趙高峰 王保才 蔣俊華 江秋穎 尹國(guó)盛

（河南大學(xué)物理與電子學(xué)院，河南 開(kāi)封 475004）

人類(lèi)剛開(kāi)始利用物理學(xué)是在原始社會(huì)，僅僅是將石頭打磨制作成尖銳的工具等。隨著人類(lèi)對(duì)物理學(xué)認(rèn)識(shí)的加深，使得其應(yīng)用范圍越來(lái)越廣，尤其是現(xiàn)在，物理學(xué)在現(xiàn)代生活的應(yīng)用更加廣泛，牽涉到人們生活的方方面面。本文僅就衣、食、住、行、娛樂(lè)各舉一例說(shuō)明之。

1 物理學(xué)在現(xiàn)代衣服中的應(yīng)用

人類(lèi)的衣服從原始社會(huì)的獸皮開(kāi)始經(jīng)歷了麻、棉、絲、尼龍等，而社會(huì)發(fā)展到今天，人們衣服的面料也出現(xiàn)了多種，這其中不乏應(yīng)用物理學(xué)原理而造出的新面料，將這種新面料應(yīng)用到衣物的制造中，人們時(shí)刻體驗(yàn)著物理學(xué)帶來(lái)的舒適便捷。

現(xiàn)在的冬天雖然很冷，但是大家穿的衣服卻越來(lái)越薄，究其原因是物理學(xué)的發(fā)展，人們將物理學(xué)應(yīng)用到衣服的制作中，其中具有代表性的就是紅外線保暖內(nèi)衣。由于紅外線是一種不可見(jiàn)光，它的波長(zhǎng)比可見(jiàn)光長(zhǎng)，由公式c=λv可知，可見(jiàn)光的頻率比紅外線的要低。人們最常用的是紅外線的熱作用，因?yàn)榧t外線的頻率比可見(jiàn)光更接近固體物質(zhì)分子的固有頻率，所以它更容易引起分子的共振以達(dá)到加熱的目的。這是因?yàn)榧t外線的電磁能量轉(zhuǎn)化成了內(nèi)能，從而使物體發(fā)熱。根據(jù)這個(gè)道理，紅外線可以用來(lái)加熱或者烘干物品。紅外線保暖內(nèi)衣就是將紅外線這種能量的轉(zhuǎn)化原理利用到貼身所穿的衣物上來(lái)達(dá)到保暖效果的。紅外線可以分為遠(yuǎn)紅外線和近紅外線，但是遠(yuǎn)紅外線的波長(zhǎng)要比近紅外線的波長(zhǎng)長(zhǎng)。根據(jù)科學(xué)家的反復(fù)研究，最后得知遠(yuǎn)紅外線更容易被人類(lèi)的皮膚吸收，保暖效果會(huì)更好，所以在制作保暖衣的時(shí)候大多會(huì)采用遠(yuǎn)紅外線技術(shù)制作遠(yuǎn)紅外線保暖內(nèi)衣。

2 物理學(xué)在現(xiàn)代食物中的應(yīng)用

目前，困擾眾多上班族的最大問(wèn)題是午飯。由于一般的電爐耗電量大，天然氣等明火設(shè)備在公共場(chǎng)合使用不安全，很多公司都禁止在工作場(chǎng)合做飯，而天天在飯店吃飯不實(shí)惠且營(yíng)養(yǎng)不均衡，因此，便攜式遠(yuǎn)紅外輻射節(jié)能型加熱飯盒應(yīng)運(yùn)而生。

