光導(dǎo)纖維的奧秘

1、光導(dǎo)纖維的奧秘光導(dǎo)纖維的問世源于 19 世紀(jì) 70 年代的一次發(fā)現(xiàn)，當(dāng)時(shí)，人們發(fā)現(xiàn)光線能沿著酒桶中冒出的細(xì)小酒流傳播。據(jù)此，20 世紀(jì)50 年代人們制造出了光學(xué)纖維，70年代以后制造了光導(dǎo)纖維。可是你知道嗎，它的生產(chǎn)原料就是那漫山遍野、到處可尋的石英。自“光導(dǎo)纖維之父”高錕博士發(fā)表了一篇有關(guān)光波介質(zhì)表面波導(dǎo)現(xiàn)象的論文以來，一次空前的通訊技術(shù)革命逐漸興起，光導(dǎo)纖維技術(shù)也從此發(fā)展和應(yīng)用起來了。光導(dǎo)纖維技術(shù)光導(dǎo)纖維技術(shù)是一門研究和應(yīng)用光導(dǎo)纖維傳遞光、信息和圖像的科學(xué)。目前，它的主要研究方向集中在信息的傳輸上。它在世界范圍內(nèi)的大規(guī)模應(yīng)用始于20世紀(jì)80年代。目前，光導(dǎo)纖維的研制已達(dá)到相當(dāng)高的技術(shù)水平，

2、1 根外徑只有85毫米的光纜中可容納4000根光纖，其最低損耗在1.55微米波段已達(dá)每千米0.6分貝，這就相當(dāng)于我們可以從海面上一眼看到海底的最深處。它的最大傳輸容量已相當(dāng)于2.3萬路電話，或是每秒傳遞 2 億個(gè)文字，而生產(chǎn)一根1千米長(zhǎng)的光導(dǎo)纖維需用 40 克的石英材料。光纖通信光纖的通信能力比傳統(tǒng)的銅絞線等導(dǎo)體提高了成千上萬倍，而且光纖可以在同一條通路上進(jìn)行雙向傳輸。制造光纖的石英原料在自然界取之不盡、用之不竭，因此可以節(jié)省大量貴金屬資源。由激光器、光纖等器件組成的光纖通信系統(tǒng)，可以先把數(shù)據(jù)、文字、聲音和圖像等信息轉(zhuǎn)換為光信號(hào)，通過光纖高速傳送至目的地，然后再轉(zhuǎn)換成電的數(shù)字信號(hào)，最后還原成本

3、來的信息。光纖通信還有線路損耗低、傳送距離遠(yuǎn)、保密性強(qiáng)、不怕閃電雷打和潮濕腐蝕等優(yōu)點(diǎn)，所以光纖理所當(dāng)然地成為數(shù)字通信網(wǎng)中最理想的傳輸介質(zhì)。光導(dǎo)技術(shù)的廣泛應(yīng)用光導(dǎo)技術(shù)并不僅僅應(yīng)用于通訊技術(shù)上，它在其他領(lǐng)域也身手不凡。在醫(yī)學(xué)上，利用光導(dǎo)纖維制成的內(nèi)窺鏡可以導(dǎo)入心臟和腦室；利用光導(dǎo)纖維連接的激光手術(shù)刀也在臨床上用于切除肝、胃、腎等多種手術(shù)，這種手術(shù)具有很大的優(yōu)點(diǎn)，不需要進(jìn)行血管縫扎；在信息導(dǎo)航上，運(yùn)用光纖制造的導(dǎo)航陀螺儀，體積小，重量輕，精度高，造價(jià)低。新發(fā)展起來的光纖傳感技術(shù)，改變了傳統(tǒng)的靠變換各種物理量來傳感的方法，達(dá)到了更加快捷的程度，給人們提供了一種認(rèn)識(shí)宏觀和微觀世界的新方法。特殊的光我們知

