聚光的曲線——拋物線

現在，在電視臺、衛星地面站、許多科學研究機構，甚至在賓館、居民樓這樣的民用建筑物上，我們都可以看到一些像大鍋一樣的東西。其實他們不是鍋，而是通訊用的天線。你能想得到嗎？這種天線與一種特殊的曲線有關，它就是拋物線。

（奇 奇）

16世紀的歐洲人認為，炮彈是沿著折線飛行的，甚至連教科書里也這樣寫。他們為什么會有這種認識呢？估計是這樣得到的：從發射炮彈的人看來，炮彈是沿著直線飛出去的；而作為挨炮彈的一方來看，炮彈總是沿著直線從天而降。把二者結合在一起，炮彈就是按著折線飛行的了。

還是意大利著名的科學家伽利略更正了人們的錯誤認識。伽利略第一次指出，炮彈并不是沿著折線飛行，而是沿著一條曲線飛行的，他給這條曲線起名叫做“拋物線”。

有焦點的曲線

拋物線有一個奇特的性質：

它有一根對稱軸，一束和對稱軸平行的光線照射到拋物線上，這些光線會全部被聚焦到對稱軸的一點上，這個點就被叫做“焦點”。

反過來，如果在拋物線的焦點處放置一個點光源，點光源發出的光經拋物線的反射，就會變成一束平行光發射出去。手電筒里面的反光罩就是利用了拋物線的這個性質做成的。把電珠放到焦點處，這樣電珠發出的光經旋轉拋物面的反射，就變成一束平行光照射出去。同樣的道理，探照燈和許多舞臺照明燈也用旋轉拋物面制作反光罩，以便加強光線的亮度。

通訊的好幫手

無線電波、微波、紅外線和X射線都是電磁波，它們的傳播規律和光波基本相同。

一束無線電波或微波，沿著軸線的方向照射到旋轉拋物面上時，就會被拋物面聚集到焦點處，使得焦點處的電波強度明顯強于周圍，這樣接收機就可以更好地接收到外來的信號。

反過來，如果在焦點處放一個電磁波發生器，就可以將電磁波沿對稱軸平行地發射出去。這樣，不但可以使發射出去的電磁波強度增加了、作用距離更遠了，也更容易控制了。因此，雷達天線大都做成旋轉拋物面形的，也有的天線做成拋物柱面的。拋物線是通訊、國防、科研必不可少的工具。

人們最早觀察天體運動用的是光學望遠鏡。17世紀意大利科學家伽利略制造出放大超過30倍的光學望遠鏡，他就是用這架光學望遠鏡觀察到了太陽的黑子、月亮上的山、金星的相位、土星的環以及木星的4個衛星。伽利略的發現震動了整個科學界。

隨著對宇宙研究的不斷深入，天文學家發現，來自宇宙的信息中除了可見光之外，還有許多看不見的電磁波，有無線電波、微波、X射線、γ射線等。由于這些電磁波用光學望遠鏡是看不到的，而且經過遙遠的距離到達我們地球時已經是很微弱，為了把這些微弱的信息收集起來，人們又想起了拋物線的聚焦本領。科學家給天文學家設計了一種新型的望遠鏡——射電望遠鏡，他們把射電望遠鏡的天線做成巨大的拋物面的形狀，以便可以最大限度地把來自宇宙的電磁波聚集到它的焦點處。在這種射電望遠鏡的幫助下，20世紀60年代，科學家們相繼發現了類星體、脈沖星、星際有機分子、宇宙的微波背景輻射等。這些發現，把人類對宇宙的研究提高到了一個新的水平。

不花錢的爐子

太陽是一個巨大的能源，它每天都把大量的光和熱送到地球上來。地球上萬物生長靠太陽。

自古以來，人們就采用各種辦法來利用太陽的光和熱。隨著科學技術的發展，人們正在尋找更直接、更簡便、更清潔、更有效的辦法來利用太陽能。制作太陽灶就是一個簡便的好辦法。

有的太陽灶的外形也像一口大鍋，它也是旋轉拋物面。因為太陽離地球很遠，我們可以把到達地面的太陽光看成是平行光。太陽光沿著對稱軸的方向照到拋物面上，便被聚集到焦點處，使那里產生很高的溫度。比如我國制作的直徑為1400毫米的旋轉拋物面形的太陽灶，它的焦點處溫度可達600℃～700℃，可以用來燒水、做飯。

海市蜃樓的秘密

在我國的青島和蓬萊，經常會出現這樣一種奇怪的自然現象：在海面的遠處，水天相接的地方，突然會蒙蒙 出現一座陌生的城市，那里有高大的建筑、整齊的街道，還有來來往往的車輛。人們心里都很清楚，那里是大海，根本就沒有陸地，但那些城市是怎么一回事呢？這種自然現象自古就有，古人不了解其中的原因，認為是神仙所致，又由于經常出現在蓬萊，就把它稱為“蓬萊仙境”，也有人把它叫做“海市蜃樓”。這種現象有時在沙漠中也會出現。

人們不禁要問：為什么會出現海市蜃樓那樣的現象？經過研究，原來是拋物線在那里搗鬼！

我們知道，光通過密度不同的物質時，會發生折射現象。比如把一支筷子插入盛有水的玻璃杯中，你從外面看，筷子好像折成為兩截。這就是因為光通過空氣和水這兩種密度不同的物質時發生了折射。

在海洋和沙漠的特定環境條件下，上層空氣和下層空氣的密度變化明顯，當光在密度不同的空氣中前進時，也會不斷地發生折射現象。這樣，光就不走直線了，而是不斷拐彎，實際上是走了一條拋物線。雖然光線拐了彎，但是人們習慣地認為光總是沿著直線前進的，就以為自己真的看到在海面上有一座城市。

你看，科學是不是給了我們一雙慧眼？否則的話，我們也會以為是“神仙”下凡了呢。

（選自《探索形狀奧秘》）