物理常识

时间:2014-09-23 编辑:1025 手机版

  民谚俗语中的物理知识

  在日常生活中,我们经常会接触到一些民谚、俗语,这些民谚、俗语蕴含着丰富的物理知识,我们平时如果注意分析、了解一些民谚、俗语,就可以在实际生活中深化知识,活化知识,这对培养我们分析问题、解决问题的能力是大有帮助的。下面列举几例:

  1、小小称砣压千斤:根据杠杆平衡原理,如果动力臂是阻力臂的几分之一,则动力就是阻力的几倍。如果称砣的力臂很大,那么"一两拨千斤"是完全可能的。

  2、破镜不能重圆:当分子间的距离较大时(大于几百埃),分子间的引力很小,几乎为零,所以破镜很难重圆。

  3、摘不着的是镜中月 捞不着的是水中花:平面镜成的像为虚像。

  4、人心齐,泰山移:如果各个分力的方向一致,则合力的大小等于各个分力的大小之和。

  5、麻绳提豆腐--提不起来:在压力一定时,如果受力面积小,则压强就大。

  6、"真金不怕火来炼,真理不怕争辩。" 从金的熔点来看,虽不是最高的,但也有1068℃,而一般火焰的温度为800℃左右,由于火焰的温度小于金的熔点,所以金不能熔化。

  7、月晕而风,础润而雨:大风来临时,高空中气温迅速下降,水蒸气凝结成小水滴,这些小水滴相当于许多三棱镜,月光通过这些"三棱镜"发生色散,形成彩色的月晕,故有 "月晕而风"之说。础润即地面反潮,大雨来临之前,空气湿度较大,地面温度较低,靠近地面的水汽遇冷凝聚为小水珠,另外,地面含有的盐分容易吸附潮湿的水汽,故地面反潮预示大雨将至。

  8、长啸一声,山鸣谷应:人在崇山峻岭中长啸一声,声音通过多次反射,可以形成洪亮的回音,经久不息,似乎山在狂呼,谷在回音。

  9、但闻其声,不见其人:波在传播的过程中,当障碍物的尺寸小于波长时,可以发生明显的衍射。一般围墙的高度为几米,声波的波长比围墙的高度要大,所以,它能绕地高墙,使墙外的人听到;而光波的波长较短(10-6米左右),远小于高墙尺寸,所以人身上发出的光线不能衍射到墙外,墙外的人就无法看到墙内人。

  10、开水不响,响水不开:水沸腾之前,由于对流,水内气泡一边上升,一边上下振动,大部分气泡在水内压力下破裂,其破裂声和振动声又与容器产生共鸣,所以声音很大。水沸腾后,上下等温,气泡体积增大,在浮力作用下一直升到水面才破裂开来,因而响声比较小。

  11、猪八戒照镜子--里外不是人:根据平面镜成像的规律,平面镜所成的像大小相等,物像对称,因此猪八戒看到的像和自已"一模一样",仍然是个猪像,自然就"里外不是人了"。

  12、水火不相容:物质燃烧,必须达到着火点,由于水的比热大,水与火接触可大量吸收热量,至使着火物温度降低;同时汽化后的水蒸气包围在燃烧的物体外面,使得物体不可能和空气接触,而没有了空气,燃烧就不能进行。

  13、洞中方一日,世上已千年:根据爱因斯坦的相对论,在接近光速的宇宙飞船中航行,时间的流逝会比地球上慢得多,在这个"洞中"生活几天,则地球上已渡过了几年,几十年,甚至几百年,几千年。

  14、千里眼,顺风耳 :人们利用电磁波传送声音和图像信号,使古代神话中的"千里眼,顺风耳"变为现实。并且人类的视野已远远超过了"千里"。

  15、坐地日行八万里:由于地球的半径为6370千米,地球每转一圈,其表面上的物体"走"的路程约为40003.6千米,约8万里。这是毛泽东吟出的诗词,它还科学的揭示了运动和静止关系--运动是绝对的,静止总是相对参照物而言的。