4、道，普通的光是由物質(zhì)自發(fā)產(chǎn)生的，而鐳射光，又稱激光，是鐳受到刺激而產(chǎn)生的一種光。這種光窄而細(xì)長(zhǎng)，能大大加強(qiáng)光的能量。鐳射激光與普通光就其本質(zhì)來說，都是電磁波，它們的傳播速度都是每秒30 萬千米，但激光還有著自己獨(dú)特的物理性質(zhì)：一是亮度極高。它比太陽(yáng)表面的亮度高100億倍。二是方向性極好。方向性，就是指光的集中程度。激光器發(fā)出的激光照射到遠(yuǎn)離地球 38 萬千米的月球上，它的光斑的直徑也只有23 千米。由于上述的物理特性，激光可以在千分之幾秒甚至更短的時(shí)間里，使一切難以熔化的物質(zhì)熔解以至氣化；也可在百分之幾毫米的范圍內(nèi)產(chǎn)生幾百萬度的高溫、幾百萬個(gè)大氣壓、每厘米幾千萬伏的強(qiáng)電場(chǎng)。激光的運(yùn)用由于激光的

5、特性，它在很多領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。在工業(yè)上，激光可以用于加工各種硬、脆、韌的材料；可以打只有頭發(fā)絲1/10的微孔，進(jìn)行高速、精密加工；可以進(jìn)行切割、焊接處理等?，F(xiàn)在激光已成為一種高、精、尖的加工工具。在醫(yī)學(xué)上，使用激光手術(shù)刀，可以進(jìn)行細(xì)微的手術(shù)，既不流血也無痛感；在軍事上，激光雷達(dá)可以精確地測(cè)量和跟蹤目標(biāo)。激光武器具有很大的殺傷力，可以用來截?fù)魯橙说娘w機(jī)和導(dǎo)彈；激光還可以用于保密通訊，它可以同時(shí)傳送1000萬套電視節(jié)目和100億路電話；激光電視、激光計(jì)算機(jī)、激光核聚變等各種新的激光裝置用也在研制中。X光的奧秘陽(yáng)光、燈光、火光都是人的肉眼可以看到的光，稱為可見光。另外，還有一些人眼看不到的光，

6、它們雖然不可見，但通過實(shí)驗(yàn)?zāi)茏C明它們確實(shí)存在，而且具有光的本性。X射線就是其中的一種，通常人們也稱它為X光。X光是一種波長(zhǎng)比紫外線更短的光，只有可見波長(zhǎng)的 1/10000，它是不可見光。X光的顯像原理不同波長(zhǎng)的光穿透物體的本領(lǐng)是不同的，可見光只能穿透玻璃、水晶、酒精、煤油等透明體，X 光卻能穿透紙張、木材、人體和纖維組織等不透明的物體，并能留下圖像。為什么用X光透視人體，會(huì)在熒屏上顯出骨頭的黑影呢？原來X光透過各種物體的本領(lǐng)并不一樣。對(duì)于由較輕原子組成的物質(zhì)，像肌肉等，X 光透過時(shí)好像可見光穿過透明體一樣，很少有所減弱。對(duì)于由較重原子組成的物質(zhì)，像鐵和鉛，X光就不能透過，幾乎全部被它“吸收”了

7、。骨骼對(duì)X光的吸收比肌肉大150倍，因此在透視人體時(shí)，在熒光屏上就留下了骨骼的黑影。電的奧秘我們生活的這個(gè)世界到處充滿了電。電究竟是什么呢？要真正弄清楚電的本質(zhì)，就得深入到原子里去看一看。原子是非常小的東西，1億個(gè)原子排起隊(duì)來才有1厘米長(zhǎng)。在原子里有一個(gè)原子核，還有一個(gè)或更多的電子。原子核帶正電，電子帶負(fù)電。電子嚴(yán)格地按自己的軌道圍繞原子核旋轉(zhuǎn)。電子比原子更小，直徑只有原子的五萬分之一。一個(gè)電子所帶的電是極其微小的，只有一百億億分之一庫(kù)侖（庫(kù)侖是計(jì)算電量的單位）。但它們集體運(yùn)動(dòng)起來，力量就大得驚人。一只電爐如果耗用了1 安培的電流，那就是說，在 1 秒鐘內(nèi)，有 630億億個(gè)電子流過了電爐絲。摩

