中华学生百科全书-第511章
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伽利略的思考
著名的意大利物理学家、天文学家、数学家伽利略，从小就喜欢观察和
思考。在他 18 岁那年，有一次到教堂去做礼拜。他注意到屋顶上挂的那些摇
摆不定的吊灯的灯绳都一样长。他用自己的脉搏跳动的次数来测量吊灯的摆
动时间，发现尽管有的灯摆动幅度大，有的灯摆动幅度小，但是它们摆动一
次的时间都相等。这一发现引起伽利略的思考：是不是其他摆动也跟吊灯的
相似，摆动一次的时间跟幅度大小没关系？吊灯的轻重不影响摆动一次的时
间长短吗？……
回去以后，伽利略找了些长短不同的绳子和轻重不同的石头，他用绳子
系住石头做成摆，研究摆动的规律。他发现：摆动一次的时间，只由绳的长
短来决定，不但跟摆动幅度的大小没有关系，而且跟石头的轻重也没有关系；
只要摆绳的长度一定，摆动一次的时间就一定。
伽利略发现的摆动规律叫摆的等时性，被后来的科学家利用来制造带摆
的时钟。
想一想：伽利略是怎样发现摆的等时性的？你平时生活、学习、工作等
方面有什么规律性，你能发现和总结一下吗？
哈哈镜
当你走进哈哈镜陈列室，就会看到，人们都对着镜子，哈哈大笑。你如
果挤过去，站在镜子跟前，看到自己的模样是那样滑稽，你也会笑个不停。
你知道哈哈镜为什么能把人照成那副模样吗？你不妨先凑近光亮的纽
扣、电镀的小勺、灯泡、表壳、罐头盒等等。你的鼻子可能被照得很大，也
可能被照得很小，这就要看上述物体表面是凹的还是凸的了。哈哈镜的表面
是凹凸不平的，你现在该知道哈哈镜的奥秘了吧？
如果你在肥皂水中加些甘油或糖，吹起一个大的肥皂泡。调整你和肥皂
泡的距离，你会从前部的凸面上，看到自己正立的像，而在肥皂泡后部的凹
面上看到自己倒立的像。
七色光之外
人们通常所说的七色光，是指红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫。在七色光
之外，还有其他颜色吗？
人们对颜色的感觉包括两方面的内容：一是色相，即太阳光按波长不同
而呈现出七色光；二是饱和度，即我们平时所说的颜色的深浅程度。
人们对颜色感觉的了解，除了七色光之外，还包括许多深浅不同的颜色。
它是由纯色和白色混合而形成的。如深绿、中绿、浅绿、鹅黄、湖蓝、橄榄
绿、奶油色……
正是由于色相和饱和度的同时存在，才使世界变得五光十色，多姿多彩，
你说对吗？
可见光和可听声
一个健康的人从降生到人间以后就感觉到声和光，但是他并不能看到所
有波长的光，也不能听到所有频率的声。比如，蝙蝠能听到蚊子的叫声，人
却听不到；导弹能根据飞机尾部发热产生的红外光线而追踪目标，可是人却
看不见。那么可见光的范围多大呢？
可见光的波长在 4000 埃到 7600 埃之间，人最敏感的光线是波长为 5500
埃的黄绿光。波长小于 4000 埃的是紫外光，波长大于 7600 埃的是红外光。
可听声的频率范围是在 20 赫到 2 万赫，高于 2 万赫的声波称为超声波，
低于 20 赫的声波称为次声波。
“超声”和“超音”
“声”和“音”难分难解，如果仔细琢磨一下，它们是“发生”和“接
收”的关系：由一方发出了“声”，另一方感受到“音”的大小和高低。那
么“超声”和“超音”是不是一回事呢？
“超声”和“超音”是截然不同的两回事，原因是它们省略了两个关键
的字：“超声”应该说是“超声波”，而“超音”应该说是“超音速”。
超声波是指频率大于 2 万赫的声波，也就是超出人的耳朵所能感觉到的
声音范围。例如，这种超声波在空气中传播速度为 340 米／秒，那么 2 万赫的
超声波的波长可以求得：
340
λ = = 1。7×102 = 1。7厘米
20×103
可见，超声波的波长比可听声的波长要短。它就具有较强的穿透力。在
日常生活中可以用来“超声清洗或消毒”，也可以用它的定向性制造“超声
雷达”。
但是，“超音速”是指一个物体的运动速度超过声音在空气中的传播速
度。在飞机设计中，飞机的速度就是用马赫数来表示的。马赫数 M＝1 表示速
度等于音速，M＞1 为超音速，M＜1 为亚音速。当一个超音速飞机飞过上空时，
我们都有这样的经验：当听到飞机的声音传到耳朵时，抬头一看，飞机已经
飞向前方老远了，这就是声音的传播速度滞后于飞机的速度的缘故。
由《梁祝》想起的
你一定听过协奏曲《梁祝》，尖细的音调模仿出祝英台的唱腔；而深沉
的音调模仿出梁山伯的唱腔。
类似这样用乐器模仿人的演唱的例子很多。比如，唢呐也可以模仿河北
