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第6章 趣味篇(5)

我们看彩虹时,有色的光线依着各种角度从小水滴中反射出来,对于某一质点来讲只能把某一种颜色的光线射入我们的眼帘,而从同一雨滴中折射出来的其他有色光或高或低地越过我们的眼帘,不被我们所看到。具体而言,在那些能进入我们眼帘的、并经处于最高位置的小水滴所折射的光线中,由于红光折射率最小,偏向角也最小,所以才能进入我们的眼帘,我们看到的只是红光,其他色光由于折射率大,偏向角也大,都越过我们的头顶而去。稍低一点的小水滴,也就只能是在折射光线中偏向角比红光大,又比其余色光小的橙色光先进入我们的眼帘,而被我们看到;而其余色光中,红光偏低,黄、绿、蓝、靛、紫都偏高,越过我们的眼帘不被我们所看到;而以此类推,那些进入我们眼帘,并经处于最低一层位置的小水滴折射后的光线,我们只能看到的是紫光,其余色光都从我们眼皮底下溜走。这样,空中邻接的小水滴中折射出来的光线,形成一条内紫外红的彩虹。

16.人为什么要吃饭

一切生命活动都需要能量,如物质代谢的合成反应、肌肉收缩、腺体分泌等。而这些能量主要来源于食物。食物中所含的营养素可分为五大类:碳水化合物、脂类、蛋白质、矿物质和维生素。其中,碳水化合物、脂肪和蛋白质经体内氧化可释放能量。俗话说,“人是铁,饭是钢,一顿不吃饿得慌”。吃饭不仅仅是为了填饱肚子,食物还会供给我们身体所需要的各种能量。而人的活动离不开这些能量,这就好比汽车如果没有了汽油就跑不起来了的道理一样,人如果离开食物也就不能进行任何生命活动了。从小到大,人的身体及各个组织都在生长发育,而身体也在不断地更新,这就需要许多食物当中的营养物质来满足人的各个组织的发育及更新。

所以说,人吃饭不仅为了填饱肚子,更是为了维持人体的正常活动,维持人的生命。健康是指生理、心理及社会适应三个方面全部良好的一种状况,而不仅仅是指没有生病或者体质健壮、健康。人们每天的工作、学习、运动都是要消耗体内能量的。为了补充能量,我们就要不断摄取食物中的能量物质,如糖、脂肪、蛋白质。这是人体的新陈代谢,是人体生命活动的基本特征之一。这就意味着生物体与环境之间持续不断地进行着物质与能量的交换。新陈代谢是由合成代谢和分解代谢两部分组成,而吃饭是为了不断从外界摄取营养物质,从而合成自身结构成分及其他物质的过程,即合成代谢;分解代谢是指体内物质和组成成分,经异化作用被分解氧化并释放能量的过程。因此,合成代谢是吸收能量,而分解代谢是释放能量,两者相辅相成。通常把生物体内物质代谢过程中所伴随的能量释放、转移、贮存和利用称为能量代谢。

人和动物不能像绿色植物那样进行光合作用,也不能像硝化细菌那样进行化能合成作用,它们只能依靠摄取外界环境中现成的有机物来维持自身的生命活动。人和动物需要摄入外界的物质(食物),并通过消化、吸收,把可利用的物质转化、合成为自身的物质;同时把食物转化过程中释放出的能量储存起来,这就是同化作用。绿色植物利用光合作用,把从外界吸收进来的水和二氧化碳等物质转化成淀粉、纤维素等物质,并把能量储存起来,也是同化作用。异化作用是在同化作用进行的同时,生物体自身的物质不断地分解变化,并把储存的能量释放出去,供生命活动使用,同时把不需要和不能利用的物质排出体外。

人体内能量的贮存形式是脂肪,脂肪在体内的异常堆积,会导致肥胖和机体不必要的负担,并可成为心血管疾病、某些癌症、糖尿病等退行性疾病的危险因素。如果人体每日摄入的能量不足,机体就会运用自身储备的能量甚至消耗自身的组织以满足生命活动的能量需要。人长期处于饥饿状态,在一定时期内机体会出现基础代谢降低、体力活动减少和体重下降以减少能量的消耗,使机体产生对于能量摄入的适应状态,此时,能量代谢由负平衡达到新的低水平上的平衡。

17.风是怎样形成的

风,摸不着,看不见,但可以感觉出来。你看树枝在摇晃,雪花在空中飞舞,有时尘土飞扬,这些都是风的踪迹、风的作用。

风是怎样形成的呢?简单地说,空气的流动便是风。夏天乘凉的时候,用扇子扇一下,便会有一股凉风扑面而来,这就是扇子强迫周围空气流动的结果。那么,空气大范围的流动,是怎么形成的呢?

