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百佬汇认证官网 - 光线爱偷懒,所以才能走直线|王木头讲科学

2019-12-24 08:15:10 来源:网络

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给孩子最好的科学教育

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今天是王木头讲科学的第8期节目。

来自北京大学的木头哥哥是把科学带回家的明星主持人,他最擅长给孩子讲有趣的科学。

▼▼ 用听的 ▼ ▼

▼▼用看的▼ ▼

2200多年前,在地中海的东边即将发生一场大战。当时强大的罗马帝国为了征服西西里岛派出了强大的舰队。当地的国王在海上迎击,结果节节败退,只能退守在一个海边的小城堡然后不敢出去。

当国王还在担心自己马上就要亡国的时候,救世主出现了。而这个救世主是国王无论如何也想不到的。他不是武力强大的战士,而是聪明的阿基米德。他应该是当时最有名的科学家了,说过的最有名的话就是“给我一个支点我可以翘起整个地球”。

这一次阿基米德挺身而出,在他后面的随从们还携带着几十个大铜镜。他告诉国王,这些铜镜就是致胜的法宝。他来到了城堡上面,可以看到远处在太阳下成群结队的舰队。于是他就命令,让自己的随从们摆好铜镜的位置,反射阳光,把所有的光线都集中在一只船上。很快就看到这只船冒起烟了,最后烧着了。紧接着把目标换到下一艘船,就这样一艘一艘的战舰就被点燃了。最后,在所有人的惊叹中阿基米德取得了胜利。

当然这个故事只是一个传说,现在也有人去拿大镜子试验过,并没有成功。如果这是真的话,那么阿基米德就是第一个在战场中使用“激光武器”的人了。

好了,故事听完了,我们开始这一次正式的内容,来聊一聊光。这可是直接引起相对论革命的东西。光的确很神奇,在以前的一些节目里面讲过,万事万物都是由原子和分子组成的。我当时是懒省事,还真有些东西并不是由原子分子组成。现在反例来了,光就是一种特别的东西,它是在现实中的确存在的,我们可以看得见,也能感觉得到,比如阳光照在身上感觉暖暖的。可是它并不是有原子和分子组成。

有关光到底是什么的问题非常复杂,科学家们为此争论了成百上千年。这个问题,我们后面在回答。我们先来看看有关光的另外两个重要的话题。一个是,光的路径,一个是光的速度。

光的路径,就是光线走过的路线。或许你会疑惑了,光走过的路线还需要讨论吗?走直线啊?没错,的确是这样的。很久之前人们就知道这一点了。我们前面几次讲科学发现的故事,最多也就是往回倒300年啊,400年啊,而光走直线的这个发现,我们要往前倒2000多年前。那个时候的人们就已经很确定,光是走直线的了。

不仅这样,还发现了光也并不是傻愣愣的只知道向前冲,有的时候还是可以改变方向的。所以才会有阿基米德利用铜镜来改变阳光的方向攻击敌军。这就是利用了光会被反射的原理。光是可以像弹力球一样被镜子反弹回来的。

除了镜子,还有一种情况也会让光线发生变化,就是光线的折射。最早发现的应该是人们在捕鱼的时候,有经验的人知道一些捕鱼的技巧。他们明白不能是从水面上看到鱼在什么位置,就扑过去,而是应该扑向旁边一点的位置。因为光线从空气进入水里,或是从水里射出水面,都是会发生一些角度偏转的。如果你把一根筷子伸进半杯水里,从侧面看也会发现筷子好像被折断了一样。看起来就像是水下的筷子位置发生了改变。这就是光线折射给我们带来的错觉。

光线的反射很好让人理解,用反弹的小球就能想象出来。如果光线是直直地照到镜子上,那么就会直直的在反射出来;如果光线照向镜子,而且还和镜子有一个角度,那么反射的光线就会从另外一边按照这个角度反弹出来。不过这个折射就很奇怪了,为什么光线会发生偏转,偏转的角度为什么是这么大,不能大一些也不能小一些。这一直困惑了科学家们很久,直到后来的一个叫做费马的数学家解开了这个谜题。

我们最开始的印象,光是喜欢走直线,我们同时也知道两点之间直线最短,所以很容易我们就会给我们一个印象,光线是喜欢偷懒的,总是喜欢找到最短的距离走。可是折射打破了这个规律,折射之后的光线发生了弯折了,路线肯定会变长。而费马却说,光的路线变长了?没有关系,光仍然是爱偷懒的,不过它不是为了走最短的距离,而是为了花费最少的时间。

为什么会这么讲呢?我们下次再继续讲解。

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