8、擦起電現(xiàn)象任何兩個(gè)物體摩擦，都可以起電。18 世紀(jì)中期，美國(guó)科學(xué)家富蘭克林經(jīng)過分析和研究，認(rèn)為有兩種性質(zhì)不同的電，叫作正電和負(fù)電。物體因摩擦而帶的電，不是正電就是負(fù)電。科學(xué)上規(guī)定：與用絲綢摩擦過的玻璃棒所帶的電相同的，叫作正電；與用毛皮摩擦過的橡膠棒的電相同的，叫作負(fù)電。摩擦起電只是一種現(xiàn)象。在通常情況下，原子核帶的正電荷數(shù)跟核外電子帶的負(fù)電荷數(shù)相等，原子不顯電性，所以整個(gè)物體是中性的。電池的發(fā)明第一個(gè)電池是由意大利科學(xué)家亞歷山大·伏特在1800年發(fā)明的。伏特發(fā)現(xiàn)某些金屬和一種液體在一起可產(chǎn)生電力。他用浸過鹽水的紙夾在一塊銀片和一塊鋅片之間，做成“三明治”。當(dāng)他用一條電線連接這兩片金

9、屬時(shí)，他發(fā)現(xiàn)有電流流過電線。因?yàn)檫@樣產(chǎn)生的電流很微弱，所以他做了一疊同樣的“三明治”。當(dāng)他用一條電線把這一疊“三明治”的頂端和底部連在一起時(shí)，他看到一些電的火花。伏特所制作的這種電池被稱為伏特堆。電池如何產(chǎn)生電我們現(xiàn)在用的電池和伏特當(dāng)初所制造的電池組，是運(yùn)用相同的原理。電池的外殼都是由鋅制成 的；鋅的外面會(huì)再覆蓋一層塑料或鐵皮，以防止電池發(fā)生滲漏的情況。在電池里沒有銀片或銅片，而是在正中央有一根碳棒（很像粗的鉛筆芯）。在電池的小盒子里不是裝滿鹽水，因?yàn)辂}水會(huì)漏出來。電池里的碳棒和鋅制的外殼之間裝的是濃稠的糊狀化學(xué)物質(zhì)。在電池里的化學(xué)物質(zhì)會(huì)制造電。當(dāng)電池里的電被取出時(shí)，電池里的化學(xué)物質(zhì)也會(huì)慢慢用

10、光。最后，電池就無法再制造電了。有些電池（如汽車用的蓄電池）可以拿去充電，所以可以用得久一點(diǎn)。水力發(fā)電的奧秘我國(guó)是很早使用水力的國(guó)家，并且水源非常豐富。根據(jù)初步統(tǒng)計(jì)，僅僅一條長(zhǎng)江，它的水力的潛在能力就大約等于美國(guó)水力資源的9 倍。所以，怎樣利用大小不同的水力資源，是值得我們努力研究的。用水力發(fā)電，除了必須維持一定的落差之外，還要具有相當(dāng)?shù)牧髁?。因此，在每個(gè)水電站的上游，總是筑起攔河壩，修起蓄水庫(kù)，來積蓄水量，提高落差。水庫(kù)里大量的積水，經(jīng)過輸水管的引導(dǎo)，會(huì)以很大的速度沖擊到水輪機(jī)上，推動(dòng)水輪機(jī)和發(fā)電機(jī)旋轉(zhuǎn)。這和我自己用紙做的風(fēng)車，插到空氣流通的窗口后會(huì)迅速旋轉(zhuǎn)的道理完全一樣。發(fā)電廠發(fā)電廠并不是

11、一個(gè)制造電的工廠，也不是一個(gè)儲(chǔ)存電的倉(cāng)庫(kù)，它只起著“搬運(yùn)”電的作用。電本來就存在于一切物體當(dāng)中，并不是人工制造出來的東西。當(dāng)我們把工廠、學(xué)校和住宅用電線跟發(fā)電站聯(lián)系起來的時(shí)候，這些部門就和威力強(qiáng)大的運(yùn)電機(jī)器發(fā)電機(jī)聯(lián)接了起來。開動(dòng)發(fā)電機(jī)，它就能源源不絕地向用戶送電，同時(shí)又隨時(shí)把電運(yùn)回發(fā)電廠，正像人把茶桶里流出來的茶水，陸續(xù)倒回茶桶一樣。由于發(fā)電機(jī)不停地旋轉(zhuǎn)，電在用戶與電廠之間就能不停地循環(huán)流動(dòng)。轉(zhuǎn)動(dòng)渦輪機(jī)渦輪機(jī)是一種用水、蒸氣或氣體的力量轉(zhuǎn)動(dòng)的輪子。這種輪子的長(zhǎng)輪軸上有好幾百個(gè)金屬葉片。渦輪機(jī)被運(yùn)用在發(fā)電廠，提供發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)所需的能量。渦輪機(jī)也可用來使船只和潛水艇前進(jìn)。目前世界上約有 2/3 的電