  16、釜底抽薪:液体沸腾有两个条件:一是达到沸点,二是继续吸热。如果"抽薪"以后,便能制止液体沸腾。

  17、墙内开花墙外香:由于分了在不停的做无规则的运动,墙内的花香就会扩散到墙外。

  18、坐井观天 所见甚少:由于光沿直线传播,由几何作图知识可知,青蛙的视野将很小。

  19、如坐针毡:由压强公式可知,当压力一定时,如果受力面积越小,则压强越大。人坐在这样的毡子上就会感觉极不舒服。

  20、瑞雪照丰年:由于雪是热的不良导体,当它覆盖在农作物上时,可以很好的防止热传导和空气对流,因此能起到保温作用。

  21、"霜前冷,雪后寒。" 在深秋的夜晚,地面附近的空气温度骤然变冷(温度低于0℃以下),空气中的水蒸气凝华成小冰晶,附着在地面上形成霜,所以有"霜前冷"的感觉。雪熔化时要需吸收热量,使空气的温度降低,所以我们有"雪后寒"的感觉。

  22、"一滴水可见太阳,一件事可见精神。" 一滴水相当于一个凸透镜,根据凸透镜成像的规律,透过一滴水可以有太阳的像,小中见大。

  23、鸡蛋碰石头--自不量力鸡蛋碰石头,虽然力的大小相同,但每个物体所能承受的压强一定,超过这个限度,物体就可能被损坏。鸡蛋能承受的压强小,所以鸡蛋将破裂。

  24、纸里包不住火纸达到燃点就会燃烧。

  25、有麝自然香,何须迎风扬气体的扩散现象。

  26、玉不琢不成器玉石没有研磨之前,其表面凸凹不平,光线发生漫反射,玉石研磨以后,其表面平滑,光线发生镜面反射。

  27、"扇子有凉风,宜夏不宜冬。" 夏天扇扇子时,加快了空气的流动,使人体表面的汗液蒸发加快,由于蒸发吸热,所以人感到凉快。

  28、"人往高处走,水往低处流。" 水往低处流是自然界中的一条客观规律,原因是水受重力影响由高处流向低处。

  29、水缸出汗,不用挑担——水缸中的水由于蒸发,水面以下部分温度比空气温度低,空气中的水蒸气遇到温度较低的外表面就产生了液化现象,水珠附在水缸外面.晴天时由于空气中水蒸气含量少,虽然也会在水缸外表面液化,但微量的液化很快又蒸发了,不能形成水珠.而如果空气潮湿,水蒸发就很慢,水缸外表面的液化大于汽化,就有水珠出现了.空气中水蒸气含量大,降雨的可能性大,当然不需要挑水浇地了。

  30、下雪不寒化雪寒——雪是高空中的水蒸气凝华或水滴凝固形成的,凝华、凝固都是放热过程,化雪是融化过程,要吸热。

  31、雪落高山,霜降平原——下雪天,高山气温低于山下平地气温,下到高山的雪不易融化,而下到平地的雪易及时融化.所以下同样的雪,高山上比平地多.霜是地面上的水蒸气遇冷凝华的结果,山下平地表面上的水蒸气比高山上多,故平地易摻禂霜,而高山不易形成霜。

  32、冰冻三尽,非一日之寒——水的温度在0℃~4℃之间是热缩冷胀,4℃时水的密度最大.当整个水温都降到4℃时,水的对流停止.气温继续下降时,上层水温降到 4℃以下,密度减小不再下沉,底层水温仍保持4℃,上层水温降到0℃并继续放热时,水面开始结冰.由于水和冰是热的不良导体,光滑明亮的冰面又能防止幅射,因此,热传递的三种方式都不易进行,冰下的水放热极为缓慢,结成厚厚的冰,当然需要很长时间的天寒。

  33、火场之旁,必有风生——火场附近的空气受热膨胀上升,远处的冷空气必将来填充,冷热空气的流动形成风。

  34、一石击破水中天——平静的水面如一块平面镜,可看到天的像,石块投入水中破坏了平静的水面,形成层层水波,水中天的像也就被击破了。

  35、瞎子点灯白费蜡——人们能看到世上万事万物,是因为太阳光或用来照明的光照射在物体上被物体反射后的光线进入人眼,反射光线进入不了瞎子眼中,所以瞎子看不见物体。

  36、早虹雨滴滴,晚虹晒脸皮——我国的降雨云大都是由西向东移动的,早晨看到的虹,是东方射来的太阳光照在西方的天空降雨层的水滴上形成的西虹,显然,西虹是本地天气将要降雨的预示.相反,傍晚看到的虹是西方射来的阳光照在东方天空降雨层的水滴上而形成的东虹,它预示着西方天空已没有降雨云了,天气必然是晴朗的。

