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第7章 “朝霞不出门,晚霞行千里”——出门碰到的学问(3)

促使云层降雨的方法大概可分成三种:第一种是在云层里适度地播撒干冰。在云层里撒下干冰之后,温度会很快地下降,空气中所含的水汽就会凝结,最后因为质量大而往下掉,就变成了雨水。第二种是在云层中播撒碘化银、钠、镁、气化钙等化学物质,这些物质能促使水汽凝结成小水滴,等到小水滴越来越大,就成为降雨了。第三种是利用飞机载水,然后直接自空中洒下来。你认为这样很不科学吗?其实这样做的目的,是让云层里原有的小水滴吸收其他的水汽而变得更大,从而降下较多的雨。

六、高楼大厦旁力为何风特别大?

在城市里。即使天气风和日丽,但当我们从两座高楼大厦之间经过时。还是会明显感觉到风的存在。我们把这种风称为“穿堂风”。有的时候,穿堂风的风力相当大,而且风向也极不规则,从东南西北四个方向都可能吹来,甚至还会从上方或者是下方吹来,给人们一个突然袭击。

为什么在高楼之间会产生这种很不规则的风呢?

我们知道,空气总是在不停流动的,只是有时候我们感觉不到罢了。当气流在前进的过程中通过高楼之间的夹缝时,会突然加快流速,这是夹缝的狭长形状造成的;同时,气流在遇到高楼的阻碍时,就会被迫改变方向。再加上高楼之间的位置、风向、环境等综合因素的影响,就会使穿堂风的风向发生不规则变化。

在山口、海峡附近,风力也比其他地方大,和穿堂风的形成是同样的道理。

七、闪电到底是怎样形成的?

古代的人们大多对雷电非常恐惧。时至今日,虽然人们照旧经常感受电闪雷鸣的壮观和威力,但已经不再恐惧。人们正在积极探索,试图解开闪电之谜。

夏天,每当暴雨来临之际,乌云密布的天空经常出现电光闪闪、雷声隆隆的景象。雷电到底是什么?

在中国古代神话中,“雷公”和“电母”分别掌管“打雷”和“闪电”。由于受各种宗教观念影响,欧洲人在近代之前则认为雷电是“天神”或者“上帝”“发怒”的结果。但这些说法都是不科学的。

一直到近代,人类才逐渐探求雷电形成的真正原因。荷兰学者布尔哈维认为雷电是一种“气体爆炸”,这种观点在欧洲学术界曾一度比较流行。后来科学家富兰克林做了著名的风筝试验,由此证实天上的电与地上的电实质相同。那么,闪电的产生,可以解释为:当携带正电荷与负电荷的两种高电压云团在空中相撞时,会进发出电火花,于是闪电就产生了。但这种解释并不圆满,云层本来是中性的,怎么会产生大量的正、负电荷?

科学家们发现,雷电云层通常在达到61厘米以上的厚度时,才会产生闪电。带负电荷的往往是温度很低的下部云层,而带正电荷的往往是温度很低的上部云层。当正、负电荷之间的电场足够强时,绝缘层就会被击穿,于是闪电就发生了。但是,驱使正、负电荷分开的力量究竟是什么呢?

有人认为,冰雹与冰晶或极冷水滴的撞击导致正、负电荷分开。冰雹块被撞裂开后,较轻的带正电的冰粒集中在云层上部形成正电荷,而带负电的冰粒因为较重则在云层下方形成负电荷。这种说法明显带有片面性,它无法说清闪电为什么经常发生在降雨之前,更不能回答火山爆发时产生的闪电。紧接着,又有人提出电荷产生在雷电云层之外的说法。然而,这一假说也只是猜测而已,并未得到证实。

神秘的雷电既诱人又危险。一些勇于探索的科学家为解开闪电之谜,做了很多实验和研究。提出了颇有见地的假说。但是,这些假说都存在着这样或那样的问题,没有一种是被普遍接受的。看来,只有等待条件进一步成熟,人类才能对这一自然现象做出一个令人满意的答案。

八、闪电为何是弯弯曲曲的?