12、廠，都是用強(qiáng)有力的蒸汽射束使渦輪機(jī)的輪子轉(zhuǎn)動(dòng)。而其余的發(fā)電廠大部分利用流水的力量來轉(zhuǎn)動(dòng)渦輪機(jī)，提供水力發(fā)電。海浪發(fā)電近幾年里，人們開始利用洶涌澎湃的海浪來發(fā)電。這是一種安全可靠，不消耗燃料，不污染環(huán)境的發(fā)電方式。在一般的情況下，海浪可以產(chǎn)生每平方米2030噸的沖擊力。在風(fēng)浪很大的時(shí)候，它可以把13噸重的巖石拋起20米的高度，把一塊170 噸的巖石翻轉(zhuǎn)起來，甚至把近2萬噸的巨輪推上岸去。利用波浪的能量來發(fā)電，在浪高2米，周期6秒的情況下，只要每秒 10 米的風(fēng)速，1 千米長(zhǎng)的海岸線，就可以發(fā)電6000千瓦。倘使風(fēng)速達(dá)到每秒15 米，發(fā)電量就能提高到6 萬千瓦。你看，它能為燈塔、航標(biāo)和民用照明提供

13、多少廉價(jià)的電力啊。磁鐵的奧秘磁鐵能夠吸住鐵、鎳、鈷等金屬，俗稱吸鐵石。一般可分為永久磁鐵，以及通電時(shí)才具備磁性的電磁鐵。磁鐵若制成棒狀或針狀并懸掛起來，會(huì)很自然地指向地球的南極和北極。如果把鐵屑撒在磁鐵上，鐵屑就會(huì)顯現(xiàn)出磁鐵的磁力，鐵屑會(huì)聚集在這股力量最強(qiáng)的地方，許多鐵屑會(huì)附著在磁鐵的末端。鐵屑顯示出了磁鐵吸力的分布情形。不同極的磁鐵會(huì)互相吸引；同極的磁鐵會(huì)互相排斥。磁鐵的用途磁鐵的用途很廣泛，利用電磁鐵，可以制成運(yùn)送鋼鐵的起重機(jī)。電磁鐵通電后成為磁性強(qiáng)大的磁鐵，所以能吸住笨重的鋼鐵，放下鋼鐵時(shí)只要切斷電源即可。和大型磁鐵相比，指南針顯得既小又輕，磁性也弱了許多。指南針的作用不在于吸鐵，而在于

14、反映地球的磁力。任何磁鐵都有 N極和 S極。N極與 N極、S極與S極相遇時(shí)，會(huì)互相排斥；N 極與 S 極相遇時(shí)，則互相吸引。磁懸浮列車的奧秘盡管高速列車運(yùn)行速度已達(dá)每小時(shí)200千米以上，但鐵路科學(xué)家并不滿足。由于傳統(tǒng)鐵路機(jī)車是通過輪子同鋼軌的黏著力而前進(jìn)的，這種輪軌黏著式鐵路隨著機(jī)車車輛速度的提高，輪軌間的黏著力會(huì)逐漸減小。同時(shí)，列車運(yùn)行所受阻力卻會(huì)逐漸加大。因此，車速最快也只能達(dá)到300千米小時(shí)。隨著超導(dǎo)材料的誕生，人們利用磁性具有同性相斥的特點(diǎn)，在車廂和軌道上裝上強(qiáng)大的磁體，讓它們處于互相排斥的狀態(tài)，從而將火車抬離軌道呈懸浮狀。這就是新型列車磁懸浮列車。磁懸浮列車的優(yōu)點(diǎn)磁懸浮列車有許多優(yōu)點(diǎn)