  37、朝霞不出门,晚霞走千里——(参考上则)

  38、虹高日头低,早晚披蓑衣——当“日头低”时,太阳光线和地平线是非常接近的,这时出现虹,虹心必然亦接近地平线,在地面上可以看到虹的半个圆弧.若此时空气中水滴很多,分布的空间很广,那么除了可以看到虹外,还可以看到霓,霓顶的半圆弧比虹高且接近天顶,也预示着降雨云已经移近天顶,本地很快就有暴雨下降。

  39、照相的底片——颠倒黑白——照相机是应用物体放在凸透镜两倍焦距以外,成倒立缩小的实像原理制成的,故照相底片上的像与人是颠倒的.底片上涂有感光剂,人照相时,由于浅色部位反射光的能力强,反射光进入相机的暗箱与底片上的感光剂发生了光化作用,而深色部位由于吸收光的能力强,只有很少的反射光射入底片.这样浅色部位在胶片上感光强,深色部位感光弱.胶片冲洗时,感光弱的部位的感光剂基本冲洗掉,所以呈浅色,而感光强的部位由于发生了光化反应冲不掉,所以呈深色。

  40、磨刀不误砍柴工——减小受压面积增大压强

  41、鸡蛋碰石头——自不量力——鸡蛋碰石头,虽然力的大小相同,但每个物体所能承受的压强一定,超过这个限度,物体就可能被损坏。鸡蛋能承受的压强小,所以鸡蛋将破裂。

  42、一只巴掌拍不响——力是物体对物体的作用,一只巴掌要么拍另一只巴掌,要么拍在其它物体上才能产生力的作用,才能拍响。

  43、四两拨千斤——杠杆的平衡条件,增大动力臂与阻力臂的比,只需用较小的动力就能撬起很重的物体。

  44、水银落地——无孔不入——水银的密度大于组成地面各物质的密度,水银又具有流动性,故它总是沉在其它物质的下面。

  45、泥鳅黄鳝交朋友——滑头对滑头——泥鳅黄鳝的表面都光滑且润滑,摩擦力小。

  46、鸡蛋碰石头——完蛋——蛋壳承受的压强远小于石头能承受的压强,鸡蛋碰石头,鸡蛋先破。

  47、大船漏水——有进无出——液体内部存在压强,船破后,船外的水被压进船内,直到船内外水面相平,此刻船内的水也不会向外流。

  48、水上的葫芦——沉不下去——葫芦的密度小于水的密度,故只能漂浮在水面上

  l 物理常识

  牛顿:牛顿三大定律

  胡克:胡克定律

  牛顿:万有引力定律,卡文迪许用纽秤实验证实,并测定了G

  伽利略:“摆”的等时性

  玻意尔、查理、盖吕萨克定律

  库仑:库仑定律

  密立根:油滴实验

  法拉第:电场线模型

  欧姆:欧姆定律、闭合电路欧姆定律

  奥斯特:电流磁效应

  楞次:楞次定律

  法拉第:电磁感应,并发明了第一台发电机

  麦克斯韦:电磁场理论,预言电磁波的存在。赫兹实验证明,并测出了电磁波的速度

  牛顿:光的微粒说

  惠更斯:光的波动说

  托马斯杨:杨氏双份干涉

  汤姆生:发现电子

  卢瑟福:根据阿尔法粒子散射实验,提出了原子的核式结构

  玻尔:玻尔理论,建立了原子的玻尔模型

  贝克勒尔:发现了原子的天然放射现象,发现了放射性元素“铀”;

  居里夫妇发现了“钋”“镭”

  卢瑟福:发现了质子

  查德威克:发现了中子

  约里奥居里和伊丽芙居里夫妇发现了放射性同位素“正电子”

  爱因斯坦提出了“相对论”和质能方程:E=mc^2

  1、跳远运动员都是先跑一段距离才起跳,这是为什么?

