作者：李奎
出版社：汕头大学出版社
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前沿：科学发展最高点试读：
前言
科学是人类进步的第一推动力，而科学知识的学习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，为我们青少年的科学素质培养提供了新的契机。抓住这个契机，大力推广科学知识，传播科学精神，提高青少年的科学水平，是我们全社会的重要课题。
，能够让广大青少年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探索。在未知的及已知的领域重新发现，才能创造崭新的天地，才能不断推进人类文明向前发展，才能从必然王国走向自由王国。
但是，我们生存世界的奥秘，几乎是无穷无尽，从太空到地球，从宇宙到海洋，真是无奇不有，怪事迭起，奥妙无穷，神秘莫测，许许多多的难解之谜简直不可思议，使我们对自己的生命现象和生存环境捉摸不透。破解这些谜团，有助于我们人类社会向更高层次不断迈进。
其实，宇宙世界的丰富多彩与无限魅力就在于那许许多多的难解之谜，使我们不得不密切关注和发出疑问。我们总是不断去认识它、探索它。虽然今天科学技术的发展日新月异，达到了很高程度，但对于那些奥秘还是难以圆满解答。尽管经过许许多多科学先驱不断奋斗，一个个奥秘不断解开，并推进了科学技术大发展，但随之又发现了许多新的奥秘，又不得不向新的问题发起挑战。
宇宙世界是无限的，科学探索也是无限的，我们只有不断拓展更加广阔的生存空间，破解更多奥秘现象，才能使之造福于我们人类，人类社会才能不断获得发展。
为了普及科学知识，激励广大青少年认识和探索宇宙世界的无穷奥妙，根据最新研究成果，特别编辑了这套《学科学魅力大探索》，主要包括真相研究、破译密码、科学成果、科技历史、地理发现等内容，具有很强系统性、科学性、可读性和新奇性。
本套作品知识全面、内容精炼、图文并茂，形象生动，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，是我们广大青少年读者了解科技、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。
自行车的发明演变
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，英国人邓洛普发明了充气轮胎，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，车就会浮在水面，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。为使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。延伸阅读真正具有现代形式的自行车是在1874年诞生的，英国人罗松在这一年里，别出心裁地在自行车上装上了链条和链轮，用后轮的转动来推动车子前进。
轮胎花纹的功能
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。应根据车辆用途及经常行驶的路况和车速来选择比较合适的轮胎花纹。
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剪切之后，轮胎才有可能出现打滑，因此，越野驻花纹的抓着力大。
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。延伸阅读一位技艺精1649年，德国的湛的钟表匠，试制成功了的车子。世界上第一辆不用马牵引只要给它上足发条，它就可以自动向前走。1989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。
太阳能汽车是利用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、轻便灵活，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，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。延伸阅读21世纪可能出现超导车。超导汽车的超导电力贮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。