15、：列車在鐵軌上方懸浮運(yùn)行，鐵軌與車輛不接觸，不但運(yùn)行速度快，能超過 500 千米小時(shí)，而且運(yùn)行平穩(wěn)、舒適，易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制；無噪音，不排出有害的廢氣，有利于環(huán)境保護(hù)；可節(jié)省建設(shè)經(jīng)費(fèi)；運(yùn)營(yíng)、維護(hù)和耗能費(fèi)用低。它是 21 世紀(jì)理想的超級(jí)特別快車，世界各國(guó)都十分重視發(fā)展磁懸浮列車。目前，我國(guó)和日本、德國(guó)、英、美等國(guó)都在積極研究這種車。日本的超導(dǎo)磁懸浮列車已經(jīng)過載人試驗(yàn)，即將進(jìn)入實(shí)用階段，運(yùn)行時(shí)速可達(dá) 500 千米以上?？罩小拌F鳥”的奧秘俗話說：“有矛就有盾”。在雷達(dá)出現(xiàn)不久，許多反雷達(dá)的手段也出現(xiàn)了，其中之一就是“隱形技術(shù)”。這種技術(shù)能給雷達(dá)制造假象，使雷達(dá)“看不見”飛機(jī)。那么，隱形術(shù)如何讓雷達(dá)變成

16、“睜眼瞎”呢？第一種：在飛機(jī)機(jī)身上涂一層能夠吸收電波的“油漆”。雷達(dá)發(fā)出的電波被這種“油漆”“吃掉”，沒有回波，雷達(dá)自然就變成了“瞎子”。第二種：在飛機(jī)上采用吸收雷達(dá)波的復(fù)合材料。這種材料內(nèi)部結(jié)構(gòu)松散，受雷達(dá)波輻后產(chǎn)生振動(dòng)，把雷達(dá)波轉(zhuǎn)換成熱能而散發(fā)掉。第三種：盡量減少飛機(jī)本身發(fā)出的電子輻射和熱輻射，讓對(duì)方的監(jiān)測(cè)雷達(dá)和紅外探測(cè)器捕捉不到電波和紅外線。導(dǎo)彈的奧秘20世紀(jì)50年代便出現(xiàn)了洲際導(dǎo)彈；接著人們研究了對(duì)付它的辦法，利用反彈道導(dǎo)彈來摧毀洲際導(dǎo)彈。反彈道導(dǎo)彈摧毀洲際導(dǎo)彈是個(gè)很復(fù)雜的過程。它的簡(jiǎn)單作戰(zhàn)程序是：當(dāng)敵方發(fā)射洲際導(dǎo)彈后，首先由預(yù)警系統(tǒng)及早發(fā)現(xiàn)和捕獲它并迅速把目標(biāo)信息傳遞到國(guó)家防御指揮中

17、心。此時(shí)，反導(dǎo)彈系統(tǒng)中的目標(biāo)跟蹤雷達(dá)就開始工作，不斷地精密跟蹤并正確地識(shí)別真假目標(biāo)。計(jì)算機(jī)把來自雷達(dá)的信息進(jìn)行運(yùn)算，估算反彈道導(dǎo)彈的截?fù)酎c(diǎn)位置，在進(jìn)行火力分配后由指揮中心下達(dá)指令，發(fā)射反彈道導(dǎo)彈。當(dāng)反彈道導(dǎo)彈達(dá)到預(yù)定的截?fù)酎c(diǎn)時(shí)，制導(dǎo)雷達(dá)就及時(shí)發(fā)出引爆指令，使彈頭爆炸而摧毀來襲的洲際導(dǎo)彈。自動(dòng)引爆之謎科學(xué)家在導(dǎo)彈上安裝了一個(gè)無線電引信，當(dāng)導(dǎo)彈發(fā)射后，引信就會(huì)自動(dòng)解鎖，然后它將通過天線向?qū)椫車约皬椀儡壽E周圍的空間發(fā)射強(qiáng)電磁波。當(dāng)導(dǎo)彈與目標(biāo)的相對(duì)距離發(fā)生變化的時(shí)候，發(fā)射的電磁波返回后也會(huì)產(chǎn)生變化，從而產(chǎn)生科學(xué)家們所說的多譜頻移。導(dǎo)彈上的無線電引信也就是根據(jù)多譜頻移的變化而制作的，可以不斷地確定導(dǎo)