便攜式遠(yuǎn)紅外輻射節(jié)能型加熱飯盒是通過(guò)電能激發(fā)遠(yuǎn)紅外輻射進(jìn)行加熱的一種新型加熱器，其工作原理如圖1所示。它是以優(yōu)質(zhì)鋁合金作為基體材料，由外中內(nèi)三層組成，其中外層有絕緣隔熱物質(zhì)、中層有電阻絲、而內(nèi)層則涂有遠(yuǎn)紅外線輻射材料。在通電以后，電能轉(zhuǎn)換成熱能，傳遞給涂有遠(yuǎn)紅外輻射材料的內(nèi)層，內(nèi)層向外輻射紅外線并被食物充分吸收，從而起到加熱食物的作用。而輻射線以光速到達(dá)食物表面，由于損失的能量小，而且在電磁波穿透能力的作用下，食物受熱均勻營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)幾乎不會(huì)遭到破壞，這讓廣大的上班族不但可以食用到美味可口的飯菜而且營(yíng)養(yǎng)也均衡。在飯盒上不僅有交流電接口，還可以通直流電。這樣不僅可以在室內(nèi)使用，還可以在室外使用?；谝陨蟽?yōu)點(diǎn)，便攜式遠(yuǎn)紅外輻射節(jié)能型加熱飯盒在上班族中很受歡迎。

圖1 便攜式遠(yuǎn)紅外輻射節(jié)能型加熱飯盒

圖2 磁懸浮列車(chē)結(jié)構(gòu)原理圖

3 物理學(xué)在現(xiàn)代住宿中的應(yīng)用

時(shí)間的年輪不停地旋轉(zhuǎn)，物理學(xué)也在不斷地發(fā)展，人類(lèi)利用著物理學(xué)讓自己的生活過(guò)得越來(lái)越好，其住宿就是一個(gè)方面。從剛開(kāi)始人類(lèi)的以天為被以地為床，到知道蓋房子造床等，直至今天，物理學(xué)在現(xiàn)代住宿中的應(yīng)用越來(lái)越廣泛。

在現(xiàn)在人們的日常生活中，空調(diào)越來(lái)越普遍。在嚴(yán)冷的冬天空調(diào)可以帶來(lái)溫暖，酷熱的夏天空調(diào)可以帶來(lái)涼爽。但是空調(diào)的弊端隨著其大面積的推廣也逐步顯現(xiàn)出來(lái)?？照{(diào)不僅很耗電能，而且當(dāng)人們長(zhǎng)期置身于空調(diào)環(huán)境中，人們的身體還會(huì)遭到損壞。所以，各種新型高效環(huán)保節(jié)能的綠色取暖設(shè)備就應(yīng)運(yùn)而生了，其中具有代表性的就是地源熱泵中央空調(diào)。地源熱泵是一種利用地下淺層地?zé)豳Y源既能供熱又能制冷的高效節(jié)能環(huán)保型空調(diào)系統(tǒng)。這個(gè)系統(tǒng)是通過(guò)先進(jìn)的熱泵機(jī)組使吸收了太陽(yáng)能的大地土壤、地下水、地表水等形成了低位能源轉(zhuǎn)換成可利用的高位能，以達(dá)到為建筑物供應(yīng)冷熱水的目的。在冬天和夏天，通過(guò)很少的電能實(shí)現(xiàn)能量的搬運(yùn)和轉(zhuǎn)移，并利用熱交換對(duì)室內(nèi)進(jìn)行升溫和降溫。

4 物理學(xué)在現(xiàn)代出行中的應(yīng)用

交通工具使得交通活動(dòng)得以進(jìn)行。從古至今，交通工具不斷的發(fā)展著，從最初的以動(dòng)物為交通工具到封建社會(huì)的馬車(chē)和轎子，還有近些年來(lái)越來(lái)越多樣化的交通工具讓人眼花繚亂，人類(lèi)的生活也得到逐步改進(jìn)，磁懸浮列車(chē)就是其中一例。磁懸浮列車(chē)是以電磁鐵相斥原理建設(shè)的鐵路運(yùn)輸系統(tǒng)，它的時(shí)速可以達(dá)到350 km到500 km，其結(jié)構(gòu)原理圖如圖2所示。在磁力的作用下，列車(chē)懸浮在空中，在列車(chē)開(kāi)動(dòng)時(shí)不用和地面接觸，因此其阻力只有空氣的阻力。其實(shí)，在地上放置的是一個(gè)不結(jié)線的線圈，當(dāng)移動(dòng)的磁力線穿過(guò)線圈時(shí)，就產(chǎn)生電和磁的感應(yīng)現(xiàn)象，也就是我們常說(shuō)的電生磁。這時(shí)，地上線圈內(nèi)就因?yàn)橛须娏鞯牧鲃?dòng)而變成磁體。裝有電磁鐵的列車(chē)在軌道線圈上移動(dòng)的時(shí)侯就會(huì)產(chǎn)生相互排斥的力量，這樣列車(chē)會(huì)懸浮在軌道之上1 cm處，騰空而行，創(chuàng)造了幾乎零高度空間飛行的一大奇跡。磁懸浮列車(chē)有兩種，一種是超導(dǎo)的，一種是非超導(dǎo)的。我國(guó)上海的磁懸浮列車(chē)是常規(guī)的、非超導(dǎo)的，鐵路全長(zhǎng)30 km，單程運(yùn)行時(shí)間約為8分鐘，為出行旅客提供了極大方便。

