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愛科學愛自然·火龍卷形成之謎2014年2月·雷暴的威力·飛機是怎樣起飛的？·沙塵暴目錄

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制作團隊

Theproductionteam

11第一章：雷暴

Thunderstorm

01

第二章：沙塵暴

sandstorm

03

第三章：火龍卷

Firetornado

05

第四章：飛機

Plane

07

第五章：原子彈

Atomicbomb

09

雷暴是伴有雷擊和閃電的局地對流性天氣。它通常伴隨著滂沱大雨或冰雹，而在冬季時甚至會隨暴風雪而來，因此屬強對流天氣系統(tǒng)。在古老的文明里，雷暴有著極大的影響力。不論是中國古代、古羅馬或美洲古文明皆有與雷暴相關的神話。雷暴是指一部分帶有電離子的云層與另一部分帶異種電荷的云層，或者是帶電離子的云層對大地間迅猛地放電。其中后一種即云層對大地放電，則會對建筑物、人體、電子設備等產生極大危害，如何避免放電造成的危害是人類開展研究的主要對象。

————摘自百度百科第一章：雷暴簡介1雷云的成因或者說其所蘊涵的能量主要來自大氣的運動，氣流的運動、摩擦以及風對云塊作用，令其作切割地球磁場的磁感線運動，使不同的電荷、帶電微粒進一步分離、極化，最終形成積聚大量電荷的雷云。當雷云的電場強度達到足夠大時將引起雷云中的內部放電，或雷云間的強烈放電，或雷云對大地、其他物體間放電，即所謂雷電。2

形成雷暴的積雨云發(fā)展旺盛，云的上部常有冰晶。冰晶的凇附、水滴的破碎以及空氣對流等過程，使云中產生電荷。云中電荷的分布很復雜，但總的說來，云的上部以正電荷為主，云的中、下部以負電荷為主，云的下部前方的強烈上升氣流中還有一范圍小的正電區(qū)。因此，云的上、下之間形成一個電位差，當電位差大到一定程度后，就產生放電，這就是平常所見得閃電現(xiàn)象，放電過程中，閃道中的溫度驟增，使空氣體積急劇膨脹，從而產生沖擊波，導致強烈的雷鳴。當云層很低時，有時可形成云地間放電，這就是雷擊。因此，雷暴是大氣不穩(wěn)定狀況的產物，是積雨云及其伴生的各種強烈天氣的總稱。雷暴的持續(xù)時間一般較短，單個雷暴的生命史一般不超過2小時。我國雷暴是南方多于北方，山區(qū)多于平原。

多出現(xiàn)在夏季和秋季，冬季只在我國南方偶有出現(xiàn)。雷暴出現(xiàn)的時間多在下午。夜間因云頂輻射冷卻，使云層內的溫度層結變得不穩(wěn)定，也可引起雷暴，稱為夜雷暴。雷云的成因或者說其所蘊涵的能量主要來自大氣的運動，氣流的運動、摩擦以及風對云塊作用，令其作切割地球磁場的磁感線運動，使不同的電荷、帶電微粒進一步分離、極化，最終形成積聚大量電荷的雷云。當雷云的電場強度達到足夠大時將引起雷云中的內部放電，或雷云間的強烈放電，或雷云對大地、其他物體間放電，即所謂雷電。

————摘自百度百科形成過程雷暴天氣3第二章：沙塵暴沙塵暴(sandduststorm)是沙暴和塵暴兩者兼有的總稱，是指強風把地面大量沙塵物質吹起并卷入空中，使空氣特別混濁，水平能見度小于一千米的嚴重風沙天氣現(xiàn)象。其中沙暴系指大風把大量沙粒吹入近地層所形成的挾沙風暴；塵暴則是大風把大量塵埃及其他細顆粒物卷入高空所形成的風暴。

