十万个为什么

新编十万个为什么之物理知识2

为什么通过声纹能够侦破电话犯罪
强盗在绑架人质后,打电话给家属,向他们索取钱财;利用电话向自己的竞争对手进行威胁和恐吓;模仿社会名流的声音进行诈骗活动;某些极端主义组织,在进行恐怖活动前,利用电话进行威胁性警告,或在进行了恐怖活动后,用电话向警察当局发出示威性通告……

所有这些利用电话进行犯罪活动的激增,加剧了西方世界的动荡不安,引起了社会各界的普遍关注。人们强烈要求找出一种对付电话犯罪的有效办法来。这就促使技术专家们对罪犯留下的唯一痕迹——电话录音,进行了深入细致的分析研究。通过大量的实验和研究,专家们发现,通过“声纹”进行追踪,是侦破电话犯罪的最有效武器。

所谓“声纹”是指将一个人讲话的声音,输入声音分析器进行分析,并画出在不同频率范围内声音强度的分布曲线,这就是这个人的声纹。

根据科学家们的研究,每个人从十几岁发育变声后直到50多岁,他的声纹基本上保持不变,而每个人的声纹都是不相同的,这是因为每个人的发声器官总有些差异,每个人在学习语言时所养成的习惯也有不同。这一切在声纹图上看得很清楚。

由于每个人的声纹都不相同,因此,声纹可以看作是“声音的指纹”,可用来识别犯霏者。只要事先录有每个人的声纹,一旦发现有电话犯罪活动时,只要将录下的罪犯的声纹和存档的声纹逐一进行比较,就能找到谁是犯罪者。在日本,曾发生过一个妇女冒充前首相田中用电话进行诈骗的案件。尽管这个女罪犯模仿得惟妙惟肖,但是,用声纹方法一检查,马上就原形毕露了。

不但一般人的声纹能进行识别,即使是两个身长、体重都相同,并在同一环境中长大的双胞胎,他们的说话声音是那样相似,以至连亲生父母都难区分,但是从声纹图上仍可以看出微小的差别来。

从原理上,根据声纹图可以识别出不同的讲话人,然而,实际做起来却很麻烦。如果再考虑到电话线路内的杂音干扰的话,困难就更大了。所以,声纹鉴别人员都必须经过专门的训练。

目前,国外正研制出一种计算机声纹识别系统,它能高速处理声纹图案。

为什么可以利用超声波进行清洗
随着我国工业的发展,在工业中利用超声清洗,从而代替陈旧的手工清洗及其它清洗工艺,这不仅对改善工人劳动强度,提高产品质量有着举足轻重的作用,而且对节约能源和提高经济效益也有明显效果。

超声清洗是借助于超声波在液体中的空化作用来进行的。我们知道,由于超声波的频率很高,所以振动的速度很快。当强烈的超声波在液体中传播时,液体中的某一点在某一时刻由于压强的增大将受到来自各方的拉力。如果压强减小到低于静压强一个大气压以上时,也就是说,由于超声波所给予液体某一点的负压强在数值上大于一个大气压以上,液体将被拉伸而破裂。由于连续性的破坏,在液体中将出现细小的空穴,这神细小空穴的产生就是空化形成的过程。根据动力学理论,这种细小空穴在完全闭合时,将由其中心传播出一个球形冲击波,其压力值可达上千个大气压,依靠这个很大的往复发生的冲击力,附着在固体表面的油污及其它附着物被冲击下来。这个过程是短暂的、循环的,因此,固体表面附着物就不断地被击于液体中,从而达到清洗的目的。

超声波清洗的优点很多,尤其对清洗渗透到物体表面的微粒有独特效力。目前广泛用于电子行业中硅磨片的清洗,精密光学仪器的透镜及其它玻璃件研磨后的清洗。利用超声波在液体中的空化作用,还可清洗具有各种槽、孑L、螺纹等形状复杂的物体,如钟表器件、医疗器械、喷油嘴、拉丝模、电镜铜网等,不但有显著的效力,而且还可降低成本。还有的用超声波清除金属件上的锈蚀层。在特殊的行业中采用超声清洗代替高压、高温等清洗手段,特别是对有毒工序器件的清洗更是具有广泛的应用。

怎样克服声障
早期的飞机都是用螺旋桨作推进器的。这种飞机可以达到每小时700多公里的速度,比汽车要快得多。可是人们还不满足,声音1小时就可以“跑”1200公里,飞机能不能追上声音呢?为了达到这一目的,人们设计了一种新式的飞机,这种飞机不用螺旋桨推进,而是靠向后喷射大量高压气体产生的反冲力向前飞行,这就是大家熟知的喷气式飞机。第一架喷气式飞机的速度一下子提高了很多,以后经过不断改进,可以达到每小时975公里。在这场人类同大自然的赛跑比赛中,看来飞机要超过声音了。