5 物理學(xué)在現(xiàn)代娛樂(lè)中的應(yīng)用

在古代，大家都是日出而作日落而息，就算平時(shí)的娛樂(lè)，除了彈琴繡花閑聊之外，就只剩下看戲和聽(tīng)書(shū)了。然而，隨著物理學(xué)的發(fā)展，人類(lèi)的生活越來(lái)越豐富多彩，除了傳統(tǒng)的娛樂(lè)方式之外，越來(lái)越多的高科技娛樂(lè)也進(jìn)入了大家的生活。

從2011年央視春晚開(kāi)始，激光舞走進(jìn)了大家的視野。在激光舞表演中，演員通過(guò)配合音樂(lè)做出抓光、打光、轉(zhuǎn)光、折光等新奇的動(dòng)作來(lái)完成表演，給人以強(qiáng)烈的震撼。它仿佛將我們帶入了奇妙的太空，玄幻的世界，讓我們享受一場(chǎng)光的變換之旅。激光舞是舞蹈的一種，但卻是融合了以物理學(xué)為基礎(chǔ)的高科技的舞蹈。

激光舞的出現(xiàn)多虧了激光。如果原子或者分子等微觀粒子具有高能級(jí)E2和低能級(jí)E1，E2和E1能級(jí)上的布居數(shù)密度為n2和n1，在兩能級(jí)間存在自發(fā)輻射躍遷、受激輻射躍遷和受激吸收躍遷三種方式。受激輻射躍遷所產(chǎn)生的受激輻射光，與入射光具有相同的頻率、相位、傳播方向和偏振方向等。因此，大量粒子在同一相干輻射場(chǎng)激發(fā)下產(chǎn)生的受激輻射光是相干的。受激輻射躍遷概率和受激吸收躍遷概率均正比于入射輻射場(chǎng)的單色能量密度。而在激光舞表演時(shí)，演員穿上特制的衣服，當(dāng)激光打到衣服上時(shí)，利用光的反射，將人燈合一，光和影完美地結(jié)合在一起，再配上音樂(lè)等，一場(chǎng)精美絕倫的激光舞表演就呈現(xiàn)在大家眼前。

總之，在現(xiàn)代生活中，物理學(xué)時(shí)時(shí)刻刻充斥在我們的周?chē)幸郧凹夹g(shù)的新應(yīng)用，同時(shí)還有一些新的科技。物理學(xué)在大家穿衣、吃飯、住所、出行和娛樂(lè)等各個(gè)方面，通過(guò)熱學(xué)、光學(xué)、力學(xué)、電學(xué)、磁學(xué)等方式得到合理應(yīng)用。正是物理學(xué)這么多年不斷地發(fā)展，才會(huì)有那么多美好的事物走進(jìn)人類(lèi)的生活當(dāng)中。相信在不久的將來(lái)，通過(guò)以物理學(xué)為基礎(chǔ)的高科技的進(jìn)步，大家的生活會(huì)更加美好。

[1]尹國(guó)盛，彭成曉.大學(xué)物理（下冊(cè)）[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2010.

[2]尹國(guó)盛，楊毅.大學(xué)物理基礎(chǔ)教程（全一冊(cè)）.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2011.