————摘自百度百科簡介沙塵暴有利于產生大風或強風的天氣形勢，有利的沙、塵源分布和有利的空氣不穩(wěn)定條件是沙塵暴或強沙塵暴形成的主要原因。強風是沙塵暴產生的動力，沙、塵源是沙塵暴物質基礎，不穩(wěn)定的熱力條件是利于風力加大、強對流發(fā)展，從而夾帶更多的沙塵，并卷揚得更高。除此之外，前期干旱少雨，天氣變暖，氣溫回升，是沙塵暴形成的特殊的天氣氣候背景；地面冷鋒前對流單體發(fā)展成云團或颮線是有利于沙塵暴發(fā)展并加強的中小尺度系統(tǒng)；有利于風速加大的地形條件即狹管作用，是沙塵暴形成的有利條件之一。土壤、黃砂主要成分是硅酸鹽，當干旱少雨且氣溫變暖時，硅酸鹽表面的硅酸失去水分，H2SiO4=SiO3-2+H2O（氣)，這樣硅酸鹽土壤膠團、砂粒表面就會帶有負電荷，相互之間有了排斥作用，成為氣溶膠不能凝聚在一起，從而形成揚砂即沙塵暴。沙塵暴本質上是帶有負電荷的硅酸鹽氣溶膠?！园俣劝倏菩纬蓷l件4關于沙塵暴的一問一答你知道嗎？問：沙塵暴有哪些危害？答：沙塵暴的危害有很多：（1）、人畜死亡、建筑物倒塌、農業(yè)減產。沙塵暴對人畜和建筑物的危害絕不亞于臺風和龍卷風。1993年5月5日，我國西北4省，曾發(fā)生一次特大沙塵暴，死亡85人，失蹤31人，直接損失高達5.4億元。1999年8月14日清晨開始，甘肅河西走廊的敦煌等地區(qū)發(fā)生中等強度的沙塵暴，瞬間風速達每秒14米，能見度在200至300米之間，飛沙走石，形如黃昏，近5年來，我國西北地區(qū)累計遭受到的沙塵暴襲擊有20多次，造成經濟損失12億多元，死亡失蹤人數(shù)超過200人。（2）、大氣污染、表土流失。沙塵暴降塵中至少有38種化學元素，它的發(fā)生大大增加了大氣固態(tài)污染物的濃度，給起源地、周邊地區(qū)以及下風向地區(qū)的大氣環(huán)境、土壤、農業(yè)生產等造成了長期的、潛在的危害。特別是農作物賴以生存的微薄的表土被刮走后，貧瘠的土地將嚴重影響農作物的產量。5第三章：火龍卷火焰龍卷風又叫火怪，火旋風，是指當火情發(fā)生時，空氣的溫度和熱能梯度滿足某些條件，火苗形成一個垂直的漩渦，旋風般直插入天空的罕見現(xiàn)象。旋轉火焰多發(fā)生在灌木林火，火苗的高度30至200英尺不等，持續(xù)的時間也有限，一般只有幾分鐘，但如果風力強勁能持續(xù)更長的時間?！园俣劝倏坪喗榛鹧纨埦盹L的形成需要具備一定條件：強烈熱量和涌動風流結合在一起將形成旋轉的空氣渦流。這些空氣在澳大利亞偏僻內陸驚現(xiàn)30米高火焰龍卷風奇觀渦流可收緊形成類似龍卷風結構，旋轉著吸入燃燒殘骸和易燃氣體。一般在渦度方程中，幅合效應是影響渦度變化的最大因素。在火災中，火的熱力令空氣上升，周圍的空氣從四方八面涌入，形成幅合，火焰龍卷風便形成了。有說在日本關東大地震，火災處處，都發(fā)生了好幾起的火焰龍卷風?！园俣劝倏菩纬稍蛲郏。?！火焰龍卷風包含著一個內核，實際上這個內核就是著火部分；此外還包含一個無形的袋狀旋轉氣體，它為火旋風內核提供新鮮的氧氣。一旦火焰被旋轉的氣流所吸收，未燃燒氣體將抵達火旋風內核，直至到達具有充足新鮮、加熱氧氣的區(qū)域火焰龍卷風使這些氣體燃燒起來。因此火焰龍卷風的內核看上去非常高，且十分纖細。常見的火旋風內核只有0.3-0.9米寬，高15-30米。但在條件合適的狀況下，還能形成巨大的火旋風(幾十米寬，300米高)。中空燃燒狀態(tài)有一個中心的低溫區(qū)域。在中心低溫區(qū)域溫度最低時，火焰龍卷風持續(xù)時間最長。來流增強了火焰龍卷風的整體轉動，并且加劇了火焰龍卷風的螺旋狀上升。破壞能力，火焰龍卷風夾卷著火焰，像一條火龍一樣旋轉前進，所到之處皆為灰燼。其威力足以將一棵小樹連根拔起，可持續(xù)1小時以上，難以被撲滅。研究模型。火焰龍卷風存在一種中空燃燒的狀態(tài)。通過燃燒風洞，對不同來流影響下的火旋風進行分析研究。通過一個置于大型燃燒風洞中的邊角開有切向進風口的六邊形小尺寸火焰龍卷風發(fā)生模型，應用熱電偶測溫和皮托管測速以及電子數(shù)據采集系統(tǒng)，對該模型內的溫度分布數(shù)據和速度分布數(shù)據進行采集，研究來流速度對火焰龍卷風內部燃燒結構的影響、火焰龍卷風旋轉速度的影響以及持續(xù)時間的影響?！园俣劝倏苹瘕埦淼臉嬙?7噴氣飛機的起飛過程包括三個階段：地面滑跑、離地和加速爬升。飛機先滑行到起飛線上，剎住機輪，襟翼放到起飛位置，并使發(fā)動機轉速增加到最大值，然后松開剎車，飛機在推力作用下開始加速滑跑。