  答:利用惯性,跳起后身体还要保持原来的速度向前运动以增大跳远的距离,所以运动员先跑一段距离才起跳。

  2, 锯,剪刀,斧头,用过一段时间就要磨一磨,为什么?

  答:锯,剪刀,斧头,用过一段时间就要磨一磨是为了使它们的齿或刀锋利而减小受力面积,使用时用同样的力可增大压强。

  3, 把塑料衣钩紧贴在光滑的墙壁面上就能用它来挂衣服或书包。这是什么道理?

  答:塑料挂衣钩紧贴在墙面上时,塑料吸盘与墙壁间的空气被挤出,大气压强把塑料吸盘紧压在墙壁上。挂衣服或书包后,塑料吸盘与墙壁产生的磨擦力 以平衡衣服或书包的重力,所以能挂住衣服或书包。

  4, 为什么发条拧得紧些,钟表走的时间长些?

  答:发条拧得紧些,它的形变就大些,因此具有的弹性势能就多些,弹性势能转化为动能就多些,就能推动钟表的齿轮做较多的功,使钟表走的时间长些。

  5, 钢笔吸水时,把笔上的弹簧片按几下,墨水就吸到橡皮管里去了 是什么原因?

  答:按下弹簧片时,橡皮内的一部分空气被挤出,放手后因橡皮管要恢复原状使管内空气压强低于管外大气压强,墨水被管外大气压强压进水管内。

  6, 用高压锅煮饭菜比用普通锅煮饭菜熟得快,为什么?

  答;因为水的沸点与压强有关,压强增大,沸点升高,煮饭菜时高压锅的气压比普通锅内的气压高,所以水沸腾时高压锅内的温度高于普通锅内的温度,温度越高,饭菜越快熟。

  7, 你在皮肤上擦一点酒精会有什么感觉?这说明什么问题?

  答:在皮肤上擦一点酒精,就会感到凉,这是因为酒精蒸发时,从身体吸收了热量,使皮肤的温度降低感到凉。

  8, 用久了的白炽灯泡会发黑,为什么?

  答:因为钨丝受热产生升华现象,然后钨的气体又在灯泡壁上凝华的缘故,所以用久了的白炽灯泡会发黑。

  9,冬天,人在感觉手冷的时候,可以用搓手的办法使手变热,也可以把手插进裤袋里使手变热,这两种办法各是通过什么方式使手得到热量的?

  答:搓手通过做功得到热;手插进裤袋用体温把手暧热,这是通过热传递得到热。

  10, 试用分子运动论的知识解释蒸发在任何温度下都能发生。

  答:在任何温度下,分子都在不停地做无规则运动,液体分子中总有一些分子的速度大到能克服液面其他分子的吸引跑到液体外面去,成为气体分子,液体变成气体。

  11, 喝开水时,如果感到热开水烫口,一般都向水面吹气,这是什么缘故?

  答:这是因为液体蒸发时温度会降低,也就是说液体蒸发有致冷作用。向水面吹气,可以加快水面上的空气流动,液体表面上的空气流动得越快,蒸发也就越快,这将就会加快水温度降,使热开水不会烫口。

  12, 冬天人们从外面进屋后,总喜欢用口对着双手哈气,,同时还爱两手相互摩擦,这是为什么?

  答:冬天室外很冷,人的双手总是裸露,而人口呼出的气温近于人的体温,对手哈气,可使手吸收口中呼出的气的热量;双手互相摩擦,摩擦力做功,增加手的内能,都可以使手变得温暖。

  13, 在北方的冬天,戴眼镜的人从室外走进暖和的室内后,镜片上会出现一层小水珠,为什么?

  答:冬天,眼镜片在室外是冷的,进入暖和的屋子里后,屋子空气中含有的水蒸气遇到冷镜片后液化(凝结)成小水珠,附着在镜片上。

  14, 手分子运动论的理论解释:在长期堆放煤的地方,有很厚的一层土层都是黑的。

  答:因为煤是黑色的,煤分子在永不停息地作无规则的运动,土层变黑就是因为煤分子扩散进去的结果;

  15, 安装照明电路时,如果装保险丝时拧得不紧,往往容易熔断。为什么?

