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飞行中的科学 微弱的力
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在四种力的作用下,整个宇宙维系在了一起,而重力就是其中之一。弱和强两种核力(nuclear force)只作用于原子的内部,弱核力导致了核裂变,而强核力则使原子核聚合在一起。除重力之外的另一种力我们之前也提到过,那就是电磁力,我们见识了它是如何通过带静电的铅笔将小纸屑吸起来的。电磁力也是磁铁磁力的来源,它也可以用来解释一切物体间的相互作用,比如,当你坐在椅子上,椅子会将你托住。
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我们总以为重力威力十足。毕竟在它的作用下,地球沿着环绕太阳的轨道运动,而且所有东西都被牢牢地固定在地面上。但是事实上,重力却十分微弱。就这么想吧:仅仅靠着腿部的肌肉,你就能克服重力跳起来。更有说服力的例子是用一只塑料笔或梳子上的静电荷通过电磁力将小纸片吸起来。一方面是巨大无比的地球想拖住小纸片,而另一方面是微小的电磁力想把纸片吸起来。但,重力还是败下阵来。
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飞行中的科学 陀螺仪
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加速度计是用于测量平移运动加速度的。人们使用陀螺仪测量角运动参数。这些有趣的装置时常出现在孩子们的玩具中,其主要部分是一个以极高角速度旋转的转子。最简单的陀螺仪就是一只旋转中的陀螺。当陀螺仪中的转子(或是玩具陀螺的主体)高速旋转时,它能产生巨大的角动量,这种动量能使它一直保持旋转的状态,竖直不倒而保持与地面垂直。只有在受到外力干扰的情况下,它才会停止转动。
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我们已经了解了河水在通过弯道时这种角动量守恒是如何体现的。这种守恒也体现在旋转中的溜冰者身上,当他们缩回手臂,旋转速度就会加快,因为角动量的大小是由物体的质量和它到圆心的距离决定的。因此,缩回手臂使其到圆心距离减小,为了保证角动量守恒,溜冰者旋转的速度就会随之加快。
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就陀螺仪而言,它转子的转速极其之快,获得巨大的角动量。陀螺仪一旦开始旋转,基于角动量守恒的理论,它能反抗任何改变转子轴向的力量。飞机上的陀螺装置的底座固连在飞机上,转子轴提供惯性空间的给定方向。则当飞机转弯时,仪表就相对转子轴转动,从而能给出转弯的角度和航向的指示。
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飞行中的科学 第七章 远处的风景和回到地面
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观赏远处的山脉和山峰
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无论飞机是处于自动还是手动驾驶状态,从驾驶舱望出去,窗外的景色都美得叫人窒息。在这儿,你能欣赏到在任何地方都无法看到的壮阔美景,连绵不断地山脉就是其中之一。在19世纪之前,“自然之美”这个概念还没有形成,这叫人费解。那时人们眼中的山乡野岭是荒蛮的,等待着人类去驯服。很少有人意识到,自然界中有那么多美景是值得欣赏的。就算是现在,我们也很少能看到比山脉更动人心魄的美景了,它们在阳光下闪烁着耀眼的光芒,而且只有在空中,它们的巍峨壮丽才能一览无余地展现在你眼前。
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究竟什么才能被称为山(与之相对的是丘陵)?这似乎没有准确的定义。山和丘陵在构成上并没有什么明显的差异,这时不时会引起一些争论,比如,是否可以将某个地方的旅游景点冠以“山”的名号。国际上对山的定义中有一些数据能帮助我们来区分二者,这包括它的高度,它高出当地“地平面”多少米和它的坡度,通常人们都认为山要比丘陵来得陡峭。
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按照这个标准,只有当露出地面的岩层至少高出当地海拔(比本地地平面高的区域)300米时,或至少高出海平面1000米,坡度大于5度时,或自身高度达到1500米,坡度大于2度……它们才能被称之为山。那些超过海平面2500米的,则统统被定义为山,它们的坡度和高出当地地平面的高度则可以忽略不计。在美国标准中,一座山至少要比周围的地面高出1000英尺(304.8米);而在英国标准中,当地海拔被忽略不计,那些高出海平面2000英尺(609.6米)的统统被冠上山的称号。由此可见,全世界范围内,山的划分标准是多么的不统一。英国最高峰尼维斯山仅为1344米(约4409英尺),对于这样的数字,你得把标准放宽些。
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虽然测量高度的手段越来越多,测定的结果也越来越精确,但是,时常还是会发生丘陵转为山,或山转为丘陵的案例。比如在2008年,为了配合影片《情比山高》(The Englishman Who Went Up a Hill But Came Down a Mountain)中的情节,人们用GPS重新测量了威尔士的Mynydd Graig Goch山,发现它的高度为2000英尺6英寸(约609.7米),而它原本被认为只有1998英尺,因此,它勉强挤入了山的行列。
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飞行中的科学 像山一样古老
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火山活动会形成山丘,炙热的熔岩从地底喷发出来,在地面堆积,形成一种独特的锥形构造(日本的富士山就是一个典型的例子)。不过,大多数的山丘的形成源于地壳构造板块间的碰撞挤压。地球表面是由巨大的岩石板块组成的,它们漂浮在炙热的熔岩流层之上。这些板块缓慢地移动,当两个板块撞击在一起时,它们的表面就会向上隆起,山脉就这样形成了。
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当你从阿尔卑斯山脉或其他更大型的山脉上空飞过时,你能看见冰雪覆盖的山峰,这些白雪终年不化,哪怕是在夏天。你也许会感到很奇怪,因为地球上的主要热量都来自于太阳,越接近山顶的地方离太阳越近,所以,你也许会想山顶上应该更热才对呀。的确,山顶上的太阳射线最强,这是毫无疑问的,在山顶,高指数的防晒霜必不可少,哪怕周围气温极低,被晒伤的可能仍然存在。那么,为什么山顶那么冷呢?这一切都是我们的老朋友——温室效应造成的。
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