擠時間努力學習。雜貨店的隔壁,有家眼鏡店, 列文虎克一有時間就到那兒看磨眼鏡片。從而他知道了透過磨製的玻璃鏡片, 可以看到微小的東西。日久天長, 他也學會了磨製鏡片的技巧。
當他的生活剛有點穩定的時候, 雜貨店由於生意不景氣而倒閉了。22歲的列文虎克從此又失了業, 過上了流浪的生活。他在崎嶇的生活道路上顛沛流離, 最後在他的家鄉定居下來,找到了給市政廳看大門的工作。因為他的知識都是在很艱苦的條件下自學得來的, 所以他絕不放過每一個良好的學習機會。白天, 他把工作做完,就利用一切時間學習; 晚上, 他就觀察肉眼看不見的微小的東西, 以揭開自然界的奧秘。磨製精度很高的鏡片可不是一件容易的事兒, 有一點兒磨壞了, 就前功盡棄, 必須從頭做起。
他不怕失敗, 不辭勞苦, 每天夜裏都精心地磨。他不知花費了多少個不眠之夜, 也不知手上磨起過多少個血泡。
水滴石穿, 有誌者事竟成。他終於磨出了高精度的鏡片。後來, 他把鏡片固定在一塊金屬析上, 還裝了調節鏡片的螺旋杆。世界上第一台顯微鏡就這樣飽含著列文虎克的巨大心血誕生了。
這架顯微鏡可以放大300 倍, 是 當時最精良的顯微鏡。他用這個顯微鏡, 興致勃勃地開始了觀察微小的秘密世界。他看到了蒼蠅身上長滿了密密的茸毛; 看到了魚和青蛙血液中的紅血球; 也看到了昆蟲複眼的微細結構。
現在, 世界上又出現了一種新型 顯微鏡, 這就是日本首先研製成功的超聲波顯微鏡。這種顯微鏡不是通過鏡片來觀察東西, 而是利用超聲波遇到物體的反射、吸收和超聲波穿透物體的不同情況, 來測定物體內部的結構。這種顯微鏡可以在更廣泛的領域裏發揮作用, 特別是對醫學中的癌症診斷, 更是有獨特的功效。
避雷針的由來
1752 年, 美國學者富蘭克林做了譽滿全球的“風箏試驗”, 對解釋自然界中放電現象做出了不朽的貢獻,並於1760 年在美國費城製造了第一個避雷針。
但是, 有一個外國修道士巴卡連在他遊曆中國之後, 於1688 年出版了一本介紹中國的書, 書裏談到中國當時的房屋建築時寫道: “. . 屋頂的四角被雕飾成龍頭的形狀, 仰著頭, 張著嘴。在這些怪物的舌頭上有一根金屬芯子, 這金屬芯子的末端一直通到地裏。如果有雷打在房屋上, 它就會順著龍的舌頭跑到地裏, 不會產生任何危險。” 馬卡連的觀察比富蘭克林差不多早100 年, 由此可知, 中國人發明避雷針遠比富蘭克林早。
激光的由來
自1959 年美國哥倫比亞大學教授 查理斯·湯斯等科學家對激光研究的創造性論文發表以後, 我國科技人員群策群力, 終於在1961 年研製出我國第一台紅寶石激光器。開始, 我國科技人員根據激光英文的全稱, 將它譯為“光受激發射”, 錢學森覺得譯名太長, 建議改稱“激光”。外國科學家也感到英文全稱太長, 遂取全稱中主要單詞的第一個字母, 簡化為“萊塞” 的縮略詞“laser”。
1957 年, 出現了固體微波量子放 大器, 為激光的問世奠定的物質基礎。
因為, 激光器實質上就是一台光波段的量子放大器。
1958 年, 美國物理學家湯恩斯和前蘇聯物理學家巴索夫、普羅霍洛夫幾乎同時提出了把受激輻射放大推進到光頻的設想, 建立了把微波量子放大技術擴展到光波段的理論。他們因此共同獲得了1964 年的諾貝爾物理學獎。
1958 年, 美國科學家肖洛和湯斯 發現了一種奇怪的現象: 當他們將閃光燈泡所發射的光照射到一種和稀土晶體上時, 晶體的分子會發出鮮豔的,始終會聚在一起的強光。根據這一現象, 他們提出了“激光原理”: 物質在受到與其分子固有振蕩頻率相同的“能量” 激勵時, 都會產生這種不發散的光——— 激光。這個原理是光學史上一個裏程碑。
X 光機的由來
1895 年威廉·倫琴發現X 射線 後, X 射線在醫療方麵的潛力很快得到認同。這一發現宣布後幾周內, 美國就開始使用X 射線檢查骨折。1896年, 托馬斯·愛迪生發明了X 射線熒光檢查儀, 沃特·坎農將它用於跟蹤硫酸鋇在動物體內消化道中的運動。
後來這一技術被用來輔助顯示人類的消化係統。