无人驾驶汽车
无人驾驶汽车是一种智能汽车，也可以称之为轮式移动机器人，主要依靠车内的以计算机系统为主的智能驾驶仪来实现无人驾驶。
从20世纪70年代开始，美国、英国、德国等发达国家开始进行无人驾驶汽车的研究，在可行性和实用化方面都取得了突破性的进展。早在20世纪80年代就有了无人驾驶的汽车。它用两台电视摄像机作为“眼睛”，安装在汽车大灯的上面与下面。它用一台电子计算机作为“大脑”，安装在司机座位旁边，由它完成图像识别，认清道路和环境，并且进行路线规划，计算出如何去控制驱动系统。还有自动控制系统，它的任务是完成司机的驾车动作，控制方向盘，进行刹车等。这种无人驾驶车辆行驶速度是每小时20千米。车能自动靠道路一侧行驶，如果遇有障碍物，能驾车向另一侧绕过去，然后再回到这一侧靠边行驶。若是障碍物把道路堵塞了，它能自动停下来。德国戴姆勒，即奔驰汽车公司正在试验一种汽车自动驾驶系统。一辆“维塔牌”汽车已无人驾驶达10000千米。但是，无人驾驶汽车还要经过较长时间的发展，克服不少技术难题，才能获得实际应用。
为了节省燃料，为了让高速公路上能通过更多的车辆，为了汽车安全行驶，而且能很快到达目的地，国外有人设想出一种用电脑控制的汽车，汽车结队行驶，不用人驾驶。
车上装有自动防撞装置，当车辆接近运动或静止目标时，防撞装置就会发出警告，甚至自动停车或避让。
高速行驶的汽车防碰撞是至关重要的。当汽车以近100千米每小时的速度行驶时，若发现前方60米处有障碍物，在1秒钟内必须紧急制动，否则就会有碰撞的危险。
一般来说，普通车灯的能见度为60米，也就是说，安装普通车灯的汽车，夜间行车速度如果超过100千米每小时，司机用肉眼观察到障碍物，已经不能可靠地保证安全行车了。
我国从20世纪80年代开始进行无人驾驶汽车的研究，国防科技大学在1992年成功研制出我国第一辆真正意义上的无人驾驶汽车。
2005年，首辆城市无人驾驶汽车在上海交通大学研制成功，并在2010年世界博览会上一展身手。游客在公园入口处只需按下按钮，汽车就会从远处开过来缓缓停下，然后搭载着乘客前往他们想去的景点。延伸阅读·埃塔公司和马里兰大1984年，美国马丁马丽学等单位，开始研制自主式车辆。这种车辆可以说是现代军用无人地面车辆的鼻祖。美国对自主式车辆的研究仍在进行，估计在2020年以后，自主式车辆就会走向实际战场。
水陆两用汽车
水陆两用车又名水陆两栖车、水陆两栖船、水陆两用船、水陆两用艇。它是结合了车与船的双重性能，既可像汽车一样在陆地上行驶穿梭，又可像船一样在水上泛水浮渡的特种车辆。
由于其具备卓越的水陆通行性能，可在行进中渡江河湖海，因而在交通运输上具有其特殊的历史意义。
水陆两用车的发展可追溯上百年的历史，有资料记载上的第一辆水陆两栖车由一位美国人于1805年发明。为了能在水中行驶，这位美国人在车上装了轴和桨轮，用发动机飞轮轴的皮带和皮带轮来驱动桨轮。
当这辆两栖车一到水中，车尾的桨轮开始工作。更准确的描述，这应该是一辆使用蒸汽动力的装有轮子的船，从结构和使用上判断这个发明是一辆能在水中行走的车。
跨世纪的水陆两用汽车是由美国研制的，它在公路上的行驶速度是每小时220多千米，在海面上航行的速度为每小时140多千米。这种水陆两用汽车采用了200多项高新技术，其中有86项是最新科技发明，堪称“跨世纪”的两用交通工具。
这辆车上所有的零部件，全由电脑控制，只要其中任何一个零部件出现了问题，不管驾驶员是否意识到，电脑都会“拒绝”启动，并在显示屏上显示出了问题的部件，工作人员维修起来非常方便。这辆水陆两用汽车还装有世界上最先进的全球卫星导航定位系统，汽车驶入海洋后，驾驶人员只要将乘客要去的地点输入到电脑里，就可以高枕无忧了。
汽车的航行及操作都由卫星导航系统发出指令，车内电脑自动控制驾驶。途中若遇到障碍时，车上安装的红外线监测、声呐以及超声波探测仪就会立即报警，卫星导航系统会指挥汽车自动避开。跨世纪的水陆两用汽车的底部安装有超感应传感器，就像汽车的眼睛一样，可以探测到汽车是否需要更换车轮。在海上航行时，采用400马力的喷射引擎推进，航行速度超过了快艇。在行驶中，车内不会积水，因为一旦有海浪涌入车内，传感器会立即向电脑发出信息，电脑会指令抽水设备将车内的水迅速排出。延伸阅读第二次世界大战期间，德军装备的大众166型水陆两用车，陆地行驶最高速度每小时接近90千米，水中速度每小时10千米左右。该车装备部队后受到德军官兵的欢迎。至1944年末，这种车总计生产了14238辆。
改进火车刹车装置的人
