看電影《我和我的祖國(guó)》看懂里面的計(jì)量知識(shí)點(diǎn)了嗎？這片子，首先是一部充滿計(jì)量知識(shí)的片子！每個(gè)故事都有知識(shí)點(diǎn)。今天，我就來給大家講講吧:
01電磁波計(jì)量
朋友，你聽說過電磁波嗎？那么，什么是電磁計(jì)量呢？人們對(duì)電的物理現(xiàn)象進(jìn)行定量研究時(shí)，需要定量單位，電和磁是廣泛應(yīng)用的，我們的生活、生產(chǎn)、科研都需要電磁波計(jì)量的。電影《我和我的祖國(guó)》完美地呈現(xiàn)了電磁波的應(yīng)用和可能帶來的危害?！秺Z冠》里，大家看女排比賽直播，無論小男孩怎么瘋狂扶著、擺動(dòng)電視信號(hào)桿，都是作用不大，關(guān)鍵時(shí)刻還是臨時(shí)救命的“半導(dǎo)體”收音機(jī)發(fā)揮作用，大家紛紛用廣播收聽。為什么電視信號(hào)不好的時(shí)候半導(dǎo)體廣播卻還能用呢？這些就是電磁波計(jì)量的知識(shí)。1865年，英國(guó)科學(xué)家麥克斯韋經(jīng)過運(yùn)算提出：變化的電場(chǎng)會(huì)產(chǎn)生磁場(chǎng)，同時(shí)，變化的磁場(chǎng)也會(huì)產(chǎn)生電場(chǎng)，合起來，就是電磁場(chǎng)。這電磁場(chǎng)在空間的傳播，就形成了電磁波。有了電磁波，就有波長(zhǎng)。比較長(zhǎng)的波長(zhǎng)，傳播的距離遠(yuǎn)，避障能力強(qiáng)，而如果比較短，那就容易被阻擋。這就是，波長(zhǎng)和頻率的乘積是光速，所以波長(zhǎng)越長(zhǎng)，頻率越低。電視機(jī)的圖像中頻信號(hào)是38MHZ，調(diào)頻收音機(jī)的中頻是10.7MHZ。所以電視接不到信號(hào)時(shí)，收音機(jī)就可以聽到電磁波傳來的聲音。你看，相比電視信號(hào)，廣播信號(hào)的頻率較低，波長(zhǎng)更長(zhǎng)，傳播能力也就更強(qiáng)。當(dāng)然了，我國(guó)電視網(wǎng)建設(shè)的較晚，那時(shí)電視信號(hào)覆蓋還不高，也可能是原因之一。其實(shí)，電磁波的頻譜，對(duì)各個(gè)國(guó)家來說都是一個(gè)非常有限的資源，人類則是優(yōu)先從比較“低頻段”開始利用的，我國(guó)也不例外。我們的手機(jī)從2G、3G到4G，最近又有5G，因?yàn)榈皖l段信號(hào)已經(jīng)被占據(jù)，人類已經(jīng)利用更高頻段了。比如4G最高利用到2.5GHz，而5G則可以到95GHz。那頻率更高的電磁波有嗎？當(dāng)然有，再往后就變成了：微波、紅外線、可見光、紫外線、X射線和γ射線。
02原子彈與計(jì)量
大家都知道原子彈是威力巨大的殺傷武器。原子彈是由90%以高濃縮鈾或環(huán)239裂變時(shí)放出的中子生成的，一公斤鈾235或環(huán)239全部裂變，能釋放18000噸梯恩梯當(dāng)量的能量，一顆原子彈的核裝藥一般為15至25公斤鈾235或6至8公斤钚239。鈾在正常壓力下的密度約為19克/立方厘米，對(duì)一定裂變物質(zhì)，密度越高而臨界質(zhì)量越小。實(shí)際上，天然鈾中同位素鈾235的豐度僅0.72%，按原子彈要求必須達(dá)到90%以上，然后釆取電磁分離、氣體擴(kuò)散和熱擴(kuò)散三種方法生產(chǎn)高濃鈾。原子彈是靠利用核反應(yīng)的光熱輻射、沖擊波和放射性造成殺傷和破壞作用的，以及造成大面積釋放放射性污染。核反應(yīng)過程非常迅速，微秒級(jí)的時(shí)間內(nèi)即可完成。因此，在核武器爆炸周圍形成極高的溫度，加熱周圍空氣使之急速膨脹，產(chǎn)生高壓沖擊波。原子彈爆炸的強(qiáng)烈光波，能使成千上萬人雙目失明，6千多度的高溫，能把一切化為灰燼，放射雨能使一些人在20年中緩慢死亡。沖擊波形成的狂風(fēng)，能把所有的建筑物摧毀。