美國發明家威廉·柯立芝於1913 年發明了改進的X 射線管, 這種射線管與後為醫生和牙醫使用的非常相似。
庫利奇的機器可以非常精確地控製X 射線波長和電壓。與此同時, 英國的父子組合威廉·亨利·布拉格和威廉·勞倫斯·布拉格對於了解X 射線做出很大貢獻。威廉·亨利·布拉格在澳大利亞任教時, 就對放射學這個新興的學科產生很大興趣。這期間, 他自己建造了一台X 射線機。他還用這台機器檢查過兒子受傷的肘部。1909 ～1913年間, 父子一同在英國工作, 研究馬克斯·馮·勞厄發現的X 線衍射。兒子威廉·勞倫斯·布拉格建立了一套方程式, 被稱為布拉格定律, 描述了X 射線穿過晶體的衍射, 由此建立起X 射線結晶學這個新的學科領域。這一技術成為研究礦物學、冶金及生物化學的重要工具。X 射線結晶學被用來分離青黴素的分子結構以及後來的DNA 結構。父子二人共同獲得了1915年的諾貝爾物理學獎, 25 的威廉·勞倫斯·布拉格成為當時最年輕的獲狀者。
第一台計算機
1946 年2 月14 日, 世界上第一台電腦ENIAC 在美國賓夕法尼亞大學誕生。
第二次世界大戰期間, 美國軍方 要求賓州大學莫奇來( Mauchly) 博士和他的學生愛克特( Eckert) 設計以真空管取代繼電器的“電子化” 電腦——— ENIAC ( Electronic Numerical Integrator and Calculator) , 電子數字積分器與計算器) , 目的是用來計算炮彈彈道。這部機器使用了18800 個真空管, 長50 英尺, 寬30 英尺, 占地1500 平方英尺, 重達30 噸( 大約是一間半的教室大, 六隻大象重) 。它的計算速度快, 每秒可從事5000 次的加法運算, 運作了九年之久。由於吃電很凶, 據傳ENIAC 每次一開機, 整個費城西區的電燈都為之黯然失色。
另外, 真空管的損耗率相當高, 幾乎每15 分鍾就可能燒掉一支真空管, 操作人員須花15 分鍾以上的時間才能找出壞掉的管子, 使用上極不方便。曾有人調侃道: 隻要那部機器可以連續運轉五天, 而沒有一隻真空管燒掉, 發明人就要額手稱慶了。
電視誕生
1926 年1 月27 日, 蘇格蘭發明家約翰·貝爾德向倫敦皇家學院的院士們展示了一種新型的、能夠通過無線電傳遞活動圖象的機器, 貝爾德稱他的發明為“電視”。
這種機器不是傳統的電影放映機,而是通過電子方法將圖象顯示在陰極射線管上, 這種電子管是為進行科學研究在英格蘭研製的。看完表演的觀察家說, 圖象的質量不如電影, 但他們認為這僅僅是這一發明的初級階段。
貝爾德說, 總有一天, 它將使每一個家庭都變成一個小電影院。20 世紀最具影響的大眾傳播媒介就這樣誕生了。
如何測定密度
1. 固體密度的測定
如測一金屬塊的密度。步驟: ( 1 ) 用天平稱出金屬塊的質
量m。
( 2) 在量筒中放人適量的水, 記下水麵的刻度V1。
( 3) 將金屬塊用細線係好浸沒在 水中, 記下水麵到達的刻度V2。
( 4) 兩次刻度差( V2 - V1 ) 即為金屬塊體積V。
( 5) 根據密度公式, 求出金屬塊 的密度。
2. 液體密度的測定如測鹽水的密度。步驟:
( 1) 用天平稱量燒杯的質量m1。
( 2 ) 用量筒測出適量體積V 的鹽水。
( 3) 將鹽水倒人燒杯中, 測定燒杯加鹽水的總質量m2。
( 4) ( m2 - m1 ) 即是鹽水質量m% 。
( 5 ) 根據密度公式ρ\\u003d mv, 求出鹽水的密度。
量子密碼: 加密信息防止
盜竊
目前的保密通信使用的是經典密鑰, 但它從本質上講不安全。而量子加密基於量子力學線性疊加原理和不可克隆定理, 可以保證不會失密。這種技術要求使用雙方通過光纖在異地產生密鑰, 根據事先約定的協議建立起共享的密鑰, 然後發送者應用該密鑰對所要傳送的文本、圖像等信息施行加密變換, 被加密的信息經由光纖傳送給接收者, 後者應用手中的密鑰對密文施行解密, 獲得傳送的信息。
