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八年级《物理》(人教版)下册第95页的“动手动脑学物理”中第3题问:现在有一种叫做“隐形飞机”的军用飞机,雷达不能发现它。根据雷达的工作原理想一想,隐形飞机的形状应该有什么特征?机身材料应该有什么特征?
雷达是一种利用无线电波及电磁波发现目标并测定其距离、方位、高度和速度等参数的电子设备。雷达的概念形成于20世纪初,在第二次世界大战中获得迅速发展。1935年,英国研制成最早投入实战的军用雷达系统,用于探测敌军的飞机。目前,除了作为军事装备外,雷达还广泛应用于导航、气象、天文等经济和科技领域。
雷达的探测原理是:雷达发射机首先产生有足够能量的微波,再传给天线。天线将这些微波辐射至大气中传播。微波遇到目标后,也和光一样沿着各个方向反射,其中一部分微波反射回雷达,被雷达天线获取,送到接收机,形成雷达的回波信号,经过信号处理提取出信息送到显示器,显示出目标的距离、方向、速度等,如上页图所示。
“隐身”是一种防止目标被雷达发现的现代技术。在第一次世界大战之前,人们探测目标靠的是眼睛和可见光设备。探测能力依赖于目标的尺寸、色彩、光泽及其背景的对比度。伪装术是这一时期出现的一种反目视探测技术,也可以说是早期最简单的隐身术。第二次世界大战期间,美国、英国、德国等国家对隐身技术进行了大量的探索,并于20世纪70年代将其研究的成果逐渐付之于工程实施。在海湾战争中,人们亲眼目睹了隐身技术的巨大魅力。因此,隐身技术的研究成为未来战争中各国关注的焦点。
人们之所以能看到各种各样的东西,是因为光射到这些东西上后,会被它阻挡并反射入人的眼睛。隐身技术的原理就是改变电磁波(光是其中一种)在材料中的折射率,即不再让这些东西反射光。比如完美的隐身衣,既不会反射电磁波,也不会吸收电磁波,而是让电磁波“转弯”,绕过物体,这样人们就不能看到物体,物体就能“隐身”了。这就像小溪里的水,经过一块石头时,溪流会绕过石头后再合拢了继续向前,就像没有遇到过石头一样。
当然。隐身技术只能在某一个频率上隐形。电磁波从频率上可以分为一段段的,其中有一段可以被肉眼看到,那就是可见光波。肉眼看不见的隐身衣虽然在光波频率范围内能够实现隐形,但是用其他频段的电磁波还是可以探测到的。同样道理,能逃过雷达监测的隐形飞机,用肉眼却是可见的,即在光频下没有隐形。
正如以上所述,隐形飞机并不是说飞机是透明的,无论怎么飞人们也发现不了。它只是针对雷达而言,即不易被雷达发现。隐形飞机的机身和机翼,由一种能大量吸收雷达波的非金属材料制成,表面还涂有一层金属氧化物组成的隐形材料,这样,飞机能吸收雷达波或让雷达波穿透过去。减少飞机对雷达波的反射,使雷达很难收到信号,所以雷达就发现不了它。
奇特的机身外形对飞机能隐形也帮了大忙。隐形飞机的机身不是常见的圆筒形。而是设计成菱形、锥形、头盔形等特殊形状,机身和机翼连接的地方设计成圆弧形,没有通常的尾翼。这一系列措施都能破坏雷达波,使之不能产生大的回波。另外,隐形飞机还能躲避红外线探测器的监视,办法是将大量散发热量的喷气发动机排气口装在飞机顶部,并且在喷气前,使高温的喷气流吸入冷空气降温,这样,地面的红外线探测器就很少或根本不能探测到飞机散发的热量了。
责任编辑 程 哲
雷达是一种利用无线电波及电磁波发现目标并测定其距离、方位、高度和速度等参数的电子设备。雷达的概念形成于20世纪初,在第二次世界大战中获得迅速发展。1935年,英国研制成最早投入实战的军用雷达系统,用于探测敌军的飞机。目前,除了作为军事装备外,雷达还广泛应用于导航、气象、天文等经济和科技领域。
雷达的探测原理是:雷达发射机首先产生有足够能量的微波,再传给天线。天线将这些微波辐射至大气中传播。微波遇到目标后,也和光一样沿着各个方向反射,其中一部分微波反射回雷达,被雷达天线获取,送到接收机,形成雷达的回波信号,经过信号处理提取出信息送到显示器,显示出目标的距离、方向、速度等,如上页图所示。
“隐身”是一种防止目标被雷达发现的现代技术。在第一次世界大战之前,人们探测目标靠的是眼睛和可见光设备。探测能力依赖于目标的尺寸、色彩、光泽及其背景的对比度。伪装术是这一时期出现的一种反目视探测技术,也可以说是早期最简单的隐身术。第二次世界大战期间,美国、英国、德国等国家对隐身技术进行了大量的探索,并于20世纪70年代将其研究的成果逐渐付之于工程实施。在海湾战争中,人们亲眼目睹了隐身技术的巨大魅力。因此,隐身技术的研究成为未来战争中各国关注的焦点。
人们之所以能看到各种各样的东西,是因为光射到这些东西上后,会被它阻挡并反射入人的眼睛。隐身技术的原理就是改变电磁波(光是其中一种)在材料中的折射率,即不再让这些东西反射光。比如完美的隐身衣,既不会反射电磁波,也不会吸收电磁波,而是让电磁波“转弯”,绕过物体,这样人们就不能看到物体,物体就能“隐身”了。这就像小溪里的水,经过一块石头时,溪流会绕过石头后再合拢了继续向前,就像没有遇到过石头一样。
当然。隐身技术只能在某一个频率上隐形。电磁波从频率上可以分为一段段的,其中有一段可以被肉眼看到,那就是可见光波。肉眼看不见的隐身衣虽然在光波频率范围内能够实现隐形,但是用其他频段的电磁波还是可以探测到的。同样道理,能逃过雷达监测的隐形飞机,用肉眼却是可见的,即在光频下没有隐形。
正如以上所述,隐形飞机并不是说飞机是透明的,无论怎么飞人们也发现不了。它只是针对雷达而言,即不易被雷达发现。隐形飞机的机身和机翼,由一种能大量吸收雷达波的非金属材料制成,表面还涂有一层金属氧化物组成的隐形材料,这样,飞机能吸收雷达波或让雷达波穿透过去。减少飞机对雷达波的反射,使雷达很难收到信号,所以雷达就发现不了它。
奇特的机身外形对飞机能隐形也帮了大忙。隐形飞机的机身不是常见的圆筒形。而是设计成菱形、锥形、头盔形等特殊形状,机身和机翼连接的地方设计成圆弧形,没有通常的尾翼。这一系列措施都能破坏雷达波,使之不能产生大的回波。另外,隐形飞机还能躲避红外线探测器的监视,办法是将大量散发热量的喷气发动机排气口装在飞机顶部,并且在喷气前,使高温的喷气流吸入冷空气降温,这样,地面的红外线探测器就很少或根本不能探测到飞机散发的热量了。
责任编辑 程 哲