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物理与人类文明

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 生活中的物理学

钻木取火,它是根据摩擦生热的原理产生的。木原料的本身较为粗糙,在摩擦时,摩擦力较大会产生热量,加之木材本身就是易燃物,所以就会生出火来。这算是有关物理学知识在生活中应用的一个最早的例子了,它的出现推动了人类历史的一个新的发展。其实,物理学作为一个大的学科,已经渗透到了生产生活的各个领域。

最常见的就是摩擦力的应用。从我们自身说起,人本身的行走就涉及到了摩擦力,只有凭借了鞋与地面的摩擦力,我们才能得以正常行走,不至于跌倒。除此之外,流体之间也有摩擦力。机车,汽车,火车,飞机在高速行驶时,空气之间的摩擦力或空气阻力就显得很重要,其克服的方法为将运动体作流线型的设计,可是要使其能否安全刹车停止,就必须依靠摩擦力性质作出妥善的刹车设计。关于这个具体的设计原理,也是物理知识的集中体现。煞车系统有好几种,常说的动力煞车系统有真空动力煞车系统与压缩空气动力煞车系统两种,它们都能造成巨大压力,并将其传递到轮子的煞车鼓的接触面积上。因为压力强度越大,正向接触力就越大,这种接触更方便产生强大的摩擦力,最终使车轮能在短时间内停止转动,而改以滑动摩擦的方式来阻止车子的前进。

阿基米德有这样句话“给我一个支点,我可以翘起整个地球。”这就涉及到了物理中的另外一个知识-杠杆原理。杠杆原理亦称“杠杆平衡条件”。要使杠杆平衡,作用在杠杆上的两个力矩大小必须相等。关乎杠杆原理,在生活中的应用也是很广泛的。比如我们常见的

撬棒,自行车把手,杆称,钢钳,筷子,门,船桨,钓鱼竿,水龙头等,还有就是农业生产工具的设计,都运用到了物理中这方面的知识,物理已经在农业科学领域做出了相当大的贡献。它的这一出现改变了原始的生产方式,从一定程度上提高了农业生产力的水平。

当然,生活中的物理可不止这些。生活在大自然间,大自然可谓是千变万化,我们最为直接的感受关于这种变化就是天气现象。常见的天气现象有很多,最为普遍的就是雨,雪,霜,雾。至于具体的解释最终还是离不开物理的。那是因为空气中的水蒸气骤然遇冷,当温度足够低的情况下,就凝华成小冰晶,落下来就形成雪;如果这些小冰晶附着在树叶或草叶上时,就形成了霜;当空气中的水蒸气遇冷,而温度不是特别低时,就会液化成小液滴,附着在空气中的灰尘上,就形成了雾。

看来物理学真的涵盖好多东西。不过说到大气这块,我们自然会想到另一个有关于这方面的知识,它也是一个很典型的应用,并在实际生活中取得了一定的功效。在这里,我将着重介绍这部分的知识。现代社会各个行业的发展都很快,建筑业也不例外,由此也出现了各种各样的建筑物,在一些高端建筑物的顶层,我们常会见到一种金属物质,其外表呈现的是一个棒状的结构,它是用金属线与埋在底下的一块金属板连接起来的。那这种东西是用来干嘛的?顾名思义,避雷针就是用来避雷的,那为什么要发明这个东西,它的原理是什么?这就涉及到了大气中的电学。

其实地球周围的大气是一部大电机,雷暴是大气中电活动最为壮

观的显示,即使在晴朗的天气,大气中也到处有电场和电流,雷暴好似一部静电起电机,能产生负电荷并将其送到地面,同时把正电荷送到大气的上层。而大气的上层是电离层,它是良导体,流入它的电流很快向四周流开,遍及整个电离层,在晴天区域这电流逐渐向地面泄露,这样就形成了一个完整的大气电路。对于地球表面带有很多的负电荷,如果在一定程度上电荷不能得到补充之后,地球表面的负电荷将在几分钟内被中和完全,大气中的电荷分布是由雷暴产生的,一个雷暴往往包含有几个活跃的中心,而每个中心都由一片雷雨云构成。雷暴的激烈活动中所需的主要能量都来自潮湿空气中的水分凝结预热。雷雨云在形成阶段首先是由于一些水汽的凝结放热,而使周围空气变暖,变轻因而形成上升的气流,而这种气流夹杂着水汽,上升速度相当快,但当它们足够大,不能继续上升时,就会下落。它们的下落携带着周围的空气下降,这些下降的混有水滴的湿空气会由于水滴蒸发吸热而变湿,变重继续下降,这样雷雨云就形成了下降的气流,它的上部可以插入对流层。这一期间,由于雷雨云的各个地方所获得的电荷不同,也就发生了闪电。而上边所说的关于避雷针的发明及使用,也就是利用了闪电中的一种最为重要放电方式--尖端放电,说起尖端放电,它是在雷雨云的一个小的范围之中以一种缓和的方式发生的一种强烈的放电现象。尖端放电现象常发生在有强雷暴云临近或有雪暴、尘暴时,此时云下产生很强的大气电场。地物尖端(例如山上的树顶或岩石的突出尖端、塔顶、船的桅杆等)附近的等电势面因畸变而变得十分密集,大气电场能比周围环境电场大几十甚至几百倍,

致使尖端周围空气击穿电离而产生电晕放电。当带电云层接近地表面时,由于静电感应使物体带上异号电荷,这些电荷比较集中在突出物体,累积到一定的时候,便会产生强大的火花放电。为避免雷击,可在建筑物上安装尖端导体,用粗铜线接到潮湿的泥土或埋到底下的金属板,以保持避雷针与大地有良好的接触。当带电云层接近时,放电就通过避雷针和铜导体不断进行,以免损坏建筑物。由此可看,物理在实际的生活方面确实扮演着很好的角色。

以上都是物理在生活方面的主要应用,还有物理也可以解释一些实际的生活现象。热凉粥或冷饭时,锅内会发出“扑嘟,扑嘟”的声音,并不断冒出泡来,可以当我们一尝粥或饭时,却发现它根本不热。关于这个现象我们是很常见的。用物理的知识去解释它,那是因为把凉粥或热饭烧熟与烧开水是不一样的。虽然水是热的不良导体,对热的传导很慢,但水具有很好的流动性,当锅底的水受热时,他就要膨胀,密度减小的就上浮,周围的凉水流过来填补,通过这种对流,就把锅底的热不断传递到水的各个部分,而水变热。但凉粥或者饭,既流动性差又不易传导热,所以当锅底的粥或者饭吸热后,温度就很快上升,但却不能很快向上,向四周流动,大量的热就集中在锅底而将锅底的粥烧焦,因热很难传到粥上面,所以上面的粥就是凉的。出于这样一个原因,此时就应该往锅中加少许水,增强流动性。

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