雷电是伴有闪电和雷鸣的一种雄伟壮观而又有点令人生畏的自然现象,在看到闪电的时候,我们经常会发现它带着枝杈?为什么闪电会有这些弯弯曲曲的枝权呢?

闪电通常都会把负电荷从雷暴云带到地面。在我们看见的闪电的前方有一个带负电荷的闪电先导,它快速向下移动到云层的下面,再穿过分布着正电荷的许多小区域的空气来到地面。云层下方的这些正电荷小区域,是雷暴云的强电场引起地面尖端放电释放出大量离子形成的。

带负电荷的闪电先导在寻找电阻最小的前进通道的过程中会发生分叉,这就是我们看到的闪电枝权。当某一枝杈的先导接近地面时,其中的负电荷吸引地面尖状物体(比如草和树木)的正离子,在云层和地面之间形成导电通道。此后,从这个先导通道的底部开始,其中的负电荷源源流入地面而消失。随着电荷向下移动,放电区(亦即所看到的亮光)则向上移动,这就是我们看见的所谓“回击”。闪电先导的那些没有到达地面的枝杈,其中的电荷会流向主通道,从而使闪电变得更加明亮。

在拍摄得到的闪电照片上,显示的先导通道常常会比实际通道要宽,这是底片曝光过量造成的。分析被雷电击中受毁的物体表明,闪电通道的直径大致在2~100毫米之间。

九、为什么先看见闪电后听见雷鸣

在电闪雷鸣的天气里,你有没有发现雷声总是跟在闪电之后出现。这是为什么呢?

我们知道,物体可以成为带电体——不是带正电荷就是带负电荷。正电荷与负电荷之间存在极大的吸引力。电荷越大,这种吸引力也就越大。当两种电荷终于大到一定程度,那时无论什么东西要隔开它们,如空气、玻璃或其他绝缘物质,都会被攻克,即被“击穿”。这时就产生放电现象,即我们看到的闪电。

放电时,周围的空气急剧膨胀,接着又急剧收缩。这一胀一缩使得气流向四处冲击。这些气流的激烈碰撞形成我们听到的雷声。当雷离我们较远时,听起来就雷声隆隆,波动起伏,这是因为声波在云层之间来回反射的原故。

由于光速每秒约为30万千米,而空气中的声速每秒约为340米,因此我们总是先见闪电,后闻雷声。

十、为什么夏季会下冰雹?

冰雹俗称“雹子”,夏季或春夏之交最为常见,它是一些小如绿豆、黄豆,大似栗子、鸡蛋的冰粒,特大的冰雹比柚子还大,你知道夏季为什么会下冰雹吗?

夏天火辣辣的太阳把地面晒得非常热,地面的空气也热,但是高空的空气温度比较低。热空气往上。冷空气往下,上升的热空气往往带有水汽和水珠,在上升的过程中就会碰到雪花和小水珠,它们结合在一起,流动也很快,在高空的冷空气中变成小冰球,后来又慢慢地变大、变重,最后落到地面上,这就是冰雹。

冰雹诞生在一个特殊的“加工厂”——强盛的积雨云中。一般的积雨云可能产生雷阵雨,只有发展特别强盛,云体十分高大,云中有强烈的上升气体,云内有充沛水分的积雨云才会产生冰雹,这种云通常也被称为冰雹云。

冰雹云是由水滴、冰晶和雪花组成的。一般有三层:最下面一层温度在0℃以上,由水滴组成;中间一层温度为0℃~-20℃,由冷却水滴、冰晶和雪花组成;最上面一层温度在-20℃以下。基本上由冰晶和雪花组成。

冰雹的形成需要以下几个条件:一是大气中必须有相当厚的不稳定层存在;二是积雨云必须发展到能使个别大水滴冻结的高度;三是要有强的风切变;四是云的垂直厚度不能小于6~8千米;五是积雨云内含水量丰富;六是云内应有倾斜的、强烈而不均匀的上升气流。

雹块越大,破坏力就越大。特别是大冰雹,多是在一支很强的斜升气流、液态水的含量很充沛的雷暴云中产生。每次降雹的范同都很小,一般宽度为几米到几千米,长度为20~30千米,所以民间有“雹打一条线”的说法。

十一、彩虹为什么有七种颜色?