其中γ射線也是一種威力，造成《相遇》中男主角的受傷就是這樣的。在放射性中γ射線波長(zhǎng)極短，達(dá)到0.01埃米，傳播的時(shí)候，它不會(huì)繞開物體，而是直接穿透，甚至可以穿透細(xì)胞，殺死組織。在醫(yī)學(xué)里，這個(gè)特性被用在了“放療”上，來殺死癌細(xì)胞。在工業(yè)里，則被用于設(shè)備“探傷”。γ射線會(huì)在原子核反應(yīng)的時(shí)候放出，造成人員“內(nèi)傷”，這也是原子彈的重要威力之一。所以核輻射是很可怕的。一旦超過安全劑量，人會(huì)馬上頭暈嘔吐，白細(xì)胞數(shù)量下降、肺組織損傷、心血管系統(tǒng)損傷，還會(huì)引起細(xì)胞癌變，誘發(fā)癌癥。1986年的切爾諾貝利核電站事件，是核電時(shí)代以來最大的事故。日本因海嘯核電遭到重創(chuàng)。切爾諾貝核輻射在3個(gè)月內(nèi)31人死亡，15年內(nèi)有6-8萬人死亡，如今，依然有13萬人遭受各種程度的輻射疾病折磨。而《相遇》里的男主角，舍身救下裝置，為了國(guó)家，自己完全地、無保護(hù)地暴露在核輻射之下。其實(shí)，電影已經(jīng)演得很“樂觀”了。實(shí)際中這種輻射劑量后果肯定是非常嚴(yán)重的。這就是我們的英雄??！
03標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間計(jì)量
時(shí)間計(jì)量是以“秒”為單位，頻率是時(shí)間的倒數(shù)，單位是“赫茲（HZ）”。電影里的時(shí)間就是就是國(guó)家授時(shí)中心發(fā)出的北京時(shí)間?！痘貧w》講述的是一個(gè)分秒必爭(zhēng)的故事。香港回歸我們已經(jīng)等了150年，多一秒，都不能再等了，這就是我們的國(guó)家尊嚴(yán)。在電影里，中英外交官的對(duì)表時(shí)間細(xì)節(jié)，就是計(jì)量時(shí)間的比對(duì)，保持手表的一致性。
影片中說到了兩個(gè)天文臺(tái)：中國(guó)紫金山天文臺(tái)、英國(guó)格林尼治天文臺(tái)。其實(shí)，人類這么在乎時(shí)間，說明時(shí)間計(jì)量的重要性，要求時(shí)間精度也是必然的。但是這也就是近代的事兒，之前，人們說時(shí)間，只能跟你說個(gè)大概。人們對(duì)時(shí)間計(jì)量是從大航海時(shí)代開始的，這是因?yàn)樾枰獪y(cè)定船只的位置。對(duì)于南北軸，可以通過在船上測(cè)量太陽(yáng)角?？墒沁@東西軸，怎么辦呢？靠時(shí)間計(jì)量：也就是靠本地和出發(fā)地的時(shí)間差，再除以24小時(shí)就行了。后來，格林尼治天文臺(tái)就成為了0度經(jīng)線的起點(diǎn)，也是當(dāng)今世界時(shí)區(qū)的開始。在計(jì)時(shí)中，航海時(shí)鐘是洋人發(fā)明的。而中國(guó)，為國(guó)家報(bào)時(shí)的，當(dāng)年就是南京的紫金山天文臺(tái)。