看電影《我和我的祖國》看懂里面的計量知識點了嗎？這片子，首先是一部充滿計量知識的片子！每個故事都有知識點。今天，我就來給大家講講吧:
01電磁波計量
朋友，你聽說過電磁波嗎？那么，什么是電磁計量呢？人們對電的物理現象進行定量研究時，需要定量單位，電和磁是廣泛應用的，我們的生活、生產、科研都需要電磁波計量的。電影《我和我的祖國》完美地呈現了電磁波的應用和可能帶來的危害。《奪冠》里，大家看女排比賽直播，無論小男孩怎么瘋狂扶著、擺動電視信號桿，都是作用不大，關鍵時刻還是臨時救命的“半導體”收音機發揮作用，大家紛紛用廣播收聽。為什么電視信號不好的時候半導體廣播卻還能用呢？這些就是電磁波計量的知識。1865年，英國科學家麥克斯韋經過運算提出：變化的電場會產生磁場，同時，變化的磁場也會產生電場，合起來，就是電磁場。這電磁場在空間的傳播，就形成了電磁波。有了電磁波，就有波長。比較長的波長，傳播的距離遠，避障能力強，而如果比較短，那就容易被阻擋。這就是，波長和頻率的乘積是光速，所以波長越長，頻率越低。電視機的圖像中頻信號是38MHZ，調頻收音機的中頻是10.7MHZ。所以電視接不到信號時，收音機就可以聽到電磁波傳來的聲音。你看，相比電視信號，廣播信號的頻率較低，波長更長，傳播能力也就更強。當然了，我國電視網建設的較晚，那時電視信號覆蓋還不高，也可能是原因之一。其實，電磁波的頻譜，對各個國家來說都是一個非常有限的資源，人類則是優先從比較“低頻段”開始利用的，我國也不例外。我們的手機從2G、3G到4G，最近又有5G，因為低頻段信號已經被占據，人類已經利用更高頻段了。比如4G最高利用到2.5GHz，而5G則可以到95GHz。那頻率更高的電磁波有嗎？當然有，再往后就變成了：微波、紅外線、可見光、紫外線、X射線和γ射線。
02原子彈與計量
大家都知道原子彈是威力巨大的殺傷武器。原子彈是由90%以高濃縮鈾或環239裂變時放出的中子生成的，一公斤鈾235或環239全部裂變，能釋放18000噸梯恩梯當量的能量，一顆原子彈的核裝藥一般為15至25公斤鈾235或6至8公斤钚239。鈾在正常壓力下的密度約為19克/立方厘米，對一定裂變物質，密度越高而臨界質量越小。實際上，天然鈾中同位素鈾235的豐度僅0.72%，按原子彈要求必須達到90%以上，然后釆取電磁分離、氣體擴散和熱擴散三種方法生產高濃鈾。原子彈是靠利用核反應的光熱輻射、沖擊波和放射性造成殺傷和破壞作用的，以及造成大面積釋放放射性污染。核反應過程非常迅速，微秒級的時間內即可完成。因此，在核武器爆炸周圍形成極高的溫度，加熱周圍空氣使之急速膨脹，產生高壓沖擊波。原子彈爆炸的強烈光波，能使成千上萬人雙目失明，6千多度的高溫，能把一切化為灰燼，放射雨能使一些人在20年中緩慢死亡。沖擊波形成的狂風，能把所有的建筑物摧毀。
其中γ射線也是一種威力，造成《相遇》中男主角的受傷就是這樣的。在放射性中γ射線波長極短，達到0.01埃米，傳播的時候，它不會繞開物體，而是直接穿透，甚至可以穿透細胞，殺死組織。在醫學里，這個特性被用在了“放療”上，來殺死癌細胞。在工業里，則被用于設備“探傷”。γ射線會在原子核反應的時候放出，造成人員“內傷”，這也是原子彈的重要威力之一。所以核輻射是很可怕的。一旦超過安全劑量，人會馬上頭暈嘔吐，白細胞數量下降、肺組織損傷、心血管系統損傷，還會引起細胞癌變，誘發癌癥。1986年的切爾諾貝利核電站事件，是核電時代以來最大的事故。日本因海嘯核電遭到重創。切爾諾貝核輻射在3個月內31人死亡，15年內有6-8萬人死亡，如今，依然有13萬人遭受各種程度的輻射疾病折磨。而《相遇》里的男主角，舍身救下裝置，為了國家，自己完全地、無保護地暴露在核輻射之下。其實，電影已經演得很“樂觀”了。實際中這種輻射劑量后果肯定是非常嚴重的。這就是我們的英雄啊！
03標準時間計量
時間計量是以“秒”為單位，頻率是時間的倒數，單位是“赫茲（HZ）”。電影里的時間就是就是國家授時中心發出的北京時間。《回歸》講述的是一個分秒必爭的故事。香港回歸我們已經等了150年，多一秒，都不能再等了，這就是我們的國家尊嚴。在電影里，中英外交官的對表時間細節，就是計量時間的比對，保持手表的一致性。