當滑跑速度達到一定數(shù)值時，駕駛員向后拉駕駛桿，抬起前輪，增大迎角。此后，飛機只用兩個主輪繼續(xù)滑跑，機翼的升力隨著滑跑速度的增加而增大，當其值等于飛機的重量時，飛機便離開地面，加速爬升。上升到10～15米高度上收起起落架，上升到25米高度后起飛階段結束。螺旋槳飛機由于離地后剩余功率較小，起飛過程常分為地面滑跑、離地、加速平飛和爬升至安全高度4個階段。起飛性能指標包括：起飛滑跑距離──自起飛線至飛機離地點的距離；離地速度──主輪離開地面瞬間飛機的水平速度；起飛距離──自起飛線至安全高度所經過的水平距離。隨著飛機向高速化、重型化方向發(fā)展，離地速度顯著增加，跑道長度和起飛距離相應加長。大氣溫度、壓強、跑道狀況以及駕駛技術都影響飛機的起飛性能。逆風起飛、增大發(fā)動機推力、減小機翼載荷、采用增升裝置等，可以縮短滑跑距離和改善起飛性能。重型飛機有時采用起飛加速器縮短起飛滑跑距離。艦載飛機利用彈射器實現(xiàn)短距起飛。此外，還可直接由動力裝置或由動力裝置帶動旋翼、螺旋槳、風扇來產生推力升力，以支持飛機重量，實現(xiàn)垂直起飛?！园俣劝倏骑w機如何起飛？第四章：飛機8黑匣子（英文：blackbox）是飛機專用的電子記錄設備之一，名為航空飛行記錄器。里面裝有飛行數(shù)據記錄器和艙聲錄音器，飛機各機械部位和電子儀器儀表都裝有傳感器與之相連。它能把飛機停止工作或失事墜毀前半小時的有關技術參數(shù)和駕駛艙內的聲音記錄下來，需要時把所記錄的參數(shù)重新放出來，供飛行實驗、事故分析之用。黑匣子具有極強的抗火、耐壓、耐沖擊振動、耐海水（或煤油）浸泡、抗磁干擾等能力，即便飛機已完全損壞，黑匣子里的記錄數(shù)據也能完好保存。世界上大部分的空難原因都是通過黑匣子找出來的。重要的黑匣子空難事故發(fā)生后，飛機往往解體，甚至被烈火燒毀。人們到現(xiàn)場救援的時候，總是會尋找一個東西，它的名字就是被譽為空難“見證人”的黑匣子。實際上，黑匣子是飛機上的記錄儀器，是一種飛行數(shù)據記錄儀。它能將飛機的高度、速度、航向、爬升率、下降率、加速情況、耗油量、起落架放收、格林尼治時間，還有飛機系統(tǒng)工作狀況和發(fā)動機工作參數(shù)等飛行參數(shù)都記錄下來。另一種是座艙話音記錄儀。它實際上就是一個無線電通話記錄器。為了承受飛機墜毀時的猛烈撞擊和高溫烈焰，黑匣子的外殼具有很厚的鋼板和許多層絕熱防沖擊保護材料。而且為了盡可能的安全，黑匣子通常安裝在飛機尾部最安全的部位，也就是失事時最不易損壞的部位，在飛機墜毀時，黑匣子在1100℃的火焰中能經受30分鐘的燒烤，能承受2噸重的物體擠壓5分鐘，能夠在汽油、機油、油精、電池、酸液、海水中浸泡幾個月，總之，它能在許多惡劣的條件安然無恙。9原子彈（nuclearweapon）是核武器之一，是利用核反應的光熱輻射、沖擊波和感生放射性造成殺傷和破壞作用，以及造成大面積放射性污染，阻止對方軍事行動以達到戰(zhàn)略目的的大殺傷力武器。主要包括裂變武器（第一代核武，通常稱為原子彈）和聚變武器（亦稱為氫彈，分為兩級及三級式）。亦有些還在武器內部放入具有感生放射的輕元素，以增大輻射強度擴大污染，或加強中子放射以殺傷人員（如中子彈）。核武器是指利用能自持進行核裂變或聚變反應釋放的能量，產生爆炸作用，并具有大規(guī)模殺傷破壞效應的武器的總稱。其中主要利用鈾235（厬U）或钚239（厱Pu）等重原子核的裂變鏈式反應原理制成的裂變武器，通常稱為原子彈；主要利用重氫（daoH，氘）或超重氫（chuanH，氚）等輕原子核的熱核反應原理制成的熱核武器或聚變武器，通常稱為氫彈。中國在1964年10月16日成功爆炸了第一顆原子彈，根據解密的資料，為了這顆原子彈的爆炸，中國一共花費了28億人民幣。[1]1967年6月17日又成功地進行了首次氫彈試驗，打破了超級大國的核壟斷、核訛詐政策，為中華人民共和國作出了巨大貢獻。第五章：原子彈簡介10“小男孩”的結構1945年8月，美國投到日本廣島的那顆原子彈（代號叫“小男孩”）采用的就是槍式結構，彈重約4100公斤，直徑約71厘米，長約305厘米。核裝藥為鈾235，爆炸威力約為14000噸梯恩梯當量。在槍式結構中，每塊核裝藥不能太大，最多只能接近于臨界質量，而決不能等于或超過臨界質量。因此當兩塊核裝藥合攏時，總質量最多只能比臨界質量多出近一倍。這就使得原子彈的爆炸威力受到了限制。另外在槍式結構中，兩塊核裝藥雖然高速合攏，但在合攏過程中所經歷的時間仍然顯得過長，以致于在兩塊核裝藥尚未充分合并以前，就由自發(fā)裂變所釋放的中子引起爆炸。這種“過早點