动物界的“雷达兵”
故事里的大学问
1793年夏季的一个夜晚，意大利科学家斯帕拉捷走出家门，放飞了几只蝙蝠。只见这些蝙蝠轻盈地飞向夜空，并发出“吱吱”的叫声。斯帕拉捷见状，感到不可思议。因为在放飞蝙蝠之前，他已经用小针刺瞎了蝙蝠的双眼，为什么瞎了眼的蝙蝠还能如此敏捷地飞翔呢？
斯帕拉捷决定解开这个谜题。于是，他又把蝙蝠的鼻子堵住，放了出去，结果，蝙蝠还是照样飞得轻松自如。那问题是不是出在蝙蝠的翅膀上呢？斯帕拉捷又在蝙蝠的翅膀上涂了一层油漆，但这依然没有影响蝙蝠的飞行。
最后，斯帕拉捷塞住了蝙蝠的耳朵，这一次，飞上天的蝙蝠东碰西撞的，很快就跌了下来。原来，蝙蝠是靠听觉来确定方向，捕捉目标的。可是它究竟是怎么样通过声音来定位的呢？
真相是这样的
原来蝙蝠在飞行时，一边飞，一边从嘴巴里发出一种超声波，这种超声波，一碰到障碍物，就会立刻反射回来，蝙蝠听到了，就会迅速做出反应，避开障碍物，所以，蝙蝠不仅能够在黑夜里自由飞行，还能捕捉小生物呢！人们把它们称为“动物界的雷达兵”。
那么，什么是超声波呢？人们将每秒钟振动的次数称为声音的频率，单位是赫兹（Hz）。人类耳朵能听到的声波频率为20～20000赫兹。当声波的振动频率小于20赫兹或大于20千赫时，我们就无法听到了。因此，我们把频率高于20000赫兹的声波称为“超声波”。
超声波有两个特点：一是能量大，二是沿直线传播。在振幅相同的情况下，一个物体振动的能量跟振动频率的二次方成正比，超声波在介质中传播时，介质质点振动的频率很高，所以，超声波的能量很大。
1942年，奥地利医生杜西克首次用超声技术扫描脑部结构。到了20世纪60年代，医生们开始将超声波应用于腹部器官的探测。如今超声波扫描技术已成为现代医学诊断不可缺少的工具。
B超检查就是其中之一。人体各个内脏的表面对超声波的发射能力不同，健康内脏和病变内脏的反射能力也是有区别的，B超就是根据内脏反射的超声波进行造影，从而帮助医生分析体内的病变。
如今，超声波的应用非常广泛，人们制造出了超声波加湿器，把超声波通入水罐中，剧烈的振动会使罐中的水破碎成小雾滴，再用小风扇把雾滴吹入室内，就可以增加室内空气的湿度。对于咽喉炎、气管炎等疾病，药力不能到达的患部，利用加湿器的原理，可以将药液进行雾化，让病人吸入，以增进疗效。
超声波在金属零件、玻璃和陶瓷制品的除垢方面也是一把好手，如果在放有这些物品的清洗液中通入超声波，清洗液的剧烈振动就会冲击物品上的污垢，从而快速洗净物品。
刚才我们提到超声波是沿直线传播的，但是，波在遇到障碍物时，会偏离原来直线传播的路径，这叫作衍射。不过波长越短，衍射现象越不明显，所以说超声波是沿直线传播的。根据超声波的这个特性，人们在渔船上安装了超声波发生器，它旋转着向各个方向发射超声波，超声波遇到鱼群会反射回来，这样渔民就可以知道鱼群的位置了，这种仪器叫作声呐。
总之，我们生活的方方面面都有了超声波的身影。
超声波虽然给人类做了不少的贡献，但同时我们也不能忽视它带给我们的伤害。既然是声波，就会带有一定的能量，描述声波平均能流密度的大小的物理量是声强，单位是瓦特每平方厘米。声强越大，超声波的能量也就越大，对生物体所能产生的作用也就越大。超声波带给我们的危害主要表现在三个方面：
1.振动。
一般医用的超声波，频率都在1兆赫至30兆赫，即每秒振动一百万次以上。如此高频率的振动，会导致细胞之间的连接松脱，造成组织的损害。如震荡的幅度较大，细胞膜的强度无法承受，甚至会把细胞撕裂。
2.加热。
超声波带有能量，被人体细胞吸收以后，能转化成热量，导致局部细胞温度上升，这种温度的改变一般来说是微小且缓慢的，但人体的一些组织比较不耐热，比如睾丸组织和胚胎，长时间地暴露在超声波下，就有可能引起损伤。
3.空化效应。