原来地球表面各个地方接受太阳的热量并不一样,有的地方接受得多,空气变暖,温度升高,使得暖的空气要膨胀。相反,有的地方接受太阳的热量少,温度降低,空气变冷,冷的空气要收缩。空气跟水一样,总是由高温空气向低温空气流动。这样,空气的流动就形成风。例如冬天,室内温度高,室外温度低,一开门,高温空气与低温空气对流,立刻生成风,可使蜡烛熄灭或把火焰吹歪斜。

风的形成主要是气压差引起的,空气的流动原来是由气压梯度力推动起来的,风刮的猛烈还是微弱也是由气压梯度力的大小来决定的。各地的气压如果发生了高低的差异,也就是说两地之间存在气压梯度,气压梯度就会把两地间的空气从气压高的一边推向气压低的一边,产生空气流动,于是就产生了风。在空气的“海洋”里也有“水位差”——气压差,即两地间存在着气压梯度。水和空气都是流体,又都有重量,水平方向上两地的水或空气如果存在重力的差异,就都会产生由重力大的地方指向重力小的地方的旁压力。从这个意义上看,情况又都相像:水受到旁压力的作用从高处流向低处,水位差愈大,流速愈快;而空气也在旁压力的推动下,从气压高处流向气压低处,两地间气压差愈大,也即气压梯度愈大,空气流得也愈快,风刮得愈起劲。

人们将在空气的“海洋”里,由于存在气压梯度而产生的这种旁压力称为气压梯度力。气压梯度力是由于大气压力不均匀而作用在空气质点上的压力,其方向由高压指向低压,垂直于等压面,也可以分解成水平气压梯度力和垂直气压梯度力。显然,它的大小和气压梯度成正比。

在一定条件下冷热差异也会引起风。冷热的矛盾也可以转化为气压高低的矛盾:热空气发生膨胀,引起该区空气密度减小,结果使得单位面积上承受的空气柱重量也减小,也就是说,那里的气压降低了;相反的,一个地区冷下来的结果会引起那里气压的升高。可见,两地间如果发生了冷热的差异,就会相应地引起气压的差异,冷热差异越大,气压差异也越大。

还有地转风,是指自由大气中空气的水平等速直线运动,是指无加速度、惯性离心力不起作用情况下的运动。在这种运动中,只有水平气压梯度力和地转偏向力起作用。地转风是自由大气中水平气压梯度力和地转偏向力相平衡时的空气的水平运动。梯度风是地转风在一定条件下,转化成另一种大尺度的系统风。当地转风在圆形的气压场中时,风是作等速曲线运动。作曲线运动物体的运动轨道,都有一定长度半径,所以风在运动时,除梯度力、偏向力作用外,还要受到惯性离心力的作用,当三个力作用平衡时,有效分力为零,风沿等压曲线作惯性等速曲线运动,这就是梯度风。

18.海水为什么会是蓝色的

你站在海边,极目远望,你会看到大海是蓝色的。然而,当你舀一勺海水看看,你会发现海水既不是蓝色的,也不是白色的,海水就像自来水一样,是无色透明的。

选择吸收是物体呈现颜色的主要原因。在一定的波长范围内,若物质对通过它的各种波长的光都作等量(指能量)吸收,且吸收量很小,则称这种物质为一般吸收;若物质吸收某种波长的光能比较显著,则称这种物质具有选择吸收性。

太阳光是由红、橙、黄、绿、青、蓝、紫七种颜色的光组成的。当太阳光照射到大海上,红光、橙光这些波长较长的光,能穿透海水,并不断被海水和海里的生物所吸收。而像蓝光、紫光这些波长较短的光,虽然也有一部分被海水和海藻等吸收,但是大部分被海水反射回来了,进入我们的视线而我们看到的就是这部分被散射或被反射出来的光。海水越深,被散射和反射的蓝光就越多。所以,我们看见的大海就呈现出蓝色。通常,我们把光通过介质时,光的部分能量被介质吸收而转变成介质的内能,使得光的强度随着光穿过的厚度而衰减的现象称为光的吸收。若某种介质在一定波长范围内,对光的吸收程度很小,并且随波长变化不大,这种吸收称为一般吸收;若某种介质对某些波长的光的吸收特别强烈,且随波长变化也很大,这种吸收称为选择吸收。绝大部分物体之所以呈现颜色,都是其表面或体内对可见光进行了选择吸收的结果。