它是國(guó)民政府20年代遷都南京時(shí)所設(shè)立的，目的就是發(fā)布準(zhǔn)確的時(shí)間，也就是“授時(shí)”。新中國(guó)成立后，尤其1964年，在《相遇》里的原子彈爆炸后，我國(guó)科研工作的力度空前加大了。你看，導(dǎo)彈、火箭、衛(wèi)星，都在天上飛，甚至要飛出大氣層，差之毫秒都會(huì)偏之千里。然而，紫金山和國(guó)家西部的實(shí)驗(yàn)基地離太遠(yuǎn)了，覆蓋面偏差太大。因此，國(guó)家決定建立新的時(shí)間授時(shí)中心，地方最好是在中國(guó)的中心位置！1966年，經(jīng)國(guó)家科委批準(zhǔn)籌建，我們國(guó)家新的授時(shí)中心成立了；1970年，經(jīng)周恩來總理批準(zhǔn)短波授時(shí)臺(tái)試播；1981年，經(jīng)國(guó)務(wù)院批準(zhǔn)正式發(fā)播標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間和頻率信號(hào)；20世紀(jì)70年代初，為適應(yīng)中國(guó)戰(zhàn)略武器發(fā)射、測(cè)控和空間技術(shù)發(fā)展的需要，經(jīng)國(guó)務(wù)院和中央軍委批準(zhǔn)，在陜西天文臺(tái)增建長(zhǎng)波授時(shí)臺(tái)（BPL）；1986年，通過由國(guó)家科委組織的國(guó)家級(jí)技術(shù)鑒定后正式發(fā)播標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間、標(biāo)準(zhǔn)頻率信號(hào)。當(dāng)年，只能發(fā)布短波授時(shí)，傳播范圍很小。后來，隨著國(guó)家海洋科研和國(guó)防的需求，逐漸有了遠(yuǎn)洋、長(zhǎng)波、超長(zhǎng)波授時(shí)。今天，國(guó)家授時(shí)中心早已和世界同步，堅(jiān)守為國(guó)家報(bào)時(shí)的任務(wù)，服務(wù)航天、電子通信、全球定位、證券銀行交易等，分秒不差。我國(guó)的時(shí)間計(jì)量準(zhǔn)確度達(dá)到了1X10一15，約三千萬年不差1秒。
04合金計(jì)量原理
《前夜》里有一個(gè)關(guān)鍵詞。開國(guó)大典前夜，升旗試驗(yàn)出了問題。旗桿頂部用于卡位的金屬球裂了，需要重新做一個(gè)堅(jiān)固的金屬球。當(dāng)歐豪喊出“俺們需要矽鉻鎳”的時(shí)候，就是硬度計(jì)量不達(dá)標(biāo)準(zhǔn)。我們知道力是相互的，同時(shí)，撞針和卡位球的接觸面積一致，那么他們相互的壓強(qiáng)也一致，因此應(yīng)力一致。通過影片我們知道：撞針沒有損壞，只是球被撞壞了，旗被卷進(jìn)旗桿里，這說明針的材料硬度合挌的。那么，為什么不直接把撞針的材料高溫融了，然后就用這個(gè)鑄一個(gè)新的卡位球呢？這材料不是現(xiàn)成的嗎？其實(shí)就是要科普一下，讓大家知道合金的原理呢。計(jì)量的準(zhǔn)確性就是如此，大家看見過用天平稱量金屬質(zhì)量吧？鋼里面的鐵和碳與加入的合金元素將發(fā)生交互作用，形成新的化合物，而硬度合格配比要計(jì)量準(zhǔn)確才可以達(dá)到，這就是計(jì)量的作用。以硬度為例，影片中加入歐豪需要的Si Cr Ni元素以后，鋼的硬度都提升了很多，在不同溫度下，材料的質(zhì)量是不同的。計(jì)量準(zhǔn)確、配比科學(xué)就會(huì)改變鋼的組織，使鋼的強(qiáng)度、硬度、耐磨性等都有提高，才能符合使用的要求，做出合挌的產(chǎn)品。