  答:如果保险丝拧得不紧,保险丝和接线柱的接触电阻就会增大,通电时,保险丝和接线柱的接触部分冰会发热,时间长了就容易熔断。

  16, 电工检修电路时,使用有木柄或者柄上套着橡胶套的工具,并且常常站在干燥的木凳上,为什么?

  答:木柄,橡胶套和干燥的木凳都是绝缘体,能避免电路中的电流通过人体流入大地,即能避免电工触电。

  17, 电炉丝热得发红,但跟电炉丝连接的铜导线都不怎么热,为什么?

  答:因为铜导线和电炉丝串联,根据Q=I2Rt,通过的电流是相等的,但铜导线电阻比电炉丝的电阻小得多,所以电炉丝热得发红,而铜导线却不怎么热。

  18, 保险丝在什么情况下起作用?它保护了什么?

  答:保险丝串联在电路中,当电流超过一定值时,保险丝自动熔断,切断电源,从而保护用电器和电路。

  19, 右图是一防讯报警器的原理图,K是触开关,B是一个漏斗形的竹片圆筒,里面有个浮子A,试说明它的工作原理。

  答:水位上涨超过警 线时,浮子A上升,使控制电路接通,电磁铁吸下衔铁,于是报警器指示灯电路接通,灯亮报警。

  20, 右图是温度自动报警器的原理图。试说明它的原理。

  答:当温度升高到一定值时,水银温度计中水银面上升到金属丝处,水银是导体。因此将电磁铁电路接通,电磁铁吸引弹簧片2,使电铃电路闭合,电铃响报警,当温度下降后,水银面离开金属丝,电磁铁电路断开,弹簧片2回原状,电铃电路断开,电铃不再发声。

  22,请说出压力和压强的区别和联系。

  答:垂直作用在物体表面上的力叫压力;物体在单位面积上受到的压力叫做压强,这是压力和压强的区别;由于P=F/S,F可得F=PS,这是它们的联系。

  生活中的物理小常识

  生活小常识(一)

  跳高运动员为什么要助跑?

  跳高运动员能腾起越过横杆,靠的是助跑的惯性力和起跳蹬地的支撑反作用力。由于惯性力的方向是水平向前的,而支撑反作用力是垂直(或近似垂直)向上的,所以起跳后的身体重心沿着一个抛物线轨迹运动。这个抛物线轨迹的高度,取决于起跳时腾起初速度和腾起角的大小,也就是说,腾起初速度和腾起角是增加跳高高度的关键。一般说来,应该尽可能增大这两项数值。最大腾起角为90度。然而,由于跳高不是单纯的垂直向上运动,越过横杆还必须有一个向前的力量;再则,还须充分利用水平速度来增大腾起初速度,因此,腾起角应小于90度。至于腾起初速度,则和运动员的素质和技术的熟练程度密切相关。腾起初速度越大,跳得就越高。当腾起角一定时,腾起初速度是起决定作用的。

  为什么可以用吸管“喝”汽水?

  这是生活中常见的现象,在嘴还没有从管内吸气时,管内外液面是相平的。这时,管内外液面上的气体压强相等;在嘴从管内吸气时,管内气体减少,管内液面上的压强也减少,这时管子内液面上的气体压强小于管外作用的液面上的大气压。所以,我们说这个现象的原因是大气压作用的结果。喝汽水时,首先要将管子插入汽水里,当嘴吸气里,管内便有一部分气体被吸进嘴里,便造成了管内剩余气体体积变大,压强变小,且小于管外的大气压,因而在管外大气压的作用下,汽水便沿管子上升,被吸进嘴里。

  暖水瓶为什么能保温?

  热的传递方式有三种:热对流,热传导,热辐射。热的对流主要发生在液体和气体之间,热流上升,冷流下降,通过不断循环达到动态平衡,热的传导发生在热的导体上,热从高温的一端向低温一端传导,热的辐射不需要媒介,它通过辐射的方式向低温处传热。暖水瓶的瓶胆与外壳之间是空气,空气是热的不良导体,热传导降低了许多,瓶胆内部光滑如镜,降低了辐射,所以暖水瓶能保温。

  熟鸡蛋在冷水里浸一下就容易剥壳?

