人人书

1分钟物理全文阅读

外国小说文学理论侦探推理惊悚悬疑传记回忆杂文随笔诗歌戏曲小故事
人人书 > 科普学习 > 1分钟物理

第8页

书籍名:《1分钟物理》    作者:中国科学院物理所
推荐阅读:1分钟物理txt下载 1分钟物理笔趣阁 1分钟物理顶点 1分钟物理快眼 1分钟物理sodu
上一章目录下一章
    《1分钟物理》第8页,页面无弹窗的全文阅读!

    精确的测量方法应使用温度计。虽然温度计也会对被测量物体产生扰动,但是温度计本身可以提供的热量很少,所以对被测量体系扰动不大,这时,我们可以认为测量到的温度就是物体的真实温度。
    ◆◆◆
    50.云的本质是什么?为什么白色的云不容易下雨,而黑色的云容易下雨?
    云的物理本质是浮在空中的小水滴和小冰晶群。我们肉眼观察到的云形是大量小水滴和冰晶群组成的轮廓,其内部在不断运动和变化。
    夏天,我们经常看到天上乌云密布,然后下起暴雨,之后雨过天晴,天上飘着白云。其实,高温使地面的水蒸发到空中,而高空温度较低,白云就是空气中水蒸气围绕凝结核(比如说细小颗粒、尘埃)形成的小水滴,这些水滴聚集多了就变成了我们肉眼观察到的白云。随着水蒸气继续聚集,水滴越来越大,白云就变成了乌云。
    那么为什么水滴变大可以使白云变成乌云呢?我们知道水滴直径是微米级的,因为粒子线度大于10倍的入射光波长(考虑人眼可以观测到的400~760纳米段),所以我们应该利用Mie散射理论来解决这一问题。根据Mie散射理论,光强和颗粒大小成反比,因此水滴变大会导致光强变小,也就是亮度变低。
    我们常说的“天黄有雨”也源于灰尘和水滴聚集。
    ◆◆◆
    
    51.为什么推一下笔,笔往前走,它还会来回滚几下再停?它受到了什么力?
    首先表扬一下这位题主,你对生活细节的观察很到位。
    我们通过理论计算发现,如果笔杆是严格意义上的圆柱形(重心位于中心),桌面也是严格意义上的平坦(平坦不代表光滑,也就是说摩擦力依旧存在,不然笔也停不下来),那么笔杆一定会直接停下来,而不是来回滚几下再停,这是牛顿力学所决定的(有兴趣的读者可以简单推算一下)。
    因此,出现来回滚动几下再停只可能是因为笔杆的重心并不是刚好在正中心,或者桌面有一些很细微的凹凸,或者二者皆有。笔杆大致呈圆柱形,与桌面的接触面积很小,对上述的两种扰动十分敏感,而笔杆最后停下来的位置肯定是势能最低的地方(重心最低),因此笔杆一般情况下会来回滚动以调节自身的位置,从而最终找到一个稳定平衡的位置。
    另外,物理君反复试验发现,一般情况下第一个原因是主因,即笔杆的重心不是刚好处于正中心。当然,读者也可以自己做个小实验看看,方法很简单,在笔杆上做个标记,然后多滚动几次笔杆,看看是不是每次笔杆最终停下来时都是同一部位贴着桌面。
    ◆◆◆
    
    52.水滴滴到浅水中为什么会出现小露珠?
    这就是所谓的“反气泡”。我们都知道,气泡是液体包着气体形成的,而反气泡则相反,它是由一层气体包着液体形成的。当液滴周围的一层空气进入液体时,液滴和液体不会马上相融,而会暂时保持原状,周围的气体隔开当中的液滴,形成反气泡。当出现在液体表面时,如果有空气层的有效隔绝,液滴也不会马上与液体相融,而会在表面上滚动几下,这应该就是题主所说的小露珠了吧。
    应该说,降低表面张力是有效形成反气泡的途径之一。这是因为表面张力会使表面绷紧,呈现缩小趋势,而降低表面张力可以使表面易于变形,便于空气介入。物理所公众号2017年7月1日“正经玩”栏目里就有关于反气泡的小实验。洗洁精就是一种表面活性剂,有降低表面张力的作用。感兴趣的同学可以复习一下。
    ◆◆◆
    