超声波会对生物体产生“空化效应”，即超声波的高频振动，会使受到震荡的液体产生肉眼看不见的微小气泡，这些气泡受到声波挤压，会瞬间缩小，然后爆裂，同时释放出大量能量，从而灼伤周围的组织。
盲童不盲
故事里的大学问
在美国加利福尼亚州萨克拉门托，有一个名叫本·安德伍德的15岁男孩。本·安德伍德在2岁的时候就被诊断为双眼患了视网膜癌，治疗失败后，他失去了视力。但是，他却能像所有的少年一样，玩滑板、打电子游戏，在学校组织的晚会上跟女同学跳舞。如果他不说，没有人知道他是个盲人。
一次，一个孩子打了本·安德伍德的脸一下，因为他认为打一个盲童并跑开是一件非常有趣的事情。但是他却没想到惹来了大麻烦，因为他无论跑到哪里，安德伍德都能找到他，直到他被抓，狠狠地被揍了一顿。
你是不是感到很神奇呢？一个盲人无法看到东西，却能和常人一样行动自如，他是如何做到的呢？
真相是这样的
要想解开本·安德伍德身上的秘密，我们要从蝙蝠讲起。或许你听起来，这是风马牛不相及的事情，但事实并非如此。
蝙蝠能在完全黑暗中，以极快的速度精确地飞翔，从不会同前方的物体相撞。如果将它的耳朵蒙上，并堵上它的嘴，它就会失去避免与物体相撞的本领。后来，科学家们发现，蝙蝠在飞行时，喉内产生并通过口腔发出人耳听不到的超声波脉冲。人类至多能听到频率为20千赫的声音，而有的蝙蝠能发出和听到100千赫的声音。
当遇到障碍物时，脉冲波就会反射回来，蝙蝠用两耳接收物体的反射波，据此确定该物体的位置，并可从两耳分别接收到回波间的差别，来辨别物体的远近、形状及性质，物体的大小则由回波中的波长区别出来。人们把这一现象称之为“回声定位”。
安德伍德之所以能够行动自由，那是因为他和蝙蝠一样，具有回声定位的本领。他先用舌头发出一连串的声音，然后用耳朵听这些声音碰到物体后发回的回声，根据回声的不同而判断前面的物体是什么，当回声柔和时，那是金属；当回声发闷时，那是木质的物体；当回声尖厉时，那是玻璃。此外，他还能根据回声的大小高低来判断距离，准确无误！
从来没想过回声有如此神奇的作用吧？声波在传播过程中，碰到大的反射面（如建筑物的墙壁等）在界面将发生反射，人们把能够与原声区分开的反射声波叫作回声。也许你会有这样的疑惑：为什么我们听不到的回声，蝙蝠却能听到呢？
这是因为人耳听到回声是有条件的，原声与回声之间的时间间隔必须在01秒以上。对着山崖、高墙喊话，我们就能听到回声，但是如果在屋子里谈话就听不到回声。
不过，你会发现在屋子里讲话的声音明显比在旷野里讲话听起来更响亮。那是因为如果回声到达人耳比原声晚01秒以下，就会与原声混在一起，虽听不到回声，但可以使原声加强。
神秘的凶手
故事里的大学问
1890年，一艘名叫“马尔波罗号”的船在从新西兰驶往英国的途中，突然神秘地失踪了。20年后，人们在火地岛海岸边发现了“马尔波罗号”。奇怪的是，船上的东西都完好如初，一点都没有被破坏的迹象，就连船长航海日记的字迹都依稀可辨，而且那些死去多年的船员也都“各在其位”，保持着当年在岗时的“姿势”。
无独有偶，1948年初，一艘荷兰货船在通过马六甲海峡时，一场风暴过后，全船海员都莫名其妙地死了；在匈牙利鲍拉得利山洞入口，3名旅游者突然倒地，停止了呼吸……
这到底是怎么回事？这些人为什么会突然死亡呢？而且这些人身上没有任何伤痕，也不存在中毒的迹象。那么，他们是不是因为心脑血管疾病的突然发作致死的呢？法医的解剖报告表明，死者生前个个都很健壮！
真相是这样的
后来，科学家们经过反复调查，终于弄清楚了制造上述惨案的“凶手”——次声波。我们知道频率高于20000赫兹的声波为超声波，它可以用在很多领域，比如测速、杀菌消毒，但是次声波就不同了。