梆子的唱腔，还有一种特制的胡琴，可以模仿京剧演唱。
但是，你是否发现，不管演奏家的演技多么高超，总还是与真人唱得不
一样。这是为什么呢？
这是因为乐器只能在基频、节奏上与真人的演唱保持一致，却不能在整
个声波的波形上、在更丰富的音色上和演员的唱腔一致。所以无论如何只算
得上是一种“模仿”而已。
圣诞蛋
人们只听说过“圣诞树”，还没听说过“圣诞蛋”。事情是这样的：圣
诞节夜晚要开一个联欢会，老师要求每个同学准备一样东西来布置会场。同
学们议论纷纷，有的准备挂一条彩带，有的准备挂一帘壁毯，也有的准备放
一只圣诞老人的靴子。小栋和小茜在那里偷偷商量，准备来一个绝的。到了
圣诞节晚会，只见正中央的桌子上放着一只大的金鱼缸，从缸外往里看，只
见缸中水草飘逸，还有许多画着各种图案的彩蛋，在水中沉浮漂落。奇怪的
是那些彩蛋既不漂在水面，也不沉到水底，而是像鱼儿一样，悬在各个位置，
让人看了，真是赏心悦目。你知道小栋和小茜是怎样让彩蛋悬在水中的？
答：配制一定浓度的盐水，使其比重与彩蛋比重一样，这样彩蛋就悬在
水中了。
万有引力
不但地球对它周围的物体有吸引作用，而且任何两个物体之间都存在这
种吸引作用。物体之间的这种吸引作用普遍存在于宇宙万物之间，故称为万
有引力。
万有引力是由于物体具有质量而在物体之间产生的一种相互作用。它的
大小跟物体的质量以及两个物体之间的距离有关。物体的质量越大，它们之
间的万有引力就越大；物体之间的距离越大，它们之间的万有引力就越小。
通常两个物体之间的万有引力极其微小，难以察觉它，可以不予考虑。
比如，两个质量都是 60 千克的人，相距 0．5 米，他们之间的万有引力还不足
0．01 牛顿，而一个蚂蚁拖动细草梗的力竟是这个引力的 100 倍。
但是，在天体系统中，由于天体的质量很大，万有引力就起着决定性的
作用。太阳系中的 9 大行星绕太阳旋转而不离去，就是由于万有引力的作用。
银河系里的球状星团——由上百万个恒星聚在一起并呈球状的恒星集合体—
—聚集不散，也是由于万有引力作用的结果。
在天体中质量还算很小的地球，对其他物体的万有引力已经具有很大的
影响，它把人类、大气和所有地面上的物体都束缚在地球上，它还使月球和
人造地球卫星绕地球旋转而不离去。重力就是地面附近的物体受到地球的万
有引力而产生的。
大约 300 年前，牛顿综合了当时的天文学和力学成就的基础上，发现了
万有引力定律，揭示了自然界中一种基本的相互作用力。
月球上的奥运会
如果下一届奥运会在月球上举行的话，那么奥运会的大部分纪录都将刷
新，你知道为什么吗？
根据万有引力公式：可得到
g2 = M2 r1
（ ）2
g1 M1 r2
其中，M2，r2和 g2分别表示月球的质量、半径和月球表面的重力加速度；
M1，r1；和 g1；分别表示地球的质量、半径和地球表面的重力加速度。
已知：地球质量是月球质量的 81 倍，地球半径是月球半径的 3．7 倍，所
以：
1
g2 = M2 r1
M1 r2
（ ）2 g1 = 81（3。7）2 g1≈ 1g1
6
1
也就是说：月球表面的重力加速度相当于地球表面重力加速度的 。
6
由于人的能量和潜力是固有的，但是原来 180 公斤的杠铃，现在只相当
于 30 公斤重的杠铃，于是举重项目纪录要翻上几番；由于人本身的重量也减
轻了，跳高、跳远的纪录也都将刷新纪录。
但是，也有的项目难以刷新纪录。比如游泳，月球上根本没有水；又如
自行车比赛，月球上土质疏松，无法依靠摩擦力而使自行车飞驰。
当一次相扑运动员
日本的相扑可称为一绝，世界上像这样斯文的格斗固然少见，就是相扑
运动员的身材也实在令人惊叹。
你是否想领略一下相扑运动员自身的体验？那么，如果你能到木星上，
你就会成为一个名副其实的相扑运动员。比如，你的质量是 60 千克，在木星
上，你的体重将会是多少呢？（木星的质量是地球的 320 倍，木星的直径是
地球的 11 倍）
答：根据万有引力的公式：
F = f m·M
（1）
r2
由此，地球上的引力（即物体所受到的重力）：
F1 = mg1 = f m·M1 （2）
R1 2
其中，M1为地球质量，r1为地球半径，g1为地球表面的重力加速度。
相应的，对于木星
F2 = mg2 = f m·M2 （3）
r2 2
其中，M2为木星质量，r2为木星半径，g2为木星表面的重力加速度。
由（2）、（3）式，得：
g2 = M2 ·（r2 ）2
r1
g1 M1
M2 r1 1
已知： = 320 ， =
M1 r2 11
g2 1
所以，
g1 = 320（11）2 = 2。65
又 g1�
