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跟胖哥学物理杨利伟听“外星人的敲门声”

(2018-10-15 08:07:27)
标签:

杂谈

分类: 生活中的物理
跟胖哥学物理杨利伟听“外星人的敲门声”

         2003年,应该值得中国科学界自豪,因为中国成功把人送入太空。但有已经非常奇怪的时,据中国第一太空人杨利伟回忆,他在神舟五号飞船飞上太空距离地面343千米时,他在一个密闭太空舱,抬头看了看窗外深邃漆黑的宇宙。忽然,在寂静的孤独中,,他听到了那个仿佛来自未知的声音。“咚、咚、咚、咚!”杨利伟称,这个声音是突然出现的,并不一直响,而是一阵一阵的:不分时间,不分昼夜,一点也没有规律,不知什么时候就响几声。既不是外面传进来的声音,也不是飞船里面的声音,而仿佛是谁在外面敲飞船的船体。
         当杨利伟把这种现象说出来大家都感觉神秘,并给出各自猜想。其实,一点也不神奇 只是一种常见现象。后来后来,在“神舟六号”和“神舟七号”飞行时,航天员们也听到了这个声音。其实,最先发现这个现象的时 “阿波罗”飞船上的航天员,他们也曾经多次报告过这种“怪音”现象,还起了一个好听的名字呢——“外星人的敲门声”。
        首先,同学会想?太空不是真空吗?怎么能听到声音?其实,飞船作为一个固体,固体是能够传播声音得到,而且固体传声效果还优于空气,甚至还能集中声音,一个很小声音,在太空那种寂静环境里显得格外分明。
这种声音是怎样产生的?难度真是外星人敲门么?
        其实,这种一种正常的物理现象。科学家给出两种观念:第一、认为是飞船内外的压力变化导致的变形时振动所发出的声音,还有一种认识就是飞船材料在热胀冷缩时体积变化引起飞船材料振动是发出的声音。
        同学学过,大多数物体随着温度升高,体积会增大,而温度降低时体积会减小,这种现象叫做热胀冷缩现象。这种现象在我们生活中处处可见,我们修公路时和装修时瓷砖之间都有留收缩封,如果留封太小,在温度突然变化时,物体由于收缩和膨胀就是发生振动,既然振动就会发出声音。笔者住时单位一间老房子,在一个夜深人静时,就听到过瓷砖由于膨胀时与地面摩擦发出声音,当时亦觉得神秘。后来,才发现是地面瓷砖鼓起来了,才知道时瓷砖膨胀振动造成的。
        其实,这种声音在很多老房子都出现过。另外还有许多人听过“楼上有钢珠落地声”,其实就是钢筋年久、周围轻微蚀空后,细钢筋在管道中发生热胀冷缩时弹动而产生的声音。真的在楼上丢钢珠,楼下反而听不了那么清楚。明白了这一点,大家就懂了为什么许多新房子住五年会出现裂缝原因。其实也是一种温度变化造成热胀冷缩时出现的温度裂纹。
一般情况下,发生新建房屋裂缝是为材料不过关、施工不精细操作导致,由室内外温差照成的,这样内外材料膨胀程度不均匀形成的这些裂纹是温度裂纹,不会影响房屋结构安全。做好封闭处理、进行监测就能及时解决这些裂纹。因温度裂缝是指现浇混凝土出现的裂缝,内外温度差25摄氏度所导致的,是不均匀、不穿透楼板的裂缝,属于龟裂。
         如果是穿透楼板的裂纹,就是属于结构性开裂,这种情况有可能是用来不合格钢筋,因为钢筋与混凝土膨胀系数是否相同,时房屋结构关键。不合法钢筋,都是旧钢筋翻新的地条钢,在相同受热条件下,由于它与混凝土膨胀不同而使钢筋和混凝土脱离,这属于严重的质量问题,如果不及时处理,甚至会出现坍塌现象。
         对于不属于结构性温裂,可以自行处理措施:采用促凝胶浆或氰凝灌浆堵漏。对不渗漏的裂缝,可用灰浆或者水泥压浆法处理。对于结构所出现的环形裂缝,应该及时跟质量监测部门联系,要在没有安全隐患前提下才自行处理。可采用埋入式橡胶止水带、后埋式止水带、粘贴式氯丁胶片以及涂刷式氯丁胶片等方法处理。不过对于新商品房,建议不要入住,应该拿起法律武器,要开发商退房,因为毕竟是住人的,安全应该放在首位。
        不过,两种金属在受热相同条件下,膨胀系数不一样,在我们生活中还有很多应用。譬如双金属片,由于铜和铁在受热时铜膨胀快,所以向铁弯曲;相反,遇冷时,铜收缩快,会向铁弯曲。利用双金属片我们可以制造温度计。同时 可以用来做温控的开关。
         其实,关于杨利伟听到声音,我国航天界也做过实验来证明产生的原因,发现主要是舱内外压力引起的。2014年2月3日到5月20日月宫一号进行105天长期高闭合度有人实验时, 舱内实验人员经常能听到这个声音。
        月宫一号是密闭舱室,舱室内温度和湿度是调控在适宜舱内人或生物生活相反或生长的条件。例如,综合舱内的温度保持在23±2 , 湿度是55±5%。舱内温度会在21 到25 之间变化。在温度变化的过程中, 舱室内的压力也会随着温度的变化而变化(根据理想气体状态方程:pV=nRT)。因此舱室内外压差会发生变化,导致舱体内壁的材料就会发生一些形变:内外压差变大时,向外变形,减小时,向内变形,从而出咚咚的响声, 听上去类似外面有木头锤子敲在舱上面的感觉。
         有了月宫一号实验,后来在与俄罗斯同行交流中获得的信息也证实这种猜想的正确性。因为在20世纪80年代,前苏联科学家在做BIOS-3系统实验时,也听到了类似的声音,后来确定了是压力变化导致的变形所发出的声音。看了,杨利伟听到声音并不是外星人敲门,是由于舱室的气密性很高,内外压力差造成了舱的振动产生的。由于与舱内温度发生变化时,内外气压会发生改变,这样就会引起振动。如果压力差不变,是不会引起振动的。
         飞机起身和降落时,也会由于气压改变让人的耳朵很难受,其实原理也差不多。当飞机当起飞与下降时,耳道的气压是跟外界大气压一致的,而鼓室内的压力还来不及调整,耳膜两边就产生了压力差,使耳膜充血。此时乘客就会感到耳朵疼,且人耳对飞机降落时的气压差更敏感、更疼痛。
         人类在探究未知世界时,还会遇到更多奇异现象,但是我们一定本着科学态度,发现背后规律,这样也带来科学进步,这也是我们为什么要去登月一个目的之一,希望我们发现新的现象更多,让人类了解和探究更多 这样人类就进步了。
        这就是科学态度,从大胆猜想到实验验证,人类就是在这种永不服输精神鼓励下前进的,而不是在经典里找证据,那不是一种科学态度!
2018年10月14日于宜昌市夷陵区吾同斋

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