作者：李岩
出版社：武汉大学出版社
格式: AZW3, DOCX, EPUB, MOBI, PDF, TXT
科技前沿时代试读：
前言
科学是人类进步的第一推动力，而科学知识的普及则是实现这一推动的必由之路。在新的时代，社会的进步、科技的发展、人们生活水平的不断提高，为我们广大人民群众的科普教育提供了新的契机。抓住这个契机，大力普及科学知识，传播科学精神，提高科学素质，是我们全社会的重要课题。
科学教育，让广大读者树立这样一个牢固的信念：科学总是在寻求、发现和了解世界的新现象，研究和掌握新规律，它是创造性的，它又是在不懈地追求真理，需要我们不断地努力奋斗。
在新的世纪，随着科学技术日益渗透于经济发展和社会生活的各个领域，成为推动现代社会发展的最活跃因素，并且是现代社会进步的决定性力量。发达国家经济的增长点、现代化的战争、通讯传媒事业的日益发达，处处都体现出高科技的威力，同时也迅速地改变着人们的传统观念，使得人们对于科学知识充满了强烈渴求。
对迅猛发展的高新科学技术知识的普及，不仅可以使广大读者了解当今科技发展的现状，而且可以使我们树立崇高的理想：学好科学知识，为人类文明作出自己应有的贡献。
为此，我们特别编辑了这套《科学天地丛书》，主要包括科技、科学、兵器、宇宙、地球、自然、动物、植物、生理和医疗等内容，知识全面，内容精炼，图文并茂，形象生动，通俗易懂，能够培养我们的科学兴趣和爱好，达到普及科学知识的目的，具有很强的可读性、启发性和知识性，是我们广大读者了解科技、增长知识、开阔视野、提高素质、激发探索和启迪智慧的良好科普读物，也是各级图书馆珍藏的最佳版本。
自行车的演变
很久以前的人类是用腿来赶路的，后来，马代替了人腿，但是，大概是因为马爱使性子，还必须喂饲料，很麻烦，所以人们萌发了以机器代替马匹的念头。
1790年，法国人西哈发明了一辆双轮木马，轮子虽然能转，可是仍然要用两只脚轮流蹬地，使木马前进。这个木马可以说是自行车的雏形。
1817年，德国的德莱斯男爵把木马改良了一下，在前面加上把手，不过仍然得劳累双脚在地上跑。至1839年，苏格兰的铁匠麦米伦在前轮两侧装上了踏板，真正的“脚踏自行车”终于出现了。1888年，英国人邓禄普发明了充气轮胎，使自行车又有了进一步的发展。此后，人们对自行车不断进行改进，终于使它发展成现在的模样。所以，可以说自行车是人类长期智慧的结晶。
自行车的出现给人们带来了很大的方便。随着社会和科技的发展，现在的自行车变得更加便捷实用。
水陆两用自行车的前后轮两侧各装有两个自由翻动的泡沫塑料的浮子，在车子的后轮钢丝上装上叶片。在陆上行驶时，浮子向上翻起，和普通自行车一样向前骑行。当遇到河沟时，再将前后轮两侧的浮子翻下，车就浮在水面，只要踩踏脚板，叶片即可驱动自行车前进。
塑料自行车的车把、车叉、轮圈及梁架均由特制塑料制成。
塑料自行车具有质地坚固、美观大方、轻便、不易生锈等特点。有的塑料自行车的车体部分可以自由拆卸，当撞坏了的时候，只需要拆掉坏了的部分再更换新的部件即可。
雪上自行车是俄罗斯一位工程师设计的。他从普通自行车上摘下车轮和链条，在前轮换上带滑雪板的竖杆，后轮换上托架。
为了滑雪板前进而不向后滑，在滑雪板下面钉一层毛皮。其具有稳定性好、使用方便、便于携带、成本低廉的特点。
速降自行车也称落山自行车，是一种极具挑战性的活动。速降，就是利用最短的时间以最快的速度从起点下降至终点。骑手常利用特制的速降自行车在山坡上滑翔，甚至坠下山来寻求刺激，这些活动多在山脊、雪地等地带开展。速降是对车手技术和胆量的综合考验。