雨后天边出现了一道美丽的彩虹,晶莹透明,优美的弧度,绚丽的七彩,阳光照耀下,美丽梦幻得令人惊叹,那么,你知道为什么彩虹有七种颜色吗?

彩虹是因为阳光射到空中接近圆形的小水滴,造成色散及反射而成。阳光射入水滴时会同时以不同角度入射,在水滴内亦以不同的角度反射。当中以40~42度的反射最为强烈,形成我们所见到的彩虹。形成这种反射时,阳光进入水滴,先折射一次,然后在水滴的背面反射,最后离开水滴时再折射一次。因为水对光有色散的作用,不同波长的光的折射率不同,蓝光的折射率比红光大。由于光在水滴内被反射,所以观察者看见的光谱是倒过来的,红光在最上方,其他颜色在下方。

其实只要空气中有水滴,而阳光正在观察者的背后以低角度照射时,便可能产生可以观察到的彩虹现象。彩虹最常在下午,雨后刚转天晴时出现。这时空气内尘埃少而充满小水滴,天空的一边因为仍有雨云而较暗,而观察者头上或背后已没有云的遮挡而可见阳光,这样彩虹便会较容易被看到。另一个经常可见到彩虹的地方是瀑布附近。在晴朗的天气下背对阳光在空中洒水或喷洒水雾,亦可以人工制造彩虹。

十二、为什么下雪不冷化雪冷?

住在我国北方地区的人都有过这样的体验:冬天下雪的时候,不会感觉到比平时冷;而天气转暖,雪开始融化的时候,却感觉格外冷。这究竟是为什么呢?

我们知道。冬天之所以下雪,是因为北方向南流动的寒潮和南方的暖湿空气发生接触造成的。因为冷空气比暖空气重,就会把暖湿空气抬升到高空去,使暖空气里的水汽因受冷而迅速凝成冰晶,又逐渐增大成为雪花降落下来。水汽在变成雪花的过程中,是要放出一定热量的,所以,下雪时的人们并不感觉很冷。相反,当雪开始融化时,也就是水由固体状态变为液体状态,需要吸收大量的热量。根据实验测定,1克0℃的冰融解成0℃的水,要吸收334.4焦耳的热量。所以,当大片积雪融化时,它们需要从周围的空气中吸收掉相当多的热量,这会使气温下降,人们就会感觉雪融化时格外冷了。

十三、冰冻三尺到底面要多长时间?

俗话说:“冰冻三尺,非一日之寒。”那么,究竟需几日之寒才能冰冻三尺呢?

在一般情况下,当自然界水体表面的温度稳定地降至0℃或0℃以下时,便会结冰;以后随着温度的继续下降,冰层将不断加厚。由于水的比热较大,它结冰时要放出大量的热量,同时自然界中的水体在冻结过程中,水体的深层还能向表面不断地输送传导一些热量。因此,它们冻结的过程是很缓慢的。在寒冬将去、初春到来之时,冻结的深度可达到最大。

自然水体冻结的深度和冬季严寒的程度密切相关。在气候上,为了比较冬季的冷暖,有时采用负积温的指标。所谓“负积温”,是指冬季气温在0℃以下的累积总和。如某年某地1月1日的气温为4.5℃,2日为-6.2℃,3日为-9.8℃,这样1日至3日的负积温为20.5℃。负积温越高,天气越冷,冰冻也越深。通常,冰冻三尺约需780~的负积温。如冬季日平均气温为-13℃,即相当于780÷13=60天。也就是说,在平均气温为-13℃的条件下,冰冻三尺乃需两个月之寒。若冬季日平均气温为6.5℃,冰冻三尺,则需要大约4个月的时间。所以说,“冰冻三尺,非一日之寒”是有科学道理的。

十四、冰为什么能浮在水面上?

对于“冰漂浮在水上”这种现象,一般人并不在意。不过,请您稍稍考虑一下,冰是水凝固而成的,既然如此,冰为什么会浮在水面上呢?

通常,物质是由气体转化为液体,由液体向固体转化的,所以粒子之间的空隙非常狭窄,体积非常小。不过,水转化成固体,也就是结成冰的时候却与其他物质完全不同,它会发生体积膨胀的现象。

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