19世纪初，以蒸汽为动力的火车出现了。1829年，举行的一次“火车竞赛”中，斯蒂芬森驾驶着满载的“火箭号”机车，以时速56千米创造了陆地第一个车辆奔跑速度记录。此后，呼啸的火车开始奔驰在美国和欧洲大陆，形成了铁路交通运输业蓬勃发展的新时期。
但是，这种火车还不够完善。致命的缺点是刹车不灵，经常发生运行事故。因此在当时，人们认为火车也是一种不安全的交通工具，并将它戏称为“踏着轮子的混世魔王”。
当时的火车刹车装置十分原始，最初仅仅装在车头上，完全凭司机的体力扳动闸把来刹车，很难使沉重的列车迅速停下来。
后来改进为每节车厢上都安装一个单独的机械制动闸，配备一个专门的制动员，遇有情况，由司机发出信号，各个制动员再狠命按下闸把。这样虽然稍好一些，但仍然不能迅速地刹住列车。因此，发明一种灵敏有效的火车刹车装置，已成了铁路运行的大问题。
很多人都曾致力于改进火车刹车装置的研究，但谁也没想到，最终获得成功的却是一位贫困的美国年轻人——威斯汀豪斯，他发明了一种灵敏可靠的空气制动闸，给火车这匹巨大不羁的“铁马”，系上了“缰绳”，在铁路安全运输史上竖立了一个值得纪念的里程碑。
威斯汀豪斯发明新型火车空气闸的念头，是由一次偶然的事件激发起来的。
他在一次旅行中，恰好赶上了因火车刹车不灵造成的严重撞车事故。目睹了一场车毁人亡的惨剧。他当时就下定决心，要发明一种有效的制动闸，来避免交通事故的发生，保障铁路运输的安全。
他首先想到了蒸汽。既然列车是蒸汽推动的，为什么不能用蒸汽来制动呢？他设计了一套装置，用管路把锅炉和各个车厢连接起来，试图用蒸汽来推动汽缸活塞，从而压紧闸瓦，达到刹车的目的。
基于这个想法，威斯汀豪斯终于制成了新型的空气闸。其原理并不复杂，只要增加一台由机车带动的空气压缩机，通过管道将压缩空气送往各个车厢的汽缸就行了。刹车时，只要一打开阀门，压缩空气就会推动各车厢的汽缸活塞，将闸瓦压紧，使列车迅速停下来。延伸阅读在车轮辐板侧面安装制盘形制动是在车轴上或动盘，用制动夹钳使以合成材料制成的两个闸片紧压制动盘侧面，通过摩擦产生制动力，使列车停止前进。盘形制动比较平稳，几乎没有噪声。
火车的轨道
现在我们所看到的火车轨道都是用钢铁做成的，但是最初的轨道并不是钢铁的，而是用一块块石头砌成的，后来又出现了在英国煤矿十分常见的木头做成的轨道，当然，那时候在上面行驶的并不是火车，而是马车。
至1712年，纽可门发明了蒸汽机车，使矿石的产量大大提高，钢铁的产量也随之上升，所以出现了用普通钢铁板铺设的铁路。
后来，为了防止车轮出轨，采用了“L”形铸铁轨。至18世纪中叶，车轮内缘出现一圈突出的边，取代了铁轨上的附加边，接着又经过了很多年的改进，铁路才变成现在这样。
火车的车身和车轮都是钢铁做成的，拉的货物和乘客又很多，所以每节车厢都很重。它如果在普通的柏油路上跑，就会陷到地里去，一步也走不了。就算能走起来，由于火车又长又重，惯性大，不能说停就立刻停下来，这是很危险的。因此，火车只有在铁轨上才能跑。铁轨上没有其他车辆或行人，这样才能跑得又快又安全。为了不使火车从铁轨上掉下来，人们在车轮的内侧安装了一个比车轮大一圈的边，使车轮边缘恰好被两根铁轨内侧挡住，而不易从铁轨上脱落。
另外，要想在转弯时不使车轮从铁轮上脱落，就要使转变处的铁轨比内侧的高一些。如果转弯处的外侧铁轨不比内侧铁轨稍高一些，外侧车轮就会从铁轨上抬起来，火车就有可能从铁轨上掉下来。
现在有一种铁路公路两用车，这种列车除了具有能在铁轨运行的钢制车轮外，还装有在公路上使用的橡胶轮胎。当需要在公路上运行时，橡胶车轮降下，钢制车轮收起。两用列车可以把货物直接运送到不通火车的目的地，不需要中途转运，因此大大方便了货物运输。现在科学家正在研制一种水下列车，这种列车像一艘潜艇一样，一头扎进浩瀚的海洋，列车中的旅客顿时静下来，几分钟后惊魂未定的旅客发现自己到了奇妙的水下世界。各种美丽的游鱼从车窗边闪过，巨大的珊瑚礁不时地出现在人们眼前，这些都能在未来的水下列车中看到。延伸阅读蒂芬孙发明了火车。并1814年，英国发明家史改进了铁轨使它能承受更大的压力，他本人被尊称为“铁路之父”。世界上第一条货客运铁路是从斯多克敦出发到达达林敦的。
隐形飞机的功能
隐形对于一般人来说都不陌生，虽然这些说法大多来自小说和神话，但是在现实中也不乏隐形的例子。比如变色龙就能通过改变自己的颜色来进行隐形。
人们通过研究仿生学，并且应用了最新的技术和材料，终于在庞大的飞机上也实现了隐形。
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