今天，为了适应人们生活水平的逐步提高，各种新颖别致的自行车层出不穷。那么，自行车是谁发明出来的呢？
世界上的双轮车最初都是两个车轮左右对称的，这样的车子走起来比较平稳。
后来有人提出了一种设想：把两个轮子一前一后放在一条直线上，当然，这个想法一提出来就遭到许多人反对。15世纪时，意大利伟大的艺术大师兼著名的科学家达·芬奇曾设计出了两轮前后在一条直线上的“自行车”，并绘制了设计图，设计图中居然使用链条来带动后轮，和现代自行车的原理差不多。
最初自行车并不是像今天的自行车那样由钢铁制造的，而是用木材制成的。
1790年，法国的吉布拉克伯爵首先制出了一辆木制自行车。他这辆木制自行车构造比较简单，只有两个轮子用一根木棍连接起来，再没有其他的了。
骑车时，人的两只脚都着地，靠两脚用力蹬地使车子向前转动。车子要拐弯了，骑车人要临时挪动前轮。1817年，德国人德莱斯发明了带车把的木制自行车，解决了自行车的转向问题，使自行车骑起来方便多了。
1813年，德莱斯就研制出一种滚动式自行车。他制造的车子有一个木架，架子中间有一个座椅，座椅前安上一个把手，木架的后面是一前一后两个可以滚动的轮子。骑车时，手扶把手，两脚不停地蹬地，两个轮子便飞快地滚动起来，从而快速向前。德莱斯给自己的车子起名叫“奔跑机”，这也是世界上最早的自行车之一。
1821年，有位英国人又制造出了一种通过用手旋转前轮而行进的车子，不久他又将行进方式改为脚踏。到了1830年，法国政府首次决定改进德莱斯的自行车，作为邮差的交通工具。于是，世界上第一批为人们生活服务的自行车出现了。
1861年，法国比埃尔·米逊和他的儿子制造出带有踏板的、曲柄直接固定在前轮上，通过曲柄使车轮旋转前进的自行车。
1869年，雷诺型自行车诞生。这种自行车用钢代替了木轮，用车辐条拉紧车轮，车架也改用钢管制作，轮子上改装上了实心轮胎。这种车子比以前的自行车轻便多了。
1888年，英国人邓禄普和他父亲一起研制了充气轮胎，使得自行车实用价值提高，迅速发展为人们喜爱的交通工具之一，无论男女老少，都把自行车作为轻便的交通和运输工具了。
自行车在我国是一种很普通又十分便利的交通工具，人们在上下班和郊游时都经常用它。据近年来研究的结果表明，骑自行车和跑步、游泳一样，是一种最能改善人们心肺功能的耐力性锻炼。
在国外，骑自行车健身可以说是方兴未艾。以美国为例，根据《美国新闻与世界报道》披露，美国有2000万人骑自行车健身，而且参加的人数越来越多，1987年比1986年增加了30%, 1988年又比1987年增加了36%。
法、德、比利时、瑞典等国，还以骑自行车“一日游”的时髦体育旅游消遣活动，吸引了成千上万的人踊跃参加。小知识大视野
自行车，又称脚踏车或单车，为两轮的小型陆上车辆。人骑上车后，以脚踩踏板为动力，是绿色环保的交通工具。在日本称为“自耘车”，我国和新加坡称为“自行车”或“脚踏车”，而我国香港和澳门则通常称其为“单车”。
拖拉机的前后轮
自古以来，有很多人试图以机械力代替人力和畜力进行耕作。直至19世纪，欧洲进入蒸汽机时代后，才使动力型农业机械的诞生成为可能。
19世纪30年代，已有人开始研究用蒸汽车辆牵引农机具进行田间作业。但当时所能造出的蒸汽机牵引车辆犹如一个火车头，它即使不陷在田里，也会把土压得很实，根本无法耕种。