  要弄清这个问题,我们首先必须知道水在这一过程中起什么作用?在我们所遇到物质中,除少数几种以外,大多数都有“热胀冷缩”这样一种物理特性。但是,各种物质的伸缩程度又各不相同。鸡蛋是由于硬的蛋壳和软的蛋白、蛋黄组成的,它们的伸缩情况也不一样。在温度变化不大或温度变化均匀时,还显不出什么,但一到温度剧烈变化时,蛋白和蛋壳的步调就不一致了,当煮得滚热的鸡蛋骤然浸到冷水里时,冷水使它的温度发生很大的变化。蛋壳猛然收缩。蛋白还处在原有温度没缩小体积,这时候就有一部分蛋白被蛋壳挤压进蛋的空头处,随后,蛋白又因温度渐渐降低,也逐渐收缩,由于蛋白、蛋壳和蛋黄的收缩程度不同,这就形成了蛋白与蛋黄的脱离。因此,剥起来就不会连蛋壳带肉一起下来了。

  生活小常识(二)

  电梯上的特殊感觉

  “超重”和“失重”是两种物理现象,地球上任何事物都受重力的作用。如果有力使物体克服重力作向上加速运动,那么就会呈现超重现象。如果物体沿着重力作向下加速运动,就会呈现失重现象。

  触电的人是被电"吸"住了吗

  常听人们有这种说法:触电时人被电吸住了,抽不开。

  实际上这个说法是错误的。我们知道,不论是否存在电流,在一般情况正导线中、电器中的正、负电荷的电量是相等的,对外的静电作用是相互抵消。即使局部地方偶尔出现少许正、负电荷但不相等,其静电引力也是微不足道的。但是问题出现了,人手触电时,为什么有时不把手抽回来?难道不想抽回来?显然是被吸住了抽不回来。对这一提问可用电流的生理效应来解释。

  人手触电时,由于电流的刺激,手会由痉挛到麻痹。即使发出抽回手的指令,无奈手已无法执行这一指令了。调查表明,绝大多数触电死亡者,都是手的掌心或手指与掌心的同侧部位触电。刚触电时,手因条件反射而弯曲,而弯曲的方向恰使手不自觉地握住了导线。这样,加长了触电时间,手很快地痉挛以致麻痹。 这时即使想到应松开手指、抽回手臂,已不可能,形似被"吸住"了。 如若触电时间再长一点,人的中枢神经都已麻痹,此时更不会抽手了。 这些过程都是在较短的时间内发生的。

  如手的背面触电,对一般的民用电,则不容易导致死亡,有经验的电工为了判断用电器是否漏电而手边又无验电笔,有时就用食指指甲一面去轻触用电器外壳。若漏电,则食指将因条件反向而弯曲,弯曲的方向又恰是脱离用电器的方向。这样,触电时间很短,不致有危险。当然,电压很高,这样作也会发生危险。

  空气和太阳光

  为了解释这种物理现象,首先简单了解一些空气和太阳光的知识。空气是在地球外面包裹着的一层“防弹衣”,保护着地球上生物不受紫外线的照射。空气并不是空的,是由很多的微粒组成。其中99%是氮气和氧气,其余则是别的气体(如二氧化碳、惰性气体等)、小水滴和来源于工厂的粉尘、风中的扬沙、火山爆发的岩灰等漂浮微粒。但是空气的成分并不是固定的,这依赖于所在的位置、天气和其他的不固定因素(如森林、海洋以及火山爆发和污染的严重与否)。

  光是能量以电磁波传播的一种方式,在真空中的传播速度为每秒30万千米。光和其他波(比如声波)不同的是具有波粒二象性。这是因为光是由一种无质量的粒子——光子组成,所以光不但具有波的特性,还有粒子的特性。光传递能量的大小与光的频率成正比,而光的频率正好决定其颜色。但我们的眼睛只能看到其中特定频率范围内的光,称之为可见光,频率过高(紫外线)和过低(红外线),我们都看不见。