影片中說到了兩個天文臺：中國紫金山天文臺、英國格林尼治天文臺。其實，人類這么在乎時間，說明時間計量的重要性，要求時間精度也是必然的。但是這也就是近代的事兒，之前，人們說時間，只能跟你說個大概。人們對時間計量是從大航海時代開始的，這是因為需要測定船只的位置。對于南北軸，可以通過在船上測量太陽角。可是這東西軸，怎么辦呢？靠時間計量：也就是靠本地和出發地的時間差，再除以24小時就行了。后來，格林尼治天文臺就成為了0度經線的起點，也是當今世界時區的開始。在計時中，航海時鐘是洋人發明的。而中國，為國家報時的，當年就是南京的紫金山天文臺。它是國民政府20年代遷都南京時所設立的，目的就是發布準確的時間，也就是“授時”。新中國成立后，尤其1964年，在《相遇》里的原子彈爆炸后，我國科研工作的力度空前加大了。你看，導彈、火箭、衛星，都在天上飛，甚至要飛出大氣層，差之毫秒都會偏之千里。然而，紫金山和國家西部的實驗基地離太遠了，覆蓋面偏差太大。因此，國家決定建立新的時間授時中心，地方最好是在中國的中心位置！1966年，經國家科委批準籌建，我們國家新的授時中心成立了；1970年，經周恩來總理批準短波授時臺試播；1981年，經國務院批準正式發播標準時間和頻率信號；20世紀70年代初，為適應中國戰略武器發射、測控和空間技術發展的需要，經國務院和中央軍委批準，在陜西天文臺增建長波授時臺（BPL）；1986年，通過由國家科委組織的國家級技術鑒定后正式發播標準時間、標準頻率信號。當年，只能發布短波授時，傳播范圍很小。后來，隨著國家海洋科研和國防的需求，逐漸有了遠洋、長波、超長波授時。今天，國家授時中心早已和世界同步，堅守為國家報時的任務，服務航天、電子通信、全球定位、證券銀行交易等，分秒不差。我國的時間計量準確度達到了1X10一15，約三千萬年不差1秒。
04合金計量原理
《前夜》里有一個關鍵詞。開國大典前夜，升旗試驗出了問題。旗桿頂部用于卡位的金屬球裂了，需要重新做一個堅固的金屬球。當歐豪喊出“俺們需要矽鉻鎳”的時候，就是硬度計量不達標準。我們知道力是相互的，同時，撞針和卡位球的接觸面積一致，那么他們相互的壓強也一致，因此應力一致。通過影片我們知道：撞針沒有損壞，只是球被撞壞了，旗被卷進旗桿里，這說明針的材料硬度合挌的。那么，為什么不直接把撞針的材料高溫融了，然后就用這個鑄一個新的卡位球呢？這材料不是現成的嗎？其實就是要科普一下，讓大家知道合金的原理呢。計量的準確性就是如此，大家看見過用天平稱量金屬質量吧？鋼里面的鐵和碳與加入的合金元素將發生交互作用，形成新的化合物，而硬度合格配比要計量準確才可以達到，這就是計量的作用。以硬度為例，影片中加入歐豪需要的Si Cr Ni元素以后，鋼的硬度都提升了很多，在不同溫度下，材料的質量是不同的。計量準確、配比科學就會改變鋼的組織，使鋼的強度、硬度、耐磨性等都有提高，才能符合使用的要求，做出合挌的產品。
05抽簽概率原理
葛大爺抽中了開幕式的門票，這個故事，其實是在講“抽簽數學原理”。抽簽順序，會影響抽簽結果，也就是說，對于不放回、不提前揭開結果的抽簽，先抽和后抽，中獎的概率有區別嗎？答案是，沒有。你看，54張撲克牌，只有抽到紅桃2才中獎。那么第一個人抽，中獎的概率就是1/54。第二個人抽，概率分成兩種情況，第一個人抽中了（1/54） + 第一個人沒中（53/54）。所以，第二個人中獎的概率就是：1/54 * 0 + 53/54 * 1/53= 1/54。概率相同。有細心的朋友已經發現了，隨著劇情的推進，是其他人先公布答案的。那這個時候，隨著沒中的人越來越多，葛大爺的中獎概率，可是直線飆升的！
06重力計量的應用
什么是重力計量呢？簡單說，重力加速度就是物體在重力作用下落向地心的速度變化率。從牛頓第二定律可知以知道F=mg。由于引力遠大于離心力，重力的方向是指向地心的。在《護航》故事里，宋佳霸氣地喊出“給我整個8”。這8，就是8個G計量量值，也就是8個重力加速度的意思。空軍在飛行的時候，要做出各種特技動作，瞬間的加速度會非常高，所以在平時訓練的時候，就要鍛煉這個科目，讓身體適應。
8個G是什么概念呢？首先，要說一下加速度的方向，加速度對人體可以來自兩個方向：一個是“正向”，就是和身體的朝向平行，比如坐車時加速；另一個是“橫向”，加速度來自身體側面，比如車輛轉彎。對于第一種，美國人斯塔普博士在上世紀40到50年代，做了一系列實驗，來尋找人類的承受極限。1954年，他在美國新墨西哥州，創下了人類承受加速度最大紀錄：46.2G。加速的時候，用火箭推進器，停止的時候，則用液壓減速裝置。雖然創造了記錄，但身體也受到了重傷。要知道，當身體停止的時候，身體的內臟可沒停，依然以非常大的加速度運行。比如，他的眼球就在減速時受到了巨大的擠壓，失明了兩天；渾身的骨骼也有不同程度的骨折，還掉落了6顆牙齒。這么看來，宋佳的“整個8”也還好？等一下，這40個G可是正向的，而宋佳的那個8，是橫向的。幾年前，美國的《大眾科學》，發布了一項研究。它表明，對于橫向加速度，14個G可以讓人的器官分離，造成死亡。對于沒有任何訓練經歷的人，6個G足夠失去知覺。8個G的加速度可以讓人昏迷——這點上，電影還蠻符合科學的。
《我和我的祖國》觀后使我興奮之余，也感到計量科學技術知識普及還需努力，作為計量戰線的老兵責無旁待發揮余熱。
作者：盧敬叁 創作時間：2019年10月1日