1851年，英国的法拉斯和史密斯首次用蒸汽机实现了农田机械耕作。有人把这看做是农业机械化的开端，但当时他们的办法是把蒸汽机安放在田头，用钢丝绳远远地牵引在田里翻耕的犁铧。
后来随着蒸汽机制造技术的进步，出现了小型化的蒸汽发动机，把它安装在车辆底盘上驱动车轮行驶，使它能够从地头开进田地里直接牵引农机具，这才诞生了拖拉机。
最初的拖拉机笨重而昂贵，使用不便，往往需数人操作，适用于在广阔原野上耕作，一般个体农民难以负担。
1889年，美国芝加哥的查达发动机公司制造出了世界上第一台使用汽油内燃机农用拖拉机，即“巴加号”拖拉机。
由于内燃机比较轻便，易于操作，而且工作效率高，故它的出现为拖拉机的推广应用打下了基础。
直至20世纪40年代末，在北美、西欧和澳大利亚等地，拖拉机已取代了牲畜，成为农场的主要动力，此后，拖拉机又在东欧、亚洲、南美和非洲得到的推广使用。
为什么拖拉机的前后轮不一样大呢？这是因为它们的各自作用不同的缘故。
拖拉机的前轮是管引导前进方向的，前轮做得小一些、窄一些，拖拉机手在调整方向转动前轮时，地面对它的阻力就小，这样不仅操纵灵便，而且节省发动机的动力。
后轮做得既宽又大，是因为拖拉机在田地里操作时，必须在后面拖拉播种机、插秧机等作业机。这些机器都是用金属制造的，很重，与拖拉机连在一起，它们的重量和拖拉机自身的重量合成的重心就落在后轮上。
后轮承担的重量比前轮大得多，只有把轮子做得又宽又大，使它与地面的接触面大一些，才能把多承担的重量分散到地面上去，这样，拖拉机前后轮负载的重量不至于相差太大。这些道理说起来很简单，但当时发明者可是费了很长时间来摸索，才改进的呢！小知识大视野
19世纪50年代，第一批内燃机问世了，法国工程师鲁诺瓦改造了瓦特发明的新型蒸汽机，用煤气推动了两冲程内燃机。
轮胎上的花纹
汽车轮胎上的各种花纹并不是起装饰作用的，而是为保障汽车安全行驶专门设计的。如果汽车只在干燥的路上行驶，轮胎上也可以不要花纹，赛车的轮胎就是这样的。可是一遇到雨天，没有花纹的轮胎就很容易打滑，车子开起来摇摇晃晃的，想停的时候也不能及时停下来。
这是因为在路面和轮胎之间形成了一层薄薄的水膜，使轮胎与路面的摩擦力减小的缘故。如果轮胎上有花纹，就不会发生这种情况，因为水会从花纹的沟里排出去，轮胎和地面之间形不成水膜，轮胎仍然与地面紧紧地贴在一起，因此不容易打滑。
轮胎上的花纹除了能保证车辆在雨天里能安全行驶外，还有一些其他功能。
在城市里行驶的车辆，轮胎的花纹一般都是直线锯齿形的。这种花纹不但能使汽车在柏油路上安全行驶，还能帮助消除汽车开动时的噪声，因此人们把它叫做无声花纹。
在野外行驶的车辆，轮胎上的花纹又深又宽，能紧紧地“啃”住路面，即使是在雪地上行驶，也不容易打滑。
轮胎花纹是提高汽车性能、确保行驶安全的重要一环。因此，如何正确选购、安装和使用轮胎花纹就显得非常重要。应根据车辆用途、经常使用的路况和车速来选择比较合适的花纹轮胎。
轮胎花纹多种多样，但归纳起来，主要有3种：普通花纹、越野花纹和混合花纹。
普通花纹适合在比较清洁、良好的硬路面上行驶。例如，轿车、轻型和微型货车等多选择这种花纹。越野花纹接地面积比较小。在松软路面上行驶时，一部分土壤将嵌入花纹沟槽之中，必须将嵌入花纹沟槽的这一部分土壤清除之后，轮胎才能避免出现打滑。因此，越野花纹的抓着力大。