  对于太阳光,牛顿首先用三棱镜发现其中包含着赤、橙、黄、绿、蓝、靛和紫7种颜色。可以用一个小实验(如图1所示)即可观察到“七彩阳光”。取装入水的玻璃缸放在房子中阳光入射的地方,然后在水中放一面小镜子,用一张白纸接收从盆中小镜子反射的光,根据光的折射原理,即可从白纸上看到一个漂亮的人造彩虹。在7种不同的光中,红光波长最长(频率最低),紫光波长最短(频率最高)。我们肉眼所看到的是它们的混合结果。

  天空为什么是蓝色的

  除非有外界干扰,光都是以直线传播的。当光在空气中传播时,不可避免要遇到空气中的气体分子和其他微粒。这些微粒对光有吸收、反射和散射等物理作用,正是这些物理作用使得晴日里天空成为蔚蓝色。

  正确解释天空为什么是蓝色始于1859年。科学家泰多尔首先发现蓝光要比红光散射强得多,这就是“泰多尔效应”。几年之后,科学家瑞利更详细地研究了这种现象,他发现散射强度与波长的4次方成反比。后来,更多科学家称这种现象为“瑞利散射”。瑞利散射很容易通过下面一个小实验来验证(如图2所示):用一个盛满水的水杯,然后往水杯中滴入几滴牛奶,用手电筒做光源,从水杯的一侧照射,从水杯的另一侧看到的是红光,而从垂直于光线的方向看到的却是蓝色(在黑暗处效果更明显)。

  当时,泰多尔和瑞利都认为天空的蓝色是由于空气中有小的粉尘微粒和小水滴所致,这些小的粉尘微粒和小水滴就类似于水中的牛奶悬浮颗粒。即便今天,也有许多人这样认为。事实上并非如此,如果天空完全是由于小的粉尘微粒和小水滴引起的,那么天空的颜色将随着湿度而变,事实上天空的颜色随着湿度的变化非常小,除非下雨或者乌云密布。后来科学家猜测用空气中的氮气和氧气分子足以解释天空中的“泰多尔效应”。这种猜测最终被爱因斯坦所证实,他对这种散射效应作了详细的计算,并且计算结果与实验相符合。

  我们所看到的蓝天是因为空气分子和其他微粒对入射的太阳光进行选择性散射的结果。散射强度与微粒的大小有关。当微粒的直径小于可见光波长时,散射强度和波长的4次方成反比,不同波长的光被散射的比例不同,此亦成为选择性散射。当太阳光进入大气后,空气分子和微粒(尘埃、水滴、冰晶等)会将太阳光向四周散射。组成太阳光的红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫7种光中,红光波长最长,紫光波长最短。波长比较长的红光透射性最大,大部分能够直接透过大气中的微粒射向地面。而波长较短的蓝、靛、紫等色光,很容易被大气中的微粒散射。以入射的太阳光中的蓝光(波长为0.425μm)和红光(波长为0.650μm)为例,当光穿过大气层时,被空气微粒散射的蓝光约比红光多5.5倍。因此晴天天空是蔚蓝的。但是,当空中有雾或薄云存在时,因为水滴的直径比可见光波长大得多,选择性散射的效应不再存在,不同波长的光将一视同仁地被散射,所以天空呈现白茫茫的颜色。

  如果说短波长的光散射得更强,你一定会问为什么天空不是紫色的。其中一个原因就是在太阳光透过大气层时,空气分子对紫色光的吸收比较强,所以我们所观测到的太阳光中的紫色光较少,但并不是绝对没有,在雨后彩虹中我们很容易观察到紫色的光。另外一个原因和我们的眼睛本身有关。在我们的眼睛中,有3种类型的接收器,分别称之为红、绿和蓝锥体,它们只对相应的颜色敏感。当它们受到外界的光刺激时,视觉系统会根据不同接受器受到刺激的强弱重建这些光的颜色,也就是我们所看到物体的颜色。事实上,红色锥体和绿色锥体对蓝色和紫色的刺激也有反映,红锥体和绿锥体同时接受到阳光的刺激,此时蓝锥体接收到蓝光的刺激较强,最后它们联合的结果是蓝色的,而不是紫色的。

物理常识相关推荐