    53.假设热水器里放出来的水温度基本恒定后是35摄氏度,关掉水,等一会儿再打开,水温可能会从33摄氏度变成37摄氏度再变成35摄氏度。这是为什么?
    物理君在第一次用热水器的时候也遇到过同样的疑问,其实这是一个非常典型的理想条件和实际情况有差别的例子,用理想情况下的结论解释实际现象难免会出现一定的偏差。我们先看一下热水器是如何把冷水加热的:热水器包含水箱(为简化叙述我们只讨论一个水箱的情况)、进水管、出水管和加热装置(加热管等)。当热水器正常工作时,冷水进入水箱,被加热装置加热,然后热水通过出水管流出,整个过程达到一种短时间的动态平衡,加热装置的热量持续地被冷水带走,这样我们就可以获得温度恒定的热水。
    但是,当我们关闭出水口时,这种平衡就被打破了:水箱中的水不再有新的冷水补充,不过这时加热装置并没有立刻停止加热,因为即使断电了,加热装置的温度还是高于设定温度,这部分多余的热量会对水箱里的水持续加热,从而导致水的温度高于设定温度。当你重新打开热水器,首先流出的是出水管残留的被冷却的水,然后是水箱残留的过热的水,接下来是刚进入水箱还没来得及加热的水,最后才是稳定的热水。这就是奇怪的温度变化出现的原因。
    ◆◆◆
    54.为什么磁铁高温加热后会失去磁性?
    磁铁中有一个又一个极微小的磁铁(磁矩或磁畴)。你可以想象有这样的两股力量:一股是小磁铁之间的力量,由于小磁铁同向时能量比较低,两个小磁铁之间就有一股力量让对方与自己同向;另一股是热运动的力量,温度越高小磁铁的运动越剧烈,越不能老老实实地处于一个方向不动。前者有利于磁铁整体拥有磁性,后者却破坏磁铁整体磁性。如果在绝对零度,没有后者,所有小磁铁都在相互作用下老实待在同一个方向,磁铁整体也就具有磁性;大于绝对零度而在某个特定温度以下,虽然小磁铁具有热运动的力量,但温度不足以让小磁铁完全不老实,在小磁铁之间的相互作用和热运动的共同影响下,磁铁仍然在某个方向上具有整体磁性。但温度大于特定数值以后,小磁铁就获得了完全不老实的力量,不会整体趋于某个方向,而是处在杂乱的状态。这个特定的温度,就叫作居里温度。
    ◆◆◆
    
    55.为什么超过声速会产生音爆呢?超过光速会产生光爆吗?
    当物体在空气中运动时,它实际上会挤压在其前方的空气,形成所谓的激波。激波以声速在空气中传播,当物体的运动速度超过声速时,被压缩的空气就会在物体前方堆积,产生极大的阻力。物体运动时产生激波的波前会分布在一个圆锥面(马赫锥)上,在这个锥面上,空气的压强、密度等参数都会有很大变化,当激波面穿过人耳时,耳朵的鼓膜会感受到这种压强的变化,因而会听到巨大的轰鸣声,这就是音爆。事实上,在介质中,带电粒子的速度超过介质中的光速时,也会产生类似的现象,这就是切连科夫辐射。
    ◆◆◆
    56.为什么激光的光斑看起来是很多细微的小光点?
    恭喜慧眼如炬的你发现了激光散斑现象!这本质上是光的干涉效应。激光具有良好的单色性和相干性,当它照射到一般物体的粗糙表面上,再从凹凸不平的地方反射到眼睛里时,会有一个微小的光程差,光波因而相互干涉,有的相长,有的相消,从而形成有明暗分布的斑点。这里提到的粗糙是相对于光的波长(几百纳米)而言的。与之类似,激光透过表面粗糙的玻璃(如浴室的毛玻璃)时,你从背面也可以观察到细小的散斑。然而以上知识点太简单了,我们可以稍加深入,做一些有趣的拓展。
    当反射面或透射面上的凹凸起伏随机时,散斑没有明显规律;而如果在被照射的透明板上特意设计和制作图案P,就可以让射出的无数束光相互干涉(其实就是衍射)形成特定的图案P',二者可以用傅里叶变换联系起来。玩具激光笔的前置图案头、酷炫的全息图等都与这个原理相关。
    举个最简单的例子,你可以在镜子上划一道痕迹(若有人因此挨打,物理君概不负责)或者放一根头发(脱发的朋友请珍重),用激光照射镜面,并让光线反射到墙上,这样你很容易观察到明暗相间、整齐排列的单缝衍射条纹,运气好的话,照到圆形的坑点或细小的灰尘,激光会在墙上映出一系列类似牛顿环的同心圆来。麻雀虽小,五脏俱全,可别小看普通的激光笔哦,在家里完成这些实验毫无压力,快去试试吧!另外特别提醒一下,由于波长越长衍射效应越明显,选用红色激光会比绿色、紫色的更容易观察到现象哦。
上一章目录下一章
推荐书籍:深度营养:为什么人类的基因需要传统饮食 获客 叛逆天才:拒绝一颗盲从的心,让自己闪闪发光 女配手握龙傲天剧本 女主她超可爱 女尊之夫郎是只鬼 女尊之科举宠夫两不误 判官大人请自重 炮灰男配沉迷赚钱之后 炮灰女配绑定万人迷系统后