人们把频率小于20赫兹的声波叫作次声波，次声波不容易衰减，不易被水和空气吸收，而且次声波的波长往往很长，所以能绕开某些大型障碍物发生衍射。
1961年，苏联在北极圈内新地岛进行核试验激起的次声波绕地球转了5圈。7000赫兹的声波用一张纸就可以阻挡，而7赫兹的次声波却可以穿透十几米厚的钢筋混凝土。地震或核爆炸所产生的次声波可将岸上的房屋摧毁。次声波如果和周围物体发生共振，能放出相当大的能量。如4～8赫兹的次声波能在人体的腹腔里产生共振，使心脏出现强烈共振和肺壁受损。
美国一个物理学家罗伯特·伍德专门为英国伦敦一家新剧院做音响效果检查。当剧开演后，罗伯特·伍德悄悄打开了仪器。不一会儿，剧场内一部分观众便出现了不安的神情，并逐渐蔓延至整个剧场。当他关闭仪器后，观众的神情才恢复正常。这就是著名的次声波反应试验。
原来，人体内脏固有的振动频率和次声频率相近似（001～20赫兹），如外来的次声频率与内脏的振动频率相似，就会引起人体内脏的“共振”，使人产生头晕、烦躁、耳鸣、恶心等症状。尤其是当人的腹腔、胸腔等固有的振动频率与外来次声频率一致时，更容易引起内脏的共振，使人因内脏受损而丧命。
在本文开头提到的马六甲海峡的惨案，就是因为这艘货船在驶近该海峡时，遇上了风暴，风暴与海浪摩擦，产生了次声波。次声波使人的心脏及其他内脏剧烈抖动、狂跳，以致血管破裂，最后导致死亡。
有些住在高层楼房里的人们可能会有这样的体验，遇到大风天气时，会感到头晕、恶心。到医院检查，却情况良好。为什么会这样呢？
这也可能是次声波搞的鬼，是大风使高楼摇晃产生次声波的缘故。同样的道理，晕车、晕船也是车、船在运行时伴生的次声波引起的。
被士兵踩倒的桥
故事里的大学问
18世纪中叶，一支拿破仑军队的士兵在指挥官的口令下，迈着整齐划一的步伐，通过法国昂热市一座大桥，快走到桥中间时，桥梁突然断裂倒塌，导致不少官兵落入水中丧生。
类似的桥梁倒塌事件还发生在俄国和美国等地，从此以后，许多国家的军队都有这么一条规定：大队人马过桥时，要改齐步走为便步走。那么，你能解释这其中的原因吗？
真相是这样的
造成桥梁倒塌，酿成惨剧的罪魁祸首是共振。共振是指一物理系统在特定频率下，相比其他频率以更大的振幅做振动的情形，这些特定频率称之为共振频率。当拿破仑的大队士兵齐步走时，产生的频率正好与大桥的固有频率一致，从而使桥的振动加强，当它的振幅达到最大限度甚至超过桥梁的抗压力时，大桥就发生了断裂倒塌。
其实，对于桥梁来说，不仅是大队人马在上面齐步走会导致桥梁断裂，一些看似无关紧要的风有时也会摧毁一座桥梁。这并非危言耸听。1940年，美国全长860米的塔柯姆大桥因大风引起的共振而塌毁，尽管当时的风速还不到设计风速限值的1/3，可是因为这座大桥的实际的抗共振强度没有过关，导致了大桥的倒塌。
还有每年肆虐于沿海各地的热带风暴，也借助于共振为虎作伥，导致大量农田被毁，房屋倒塌。这是因为风除了产生沿着风向的一个风向力外，还会对风区的建筑物产生一个横力，如果风的横力产生的振动频率和建筑物的固定频率相同或相近时，就会产生共振。
现在人们已经认识到了共振的危害，想出了很多改进的办法。比如，电影院、播音室等地方的隔音要求很高，人们就将一些海绵、塑料泡沫安装在墙上，使声音的频率在碰到这些物体时，无法产生共振，而是被吸收掉。
共振虽然会给我们的生活带来一定的危害，但它并不是一无是处的。任何事物都有两面性，共振也如此。其实，只要合理运用共振，它会给我们的生活增添不少的精彩。
比如，电台通过天线发射出短波、长波信号，收音机通过将天线频率调至和电台电波信号相同的频率来引起共振，从而使电台信号放大，来接收电台的信号。
还有，建筑工人在浇灌混凝土的墙壁或地板时，为了提高质量，总是一面灌混凝土，一面用振荡器进行振荡，目的在于使混凝土之间因振荡而变得更紧密、更结实。