混合花纹是普通花纹和越野花纹之间的一种过渡性花纹。它的特点是胎面中部具有方向各异或以纵向为主的窄花纹沟槽，而在两侧则以方向各异或以横向为主的宽花纹沟槽。这样的花纹搭配使混合花纹的综合性能好，适应能力强。它既适应于良好的硬路面，也适应于碎石路面、雪泥路面和松软路面。小知识大视野
1649年，德国的一位技艺精湛的钟表匠，试制成功了世界上第一辆不用马牵引的车子。只要给它上足发条，它就可以自动向前走。1903年，美国农业工人福特研制出第一部真正的小汽车并正式开办了福特汽车公司。
未来的新型汽车
燃料电池汽车是用燃料电池代替蓄电池产生电能，从而供电给车上的电动机使其运转。燃料电池与蓄电池不同，必须从电池外部源源不断地向电池提供燃料，燃料一般用天然气、甲烷、煤气等含氢化合物。
氢汽车是一种节能环保汽车。氢是一种化学元素，它在燃烧时能放出大量的热。美国早在1976年就进行了一次氢汽车行驶试验，那辆氢汽车的行驶速度为每小时80千米，每次充10分钟的氢气，能行驶121千米。
太阳能汽车。太阳光照在太阳能电池上，太阳能电池将太阳的光能转换成电能，电能驱动汽车上的电动机。
从这种意义上讲，太阳能汽车实际上是电动汽车，但和电动汽车有所不同的是：蓄电池靠电网充电，太阳能汽车用的是太阳能电池。
风力汽车也属于一种环保汽车。它是一种完全以风力作为动力的新型汽车，这种风力汽车是由美国工程师戴维·伯恩斯设计发明的。该车设计新颖、构思巧妙、灵活轻便，是绿色汽车家庭中的一朵奇葩。
会飞的汽车车身和一般汽车相似，但是车门的部分多了两个可折叠的翅膀。在陆地行驶的时候，翅膀折叠，如果想飞行的时候，翅膀就会张开。汽车如同变形金刚一样，在很短的时间内变成一架小型飞机。
水陆空多用汽车是一种神奇的汽车，它是汽车家族中的新成员。它既可以和普通的汽车一样在陆地上行驶，也可以伸出翅膀在天空中飞行，还可以像船一样在水上航行，如果潜入水底，它还能像潜水艇一样在水下航行。
智能汽车是指用智能卡启动汽车，接着打开电脑控制的语言导航系统，只需将你现在的位置及要去的街道或商厦或具有显著标志建筑物的名称对电脑说一下，电脑立刻告诉你正确的行驶方向和路线。在你按下电脑上的确认键之后，电脑就会指示着你行车上路，这就是会说话的汽车。
通常，只有飞机或火箭的速度才能达到或超过音速。
美国火箭专家彼尔·弗雷德里克研制成功一种火箭汽车，它的速度可达331.1米每秒，成为世界上第一辆超音速汽车。这辆超音速汽车采用火箭驱动。汽车点火开动后，速度瞬间可超过音速。小知识大视野
21世纪可能出现超导汽车。超导汽车的超导电力贮存装置能像电池一样进行充电。但是，还必须解决一系列技术问题，例如受线圈产生的磁场影响使临界电流密度降低，在电力贮存装置内产生的电磁力对应等。
汽车安全带的作用
我们都有这样的体会：当我们骑自行车时要停下来，刹住闸身体还会向前冲去，如果速度过快，刹车过猛，还有可能会摔下来，这种现象叫做惯性作用。
行驶的汽车在司机刹车后也不能立刻停下来，也是这个原因，行驶的汽车，其实是在把自己的重量向前推，司机刹车是想使轮子停止转动，从而使汽车停下来，然而这时汽车推动自己向前的力不能消失，所以汽车必须行驶一段距离才能停下。
而且，汽车跑得越快停下来需要的时间就越长。如果汽车以大约每小时20千米的低速行驶，需要9米长的距离就能够停下来。如果汽车以大约每小时40千米的普通速度行驶的话，需要22米长的距离才能够停下来。如果一辆以时速100千米在高速公路上疾驶的汽车要想停下来的话，则需要100米的距离才能够完全停下来。