18、彈和攻擊目標(biāo)的準(zhǔn)確距離。一旦兩者的距離達(dá)到了符合導(dǎo)彈殺傷范圍的要求，引信就引爆導(dǎo)彈的戰(zhàn)斗部，彈片就會(huì)在散開后向目標(biāo)高速飛去，形成有效的包圍殺傷網(wǎng)，使目標(biāo)無處可逃，從而圓滿完成任務(wù)。船舶的演變船舶是人類發(fā)展史上偉大的發(fā)明之一。人類的祖先在與水打交道的實(shí)踐中，發(fā)現(xiàn)了木頭、樹枝和落葉能夠漂浮在水面上的自然現(xiàn)象。特別是在發(fā)生洪水災(zāi)害時(shí)，一些人在絕望的掙扎中偶然抓到一根漂浮的斷木而絕處逢生的事實(shí)，使人們逐步認(rèn)識(shí)了水的浮力性。人們開始有意識(shí)地利用木材、竹筒和葫蘆等天然浮體渡水過河，于是這些木頭和竹筒便成了人類祖先最早使用的浮具。這些最初的浮具隨著人類生存發(fā)展的需要和技術(shù)進(jìn)步，經(jīng)過筏、獨(dú)木舟、木板船、木帆船

19、和機(jī)器推進(jìn)船等多個(gè)階段的發(fā)展，逐步演變?yōu)榻裉烊藗兯煜さ默F(xiàn)代船舶。輪船不沉的奧秘現(xiàn)代的輪船一般都是用鋼造的，鋼遠(yuǎn)比水重得多。而且，輪船上裝的許多貨物如糧食、機(jī)器、建筑用材等也都比水重，但是為什么裝了那么多東西的船卻不會(huì)沉底呢？這里就應(yīng)用到了一條重要的物理定律：“作用于水中物體上的浮力的大小等于物體排開水的重力?！边@條物體浮沉的定律，改變了人類過去一直用木材造船的歷史。浮力定律我們可以做個(gè)小實(shí)驗(yàn)來證明一下這個(gè)定律：找一塊薄鐵皮，把它放在水上，它就立刻沉下去了；如果我們用這塊鐵皮做個(gè)鐵盒子，再放到水上，雖然重力沒有變，它卻能漂浮在水面上。而且即使往盒子里加點(diǎn)東西，盒子也只是下沉一點(diǎn)點(diǎn)，但仍能漂浮在

20、水面上。這是因?yàn)楹凶拥酌媸艿剿膲毫?，這個(gè)壓力就是豎直向上的浮力。當(dāng)浮力大于鐵皮的重力時(shí)，就托住鐵盒讓它浮在水面上。而浮力是隨物體排開液體重力的增加而增加、隨物體底部面積的增大而增大的。大輪船浮在水上就是根據(jù)這個(gè)定律。船越大，即船的底部面積越大，船排開水的重力也越大，它所受的浮力也就越大，即使輪船裝運(yùn)很多的貨物，也不會(huì)沉底了。木板船木鋸出現(xiàn)以后，人們擁有了加工木材的能力，開始逐步轉(zhuǎn)向制造木板船。初期的木板船只是由很少幾塊木板制成的。通過加裝橫梁，增強(qiáng)船體結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，逐步發(fā)展為由多塊木板組成的較大的木板船。后來船體越來越大，結(jié)構(gòu)也越來越復(fù)雜，就出現(xiàn)人們飄洋過海、廣泛使用的大型木板船舶。帆船帆船有單桅單帆、單桅多帆、雙桅多帆和多桅多帆船。帆有多種不同形式，同一艘船上的帆有不同的用途。船上的帆可以升降，根據(jù)風(fēng)力的大小，調(diào)節(jié)帆的面積，可改變船的航向和航速。為了提高船的航行速度，減輕人的勞動(dòng)強(qiáng)度，在很久以前的遠(yuǎn)古時(shí)期，人們就注意到利用自然風(fēng)力推進(jìn)船舶和筏航行的方法