任何竊聽量子加密信息的舉動, 都會改變信息的內容, 這就像警鈴一樣會顯示出入侵者的蹤跡。再高明的間諜對這種加密術也是一籌莫展。
哥倫比亞大學的學生斯蒂芬·魏 斯納在1969 年第一次提出量子密碼學的想法, 但當時沒有一家學術雜誌願意刊登。1999 年, 這種想法終於付諸產品。一群企業家不僅在紐約成立了MagiQ 技術公司, 而且開始生產商用量子加密設備。
為什麼焰火有各種各樣的顏色
焰火的結構分兩部分: 底部是普通的火藥, 它的作用是點燃後把焰火送上; 頂端裝有燃燒劑、助燃劑、發光劑和發色劑等。燃燒劑、助燃劑起引爆作用, 使焰火燃燒得更充分。發光劑裏含有呂粉和鎂粉, 這些金屬粉末在燃燒時放出白熾的光芒, 增添焰火的亮度。發色劑是整個焰火的靈魂,它含有各種金屬鹽類, 這些金屬鹽類在高溫下, 會放射出各種不同顏色的光芒, 如鈉鹽發出黃光, 鍶鹽發出紅光, 鋇鹽發出綠光, 銅鹽發出藍光. . 焰火升空後, 就是利用了不同金屬鹽類的氧化反應, 才使節日之夜呈現出一片絢麗多彩的景象。
幹洗衣服的原理
過去人們隻知道, 洗衣服離不開 水, 隻有水加肥皂才能將衣服洗幹淨。
但後來人們發現, 沾上汙垢、油漬的衣服, 可用某些化學溶劑除掉, 這樣就發明了衣服幹洗法。目前用做幹洗的化學溶劑是四氯乙烯, 用它來幹洗衣服, 能使衣服上的汙垢、油漬很快溶解在溶劑內, 隨即又揮發掉, 但不損傷衣服, 真是兩全其美。
幹洗都是在幹洗機內進行的, 一
般有機洗型和噴劑型兩種。機洗型幹洗是將衣服放在密封圓筒內, 隨筒轉動, 筒內衣服經翻轉不斷接觸幹洗劑,借助衣服和圓筒的摩擦、衝擊將衣服洗淨。噴劑型是由電腦控製的自動化幹洗, 洗衣機內的離心泵把四氯乙烯幹洗劑均勻噴灑在衣服上, 待幹洗劑把汙垢溶解後, 洗衣機自行運轉, 將含有汙垢的幹洗劑甩脫, 再換上幹淨的幹洗劑進行第二次幹洗。經過反複幹洗, 半小時侯後, 衣服就被洗得幹幹淨淨了。
為什麼運動員要往手心裏摸
白粉
在體育比賽前, 體操運動員和舉重運動員往往要在手掌心上抹一些白色的粉末。
這種白粉叫硫酸鎂, 也叫鎂粉,它具有很強的吸收水分的性能。運動員將它抹在手掌上, 吸收一部分汗水,保持幹燥, 增加掌心和器械之間的摩擦力。這對運動員握緊器械, 避免失誤, 保證完成動作的質量是有幫助的。
此外, 運動員在做動作前, 還可 以利用向手掌心抹粉的片刻時間, 鬆弛自己緊張的心理, 安定情緒, 為比賽作好充分的思想準備。
為什麼燈泡要做成梨形
電燈點亮的時候, 燈泡裏的氣體也會上下流動( 對流) , 燈泡做成梨形, 燈絲上熔化蒸發下來的鎢, 就會積存到燈泡的底部。這樣, 就能減少對燈泡周圍和底的汙染, 保持它的亮度。
破冰船的工作原理
破冰船的工作是用相同的物理現象做基礎的: 露在水麵上的那一部分船身, 因為它的重力沒有水的浮力作用把它抵銷掉, 所以仍舊有它原來的“陸上” 重力。你不要以為破冰船在行駛的時候是用自己的船首部分的壓力不斷地切開冰的。破冰船不是這樣工作的, 這樣工作的是切冰船, 例如像在30 年代著名的“裏特克” 號。
這種工作方法隻能用來對付比較薄的冰。
真正的海洋破冰船是用另外一種方法工作的。破冰船上的強大的機器在開動的時候, 能把自己的船首移到冰麵上去。它的船首的水下部分就是因為這個緣故造得非常斜。船首出現在水麵上的時候, 就恢複了自己的全部重力, 而這個極大的重力就能把冰壓碎。為了加強作用力, 有時候在船首的貯水艙裏, 還要盛滿水——— “液體壓艙物”。
在冰塊的厚度不超過半米的時候,破冰船就是這樣工作的。遇到更厚的冰塊, 就要用船的撞擊作用來製服它這時候破冰船就向後退, 然後用自己的全部質量向冰塊猛撞上去。這時候起作用的已經不是重力, 而是運動著的輪船的動能; 船好像變成了一個速度不大但是質量極大的炮彈, 變成了一個撞錘。
“超聲” 和“超音” “聲” 和“音” 難分難解, 如果仔細琢磨一下, 它們是“發生” 和“接收” 的關係: 由一方發出了“聲”, 另一方感受到“音” 的大小和高低。那麼“超聲” 和“超音” 是不是一回事呢?