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科普论文

发布时间:2014-06-10 11:22:15  

趣谈马路奇观

假日一天,蓝天白云,晴空万里。乘车飞驰在开阔的公路上,隐约见几百米还的路上出现了一大滩水。难道下了阵雨?莫非有洒水车经过?还是有人在给绿化浇水???种种疑问接连不断地自脑海中冒出。可是当车子渐渐靠近那块“湿地”后,水渍却慢慢消失了,就像在数秒内蒸发了一样。不一会儿,类似地水渍又在一旁出现了。这是为何?

在网上,我提出了疑问,得到了很多颇有道理的答覆。有三种解释支持的人数最多。

一、这是一种“海市蜃楼”的表现。这是“全反射”生成的。在太阳的爆晒下,路面吸收太阳辐射热量的能力较强,温度较高,使附近的空气也有了较高的温度,热胀冷缩的原因,热的空气密度较低,于是和上方密度较高的空气产生了不同密度的交界,从密度较高介质向密度较低介质的光线在入射角足够大的情况下会发生“全反射现象”。这种现象的发生,两种介质折射率差别越小,需要的最小入射角越要接近90度。

二、地面低洼处在烈日下形成一面凹面镜,而高处则形成一面凸面镜,在反射作用下,阳光进入眼睛。但是,因为是地面,没有镜面反射效果好,所以,开车时看到的地面总像湿的,其时是阳光的反射。

三、公路里的水分被太阳晒得变水蒸气。水蒸气蒸发到空气中离得远,面积大;离得近,面积小。它的密度在行驶过程这段时间基本没变,所以近了就看不到,不是海市蜃楼。 首先排除了第三点,原因是经过长时间的暴晒,及近数月的晴天,公路不可能有大量的水蒸气蒸发进入空气中,便不可能会有不同密度的空气,与事实不符。在可以排除第二点,因为地面大体呈水平,而沥青路表面较粗造,对于阳光进行的是漫反射,便不太有可能形成凹凸面镜。所以只剩下第一种解释最为合理。

因此,我进行了如下一个小实验。

在一间不通风的屋子里,把一块长1.5米宽20厘米的平滑铁片横放在几根用铁管(或用木棍代替)做成的小柱子上,在铁片上撒上薄薄一层沙,做成沙漠型的表面。用深色的纸剪成树和骆驼,贴在一块毛玻璃(乳白色玻璃)上,把玻璃板放在铁片的一端,和铁片垂直,使树和骆驼露在沙层上面。在玻璃板后下方,用一只手电筒向上照射,在铁片的另一端看去,好像树木和骆驼后面衬托着明亮天空一样。然后,用小的煤球炉三只,放在铁片下面来加热(或用一只长型的炭盆,有条件时用长型的电炉加热最为理想)。加热时,要注意铁片各处 加热要均匀,特别是靠近毛玻璃一端三分之二的地方。

这样,当加热一定时间以后,用手靠近沙面,感到很热时,开始沿薄铁片往毛玻璃方向观察。你就能发现沙面下方出现树木和骆驼的倒影,好像树木和骆驼旁边有湖水时所形成的倒影一样。

这种现象就是“海市蜃楼”。海市蜃楼是一种反常的折射现象,它是光线在垂直方向密度不同的大气层中传播,经过折射造成的结果。常分为上现、下现和侧现海市蜃楼。 凡是物体的映像或幻景看上去好像从天空某一空气层反射而来的,则称为上现蜃景。上现蜃景常出现在海上,和北方有冰雪覆盖的地方。这是因为海水表面蒸发时要消耗热量同时海水温度的升高缓慢,而在冰雪覆盖的地区由于冰雪面能将大部分太阳光反射掉同时冰雪融化时也要消耗大量热量,致使下层的温度变得很低,因此在这些地方最容易出现强烈的逆温 现象。如果近地面层是强逆温时,空气密度会随高度迅速减小,光线在这种气温随高度升高因而使空气密度随高度减小的气层中传播,会向下屈折,还方地平线处的楼宇等的光线经折射进入观测者眼帘,便出现了上现蜃景。

凡是物体的映像或幻景看上去好像由地面反射而来的,则称为下现蜃景。下现蜃景大都出现热季的沙漠上或冬季暖洋流的海上。在晴朗少云平静无风的天气里,阳光照射在干燥的沙土上,沙土的比热小,土温上升极快,这里几乎没有水分蒸发,土壤分子传热又极慢,热

量集中在表层,所以接近土壤层的空气温度也上升的很快,但上层空气却仍然很凉。当近地层是强烈降温层时,气温随高度很快降低,空气密度随高度很快增加,而光线在气温随高度而降低的气层内传播时会向上屈折,还方地平线处的景物的光线,经折射后直入观测者眼帘,便出现了下现蜃景。

当水平方向的大气密度很不同,使大气折射率在水平方向存在很大不同的时候,便可能出观测向蜃景。

柏油马路因路面颜色深,夏天在灼热阳光下吸收能力强,同样会在路面上空形成上层的空气冷、密度大,而下层空气热、密度小的分布特征,所以也会形成下蜃。

海市蜃楼的现象在古书中时常出现。《史记·封禅书》:“自威、宣、燕昭,使人入海求蓬莱、方丈、瀛洲。此三神山者,其传在勃海中,去人不还,患且至,则船风引而去。盖尝有至者,诸仙人及不死之药在焉,其物禽兽尽白,而黄金白银为宫阙。未至,望之如云;及到,三神山反居水下;临之,风辄引去,终莫能至。”宋朝沈括《梦溪笔谈》、明朝方以智《物理小识》、清朝蒲松龄《山市》也有所记载。

总而言之,这一切的一切在科学的探索和解释下都不神秘,也许你也有幸目睹这罕见的海市蜃楼!

车宇超

2013年8月

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