水分子对于可见光中各种波长不同的光线(指红、橙、黄、绿、青、蓝、紫)散射作用(指光束在媒质中前进时,部分光线离原来方向而分散传播的现象)的强弱不同,对于波长短的光(如绿、青、蓝等)其散射作用远比波长长的光(如红、橙色)的散射作用强。再加上散射作用的强弱与光程的长短也有关。在水层较浅时,可见光中各种波长的光几乎都能透过,散射作用也不显著。因此,虽然水是无色透明的,但当水较深时,由于散射作用显著,水就显出浅蓝绿色。水中溶有空气越多越偏绿色。水更深时会出现深蓝色甚至显黑色。海水较深时显蓝色,就是这个缘故。

人们自然会提出这样一个问题,紫光波长最短,散射和反射应当最强烈,为什么海水不带紫色呢?实验表明,人眼对紫光很不敏感,因此对海水反射的紫光视而不见。所以海水不呈现出紫色,完全是因为人眼没有如实反映情况的缘故。

19.筷子在有水的玻璃杯里为什么好像是断的

当我们把筷子插入盛水的玻璃杯中后,你会发现,筷子像是被水折断似的。这个实验告诉我们,光线在穿过密度均匀的物质(介质)时,其传播方向和速度一般保持不变;当光线倾斜地穿过密度不同的两种介质时,在两种介质接触的地方,或者叫界面,不仅传播速度发生改变,而且行进的方向也发生偏折,这就是物理学中的光折射。当光线由密度较小的物质中射入密度较大的物质中,也就是说,从疏介质进入密介质时,要向垂直于界面的法线方向偏折,即折射角小于入射角;反之,折射角会大于入射角。这就是光的折射规律。在大自然中,空气层的各部分密度是有差别的,在特殊情况下,这种密度差还很大,因此,发生光的折射和反射现象就非常正常了。

筷子在水上部分各点射出的光线沿直线直接射入人的眼睛,而筷子在水下部分各点射出的光线必须从水射入空气,在水面处发生折射后再进入人的眼睛。由于折射角大于入射角,眼睛逆着折射光线看去光线好象从实际点更高的地方射入,肉眼看到的点其实是实际点的虚像。

光从空气斜射入水(玻璃)或其他介质中时,折射光线向法线方向偏折。折射角随着入射角的增大而增大。当光线垂直射向介质界面时,传播方向不改变。但是在光的折射中,光路是可逆的。了解这个道理后我们就可以解释在灌满水的游泳池,从上面看起来比实际的要浅;斜插在水中的筷子从上面看,好像在水面处弯折了一样;到河边玩,想抓起水里的石子,结果一伸手没拿到,需要把手伸得更深一点才行。

光折射的现象在生活中还有很多,你看到过渔民叉鱼吗?如果是你,你该怎么叉到鱼呢?是根据自己眼睛的判断吗?我们来看看渔民是怎么做的,渔民在叉鱼的时候,总要叉鱼的下方,为什么?因为光由水进入空气时,会在水面发生折射,我们看到的鱼像是鱼的虚像,要比鱼的实际位置高。所以沿着看到的鱼的方向是叉不到鱼的,只有叉看到的鱼的下方才能叉到鱼。

20.天上的星星能数得清吗

晶莹闪亮、装点着夜晚星空的众多繁星,看上去杂乱无章。其实天文学家把天空中的星星,按区域划分成88个星座。其中,北部天空(以天球赤道为界)有29个星座;南部天空有46个星座,跨天球赤道南北的有13个星座。只要我们有耐心,数完一个星座里面的星星,再数下一个星座,是能数清用肉眼能看得见的星星。据天文学家计算的结果:0等星6颗;1等星14颗;2等星46颗;3等星134颗;4等星458颗;5等星1476颗;6等星4840颗……总共不超过7000颗。

如果我们借助望远镜,情况就不同了,哪怕用一台小型天文望远镜,也可以看到5万颗以上的星星。现代最大的天文望远镜能看到10亿颗以上的星星。

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