然而想不到的惨事发生了。当试飞的喷气式飞机速度继续增大时,突然友生了一阵雷鸣般的巨响,一眨眼,正在飞行的飞机被炸得粉碎,好像撞上了一座大山似的。科学家对这件怪事作了深入的调查研究,终于找到了凶手——空气,是空气墙把飞机撞碎了。

原来一切物体,包括飞机在内,在空气中运动时,都会给前面的空气以一定的压力,使物体前面的空气压紧,形成一架肉眼169看不见的“墙壁”。物体运动速度越大,这垛“墙”越坚固(密度增大)。

这么说,人人都得担心碰上这垛墙了。绝不是!因为空气墙总是以声音的速度往前跑的,只要在低于声音的速度范围内运动,就不可能追上它。只是对于一架想要超音速飞行的飞机或其他物体来说,那就势必要碰上空气墙,发生前面那样的惨案。人们把空气的这种作用称为声障。

那么,能不能克服声障?难道人类制造的飞机永远甘心落后于声音?不,科学家找到了一种办法,把飞机的外形改一下,使机身做成纺锤状的,两头尖、中间粗,再把飞机的两只翅膀尽量朝后掠,飞机就可以顺利地穿过空气墙了。

今天,一些先进的喷气式飞机的速度已达到了声速的两倍,甚至三倍于声速的程度。在这场与声音赛跑的竞赛中,人类胜利了!

怎样让次声波为人类造福
次声波和超声波一样,也是入耳朵听不见的声音。所不同的是:强大的超声波传播几百米后就精疲力尽,以至完全消失;次声波在传播过程中,能量却损失很少,因而跑得既快又远。1883年,印尼克拉克脱火山爆发产生的次声波,绕地球跑了三圈,持续了108小时。1960年,智利大地震发出的次声波竞传遍了全世界。

在海洋、地层等光和无线电波几乎“寸步难行“的领域,次声波却能出入自由。正因为它有这种特性,所以可以用来勘探埋藏很深的矿藏,测定同温层中冷热空气团的分布,检查运转着的机器的隐患。还可以用来进行海啸、风暴、火山爆发、磁暴等自然现象的预报。高灵敏度的次声探测器,还可用来监视火箭发射170和核试验。目前,用这种方法已能“听”到1500公里外阿波罗宇宙飞船的火箭发射,也能测知5000公里外地震的发生。

人体也在时刻不停地向四周发射次声波。心脏每分钟跳动70次,发出每秒振动1.2次的次声波;肺部每分钟呼吸18次,发出每秒振动0.3次的次声波。血管的胀缩,胃和肠的蠕动,以及其他器官的活动,都会发射出不同频率的次声波,它们像广播电台一样,用不同频率向外播音。因此,医生可以用特殊的次声波“收音机”收听人体中各种播音,了解它们的工作情况,做出正确的诊断。

次声波在农业生产中,还有一套耐人寻味的本领呢!二十几年前,科学工作者曾做过试验:在农作物试验的温室旁边,安装一个低速电动机,让它每天早晨空转一小时,花卉开放得早。这说明,电动机空转时产生的次声波,能促进农作物生长。

为什么声波也有唤雨的神通
天要下雨,必须是有一定的降雨条件,那就是云层中冰晶增多,水滴增大。

人工降雨,过去一般常用的方法有三种:一种是向云层中输送冷却剂,一般用飞机在适当的云层中撒布干冰,即固体二氧化碳;另一种方法是向高空洒布与冰晶结构极为相似的碘化银、氧化二铝、樟脑或酒精等药剂,作为凝结核,使云层申冰晶增多,或云滴增大而降雨;还有一种方法是用飞机在适当的云层中直接喷出大水滴,直径在二十分之一毫米,使云层底部云滴间起合并作用而降雨。

不久前,国外利用声波振动云层,进行了人工降雨的试验成功。这种新的方法,称为“声波唤雨”。每当天空阴云密布的时候,忽然雷电大作,亮光闪闪,雷声隆隆。当震耳欲聋的霹雳之171后,倾盆大雨随之而至,这是强大声波的振动所形成的。科学家们在这种自然现象的启发下,利用声波的振动作用,用声波进行人工降雨的试验。试验时所用的声波发生器,是几只横断面为9平方米、25千瓦的扬声器,向空中云层发射声波。根据在空中云层中进行摄影并加以观察,可以观察到在冰点以上温度的云雾是极微小的水滴形成的,也有少数比较大一些的水滴混在里面。在一般的情况下,它就能形成雨滴而降落在地面。但是,体积过小的水滴被上升气流所扶托,一直漂浮在高空的气流中,不能下降。在这种情况下,如果把强大的声波向天空发射,就能使高空中漂浮着的微细水滴凝结成雨滴而下降。