05抽簽概率原理
葛大爺抽中了開幕式的門票，這個(gè)故事，其實(shí)是在講“抽簽數(shù)學(xué)原理”。抽簽順序，會(huì)影響抽簽結(jié)果，也就是說，對(duì)于不放回、不提前揭開結(jié)果的抽簽，先抽和后抽，中獎(jiǎng)的概率有區(qū)別嗎？答案是，沒有。你看，54張撲克牌，只有抽到紅桃2才中獎(jiǎng)。那么第一個(gè)人抽，中獎(jiǎng)的概率就是1/54。第二個(gè)人抽，概率分成兩種情況，第一個(gè)人抽中了（1/54） + 第一個(gè)人沒中（53/54）。所以，第二個(gè)人中獎(jiǎng)的概率就是：1/54 * 0 + 53/54 * 1/53= 1/54。概率相同。有細(xì)心的朋友已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了，隨著劇情的推進(jìn)，是其他人先公布答案的。那這個(gè)時(shí)候，隨著沒中的人越來越多，葛大爺?shù)闹歇?jiǎng)概率，可是直線飆升的！
06重力計(jì)量的應(yīng)用
什么是重力計(jì)量呢？簡(jiǎn)單說，重力加速度就是物體在重力作用下落向地心的速度變化率。從牛頓第二定律可知以知道F=mg。由于引力遠(yuǎn)大于離心力，重力的方向是指向地心的。在《護(hù)航》故事里，宋佳霸氣地喊出“給我整個(gè)8”。這8，就是8個(gè)G計(jì)量量值，也就是8個(gè)重力加速度的意思。空軍在飛行的時(shí)候，要做出各種特技動(dòng)作，瞬間的加速度會(huì)非常高，所以在平時(shí)訓(xùn)練的時(shí)候，就要鍛煉這個(gè)科目，讓身體適應(yīng)。
8個(gè)G是什么概念呢？首先，要說一下加速度的方向，加速度對(duì)人體可以來自兩個(gè)方向：一個(gè)是“正向”，就是和身體的朝向平行，比如坐車時(shí)加速；另一個(gè)是“橫向”，加速度來自身體側(cè)面，比如車輛轉(zhuǎn)彎。對(duì)于第一種，美國(guó)人斯塔普博士在上世紀(jì)40到50年代，做了一系列實(shí)驗(yàn)，來尋找人類的承受極限。1954年，他在美國(guó)新墨西哥州，創(chuàng)下了人類承受加速度最大紀(jì)錄：46.2G。加速的時(shí)候，用火箭推進(jìn)器，停止的時(shí)候，則用液壓減速裝置。雖然創(chuàng)造了記錄，但身體也受到了重傷。要知道，當(dāng)身體停止的時(shí)候，身體的內(nèi)臟可沒停，依然以非常大的加速度運(yùn)行。比如，他的眼球就在減速時(shí)受到了巨大的擠壓，失明了兩天；渾身的骨骼也有不同程度的骨折，還掉落了6顆牙齒。這么看來，宋佳的“整個(gè)8”也還好？等一下，這40個(gè)G可是正向的，而宋佳的那個(gè)8，是橫向的。幾年前，美國(guó)的《大眾科學(xué)》，發(fā)布了一項(xiàng)研究。它表明，對(duì)于橫向加速度，14個(gè)G可以讓人的器官分離，造成死亡。對(duì)于沒有任何訓(xùn)練經(jīng)歷的人，6個(gè)G足夠失去知覺。8個(gè)G的加速度可以讓人昏迷——這點(diǎn)上，電影還蠻符合科學(xué)的。
《我和我的祖國(guó)》觀后使我興奮之余，也感到計(jì)量科學(xué)技術(shù)知識(shí)普及還需努力，作為計(jì)量戰(zhàn)線的老兵責(zé)無旁待發(fā)揮余熱。
作者：盧敬叁 創(chuàng)作時(shí)間：2019年10月1日