随着人类社会的不断进步，道路交通越来越发达，汽车的速度也越来越快。在这种情况下，交通安全就变得更加重要。汽车在紧急刹车或急转弯时，乘车者会在惯性的作用下，不由自主地前倾或向左右倾斜。这时，安全带的重要作用就显示出来了，它能防止乘车者向前撞到挡风玻璃，也能避免乘车者因左右碰撞而受伤。据资料统计，在各种汽车碰撞事故中，使用安全带可使60%的乘员免于死伤。特别是小汽车由于重量轻，它和大型汽车相撞时，乘员死伤的可能性非常大，因而在小汽车上更要系好安全带。
汽车安全带的佩带方式一般为从肩至腰，这样可以拦住整个身体的前倾。它具有一定的伸缩范围，适合各种体型的人使用，不会使你感到很强的压迫感。在现代汽车设计中，安全带的质量已经成为评价汽车安全性的一个重要方面。
安全带作为汽车发生碰撞过程中保护驾乘人员的基本防护装置，它的诞生早于汽车。早在1885年，安全带出现并使用在马车上，目的是防止乘客从马车上摔下去。
1902年5月20日，在纽约举行的汽车竞赛场上，一名赛车手用几条皮带将自己和同伴拴在座位上。竞赛时，他们驾驶的汽车因意外冲入观众群，造成两人丧生，数十人受伤，而这两名赛车手却由于皮带的缘故死里逃生。这几条皮带也就成为汽车安全带的雏形，在汽车上首次使用，便挽救了驾车者的生命。小知识大视野
自安全带面世以来，已经有长达1000万千米的安全带，被装进全世界超过10亿辆汽车内，其长度足以围绕地球赤道250圈，或是往返月球13次之多。然而，更重要的是无数生命因而获救，三点式安全带是有效的单一汽车安全设备。
多用汽车的行驶道路
水陆空多用变形汽车是一种既能折叠成轿车在公路上行驶，又能展开成飞机或直升机在空中飞行，还能半折叠成船艇在水中航行的多用变形汽车。
在公路上行驶时，能像跑车一样快捷方便；在陆路既能滑行起降，又能垂直起降；在空中既能像直升机一样垂直升降、悬停、前进或倒退，又能像飞机一样高速、远程飞行，还能由直升机过渡到飞机或由飞机过渡到直升机。
在水中既能像快艇一样行驶于水面，又能像潜艇一样低速潜行于水中，也能在水面实现同陆路一样的起降方式。
水陆空多用变形汽车采用液氢和氢燃料电池作为能源，实现了零碳排放。它还以燃氢涡扇发动机和轮装无刷电动机为动力，这就减少了空气污染，从而使功率更强大。
水陆空多用变形汽车的工作模式是从发动机到电动机，再到联动等三种不同模式。不仅实现了大动力，而且还有噪音和小动力无噪音及节能低噪音三种动力方式，真正实现了方便、快捷、节能、环保的实用效果。另处，水陆空多用变形汽车采用高强度碳素纤维复合材料，特种塑型工艺制成。它是人类交通方式由单一模式向水陆空多用途发展的方向，是未来高科技的理想交通工具。水陆空多用变形汽车用于民用能够改善人们的生产生活质量，提高工作效率；用于抢险救灾能够快速到达现场，减少灾害损失；用于军事能够增强部队的机动性，提高作战能力。是一种用途广泛、前景广阔的实用新型交通工具。
当人们普遍使用飞行汽车以后，这种水陆空多用汽车也该问世了。有人提出疑问：将来在城市的地面、天空、水中汽车飞来飞去、飞上飞下，会不会造成交通混乱的局面，交通警察又怎样来指挥、控制这些能飞会跑的多功能汽车呢？
这种担心是多余的，在21世纪中期的时候有先进的智能交通管理系统来代替交通警察，在卫星和电脑的支配下自动进行交通指挥，绝对不会发生任何问题。
试读结束[说明：试读内容隐藏了图片]