淺析汽車車窗上的光學(xué)與熱學(xué)原理

師小兵

汽車作為重要的交通工具，已經(jīng)成為了人類生活中不可或缺的一部分，21世紀(jì)汽車已經(jīng)進(jìn)入了尋常百姓家，細(xì)心觀察一下各種式樣的汽車車窗，發(fā)現(xiàn)有著共同的外部特征，同時(shí)發(fā)現(xiàn)在汽車行駛過程中車窗涉及到的物理知識(shí)還真不少呢!作為物理教師，可以把它做為很好的教學(xué)素材引入到光學(xué)與熱學(xué)的教學(xué)實(shí)踐中，下面就其中的一些光學(xué)與熱學(xué)原理做一分析。

一、轎車前邊的車窗玻璃為何要做成順斜的

不少學(xué)生可能一下子會(huì)認(rèn)為：做成這樣還不是為了減小車子行駛過程中的空氣(流體)阻力唄!那也許又有學(xué)生要追問：那大型汽車(如長(zhǎng)途客車、公共汽車、大型卡車)駕駛室的前窗玻璃可是豎直的呀?顯然這種解答是不科學(xué)的!這可要從光學(xué)角度來分析：擋風(fēng)玻璃是透明的，但不是絕對(duì)沒有反射，坐在駕駛員后面的乘客會(huì)由于反射成像在駕駛員的前方。小轎車較矮，坐在里面的乘客經(jīng)擋風(fēng)玻璃成像在前方，若擋風(fēng)玻璃是豎直的，則所成的像與車前方行人的高度差不多，這就會(huì)干擾駕駛員的視覺判斷，容易出事故。而當(dāng)擋風(fēng)玻璃為傾斜時(shí)，所成的像就會(huì)在車前的上方，駕駛員看不到車內(nèi)人的像，就不會(huì)影響視覺判斷，保證行車安全。大型汽車一般很高，駕駛員的位置(視線)比路面行人要高些，這時(shí)雖然車內(nèi)乘客經(jīng)擋風(fēng)玻璃反射成的像在車前方，但位置比路上行人高得多，且比較暗淡，因而不會(huì)影響駕駛員的視覺判斷，即主要原理就是平面鏡成像問題。

二、裝有空調(diào)的汽車在夏、冬季節(jié)，車窗上都有水珠出現(xiàn)，這是怎么回事?

你首先要知道：小水珠在不同季節(jié)可是出現(xiàn)在車窗玻璃不同的表面上的。原因是夏天車外氣溫高，車內(nèi)氣溫低，故車子外面的水蒸氣遇冷在窗戶玻璃的外表面上液化形成了小水珠；而冬天則相反，車內(nèi)氣溫高于車外氣溫，所以車子內(nèi)的水蒸氣遇冷在車窗玻璃的內(nèi)表面上液化形成了小水珠。

三、為何夜間行車時(shí)，車內(nèi)不能亮燈呢?

在晚上乘車或在路邊行走時(shí)，我們會(huì)發(fā)現(xiàn)夜晚行駛的汽車，車內(nèi)的燈都是關(guān)閉的。因?yàn)楫?dāng)車內(nèi)開燈時(shí)，汽車的擋風(fēng)玻璃相當(dāng)于一個(gè)平面鏡，車內(nèi)人、物在玻璃的反射下會(huì)在車前方形成虛像，由于車內(nèi)光線比外面強(qiáng)，所以像可能比車前行人還要明顯，結(jié)果使司機(jī)看不清或發(fā)生混淆，造成判斷失誤釀成交通事故。因此，夜間行車，為了避免車前出現(xiàn)車內(nèi)景物的像，保證司機(jī)看清路面上的景物，必須關(guān)掉車內(nèi)的燈光!

四、汽車上為何安裝茶色玻璃?

