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，同時發(fā)現(xiàn)在汽車行駛過程中車窗涉及到的物理知識還真不少呢!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，但不是絕對沒有反射，坐在駕駛員后面的乘客會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，所成的像就會在車前的上方，駕駛員看不到車內(nèi)人的像，就不會影響視覺判斷，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，車內(nèi)不能亮燈呢?

在晚上乘車或在路邊行走時，我們會發(fā)現(xiàn)夜晚行駛的汽車，車內(nèi)的燈都是關(guān)閉的。因為當(dāng)車內(nèi)開燈時，汽車的擋風(fēng)玻璃相當(dāng)于一個平面鏡，車內(nèi)人、物在玻璃的反射下會在車前方形成虛像，由于車內(nèi)光線比外面強，所以像可能比車前行人還要明顯，結(jié)果使司機看不清或發(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，此時反光鏡映出的后窗上將是白茫茫一片，司機就看不清車后的情況，這是十分危險的。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，玻璃上不會產(chǎn)生水汽或霜，從而消除了事故隱患。另外一些高級車的后窗玻璃上還安有收音機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

過強的紫外線會對人皮膚造成傷害已是常識。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)時間只有幾小時，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，是因為在其生產(chǎn)過程中，在膜中添加了一種專門阻隔紫外線波長通過的材料。

2、隔熱

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

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：

波長越大的光衍射能力越強，即穿霧能力越強。在可見光包含的各種顏色的光里，紅光的波長最大，其次是黃光，加之其它因素——比如人眼對各種色光不同的敏感度、交通信號的顏色等，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)，里面是由很多個紅色“小鏡子”以不同角度組成的，當(dāng)有光照時，這些紅色“小鏡子”組成的尾燈產(chǎn)生了漫反射，又因為他是紅色的，也就是選了紅光波長進(jìn)行了選擇反射，因此我們在汽車后面各方向都能看到紅色的尾燈。同時，紅光波長最長，那么波動性就最好。