行人很難看清乘車人的面孔。要看清乘車人的面孔，必須從面孔反射足夠強(qiáng)的光射到玻璃外面進(jìn)入車外人的眼里，茶色玻璃表面能反射一部分光線，還會(huì)吸收一部分光線，透進(jìn)車內(nèi)的光線較弱，其中又有一部分反射光被茶色玻璃反射和吸收，沒有足夠的光透射出來，所以行人很難看清乘車人的面孔。

五、小轎車后窗玻璃上那些橫著的細(xì)線條有啥作用?

轎車后窗玻璃上粘著不少橫著的薄膜，可是導(dǎo)電的喲!我們知道司機(jī)是從駕駛室上方的反光鏡里觀察車后面的情況，冬天車內(nèi)比車外暖和，后窗玻璃上容易產(chǎn)生水汽或結(jié)霜，此時(shí)反光鏡映出的后窗上將是白茫茫一片，司機(jī)就看不清車后的情況，這是十分危險(xiǎn)的。人們由此想出辦法，把窗做成雙層并粘上導(dǎo)電薄膜，通電后，使玻璃溫度升高，玻璃上不會(huì)產(chǎn)生水汽或霜，從而消除了事故隱患。另外一些高級(jí)車的后窗玻璃上還安有收音機(jī)天線和剛才談到的加熱線顏色一樣。

六、汽車玻璃上的防護(hù)膜

1、減輕紫外線輻射傷害

過強(qiáng)的紫外線會(huì)對(duì)人皮膚造成傷害已是常識(shí)。普通車窗玻璃只可以阻隔19％的紫外線侵害，皮膚涂上防曬霜后，可抵御97.5％的紫外線侵害，但持續(xù)時(shí)間只有幾小時(shí)，無法從根本上解決問題。而高質(zhì)量的專業(yè)太陽膜紫外線阻隔率可達(dá)到99％。汽車膜阻擋紫外線，是因?yàn)樵谄渖a(chǎn)過程中，在膜中添加了一種專門阻隔紫外線波長(zhǎng)通過的材料。

2、隔熱

有關(guān)數(shù)據(jù)顯示，在溫度超過28℃時(shí)，人的應(yīng)急反應(yīng)能力會(huì)下降50％。夏季汽車內(nèi)的溫度常常會(huì)比28℃還要高，這對(duì)司機(jī)來說是一個(gè)不小的考驗(yàn)。隔熱是太陽膜的一大優(yōu)點(diǎn)，貼上它不僅降低溫度，使司機(jī)安心駕駛，而且可以少開或不開汽車空調(diào)，有效節(jié)省能源，同時(shí)也不影響汽車的動(dòng)力性能。

七、汽車前面的車燈為什么是黃色的?而后面的為什么是紅色的?

汽車前面的燈主等是發(fā)出白光的燈，只有霧燈是發(fā)黃光的。霧燈采用黃光的原因是：

波長(zhǎng)越大的光衍射能力越強(qiáng)，即穿霧能力越強(qiáng)。在可見光包含的各種顏色的光里，紅光的波長(zhǎng)最大，其次是黃光，加之其它因素——比如人眼對(duì)各種色光不同的敏感度、交通信號(hào)的顏色等，用黃光作為霧燈光是最佳的。

后燈紅色是利用光的反射原理和不同色光的波長(zhǎng)不同原理。光在平滑分界面上的反射為鏡面反射，或稱單向反射。否則，為漫反射。漫反射時(shí)各不同方向的光的亮度如均勻漫反射。我們仔細(xì)觀察汽車的后燈就可以發(fā)現(xiàn)，里面是由很多個(gè)紅色“小鏡子”以不同角度組成的，當(dāng)有光照時(shí)，這些紅色“小鏡子”組成的尾燈產(chǎn)生了漫反射，又因?yàn)樗羌t色的，也就是選了紅光波長(zhǎng)進(jìn)行了選擇反射，因此我們?cè)谄嚭竺娓鞣较蚨寄芸吹郊t色的尾燈。同時(shí)，紅光波長(zhǎng)最長(zhǎng)，那么波動(dòng)性就最好。