菲律宾太阳网上娱乐>检索页>当前

1分钟物理:中科院物理所帮你解答“为什么”

发布时间:2019-03-15 菲律宾太阳网娱乐网址:中国科学院物理所 来源:中国菲律宾 太阳网城官网新闻网

Q:如果失控的电梯在做自由落体运动,里面的人在电梯即将落地时跳起,电梯在人落地前落地,那么此人会受伤吗?

别笑,很多人小时候都想过用这种方法避险。答案当然是不行了。我们详细分析一下为什么不行。男子跳高世界纪录是2.45米,别忘了这是背越式的,运动员实际重心升高不到2米。这还是在有助跑的情况下。美国职业篮球联赛球星克里斯•韦伯(ChrisWebber)原地起跳纪录是1.33米,别忘了人家跳之前会下蹲蓄力加抬腿。

很不幸,你在自由落体的电梯里面,所以别说助跑了,下蹲都做不了。

现在,假设我们什么都不管了,我们疯了,我们认为你骨骼清奇,原地一蹦2米高。可那又怎样?比如,电梯从10米高的地方失控,那你蹦完之后速度一抵消的效果,等于你从8米高的地方开始失控。你还是“妥妥滴”......

现在,我们假设你是不世出的绝顶高手,苦修40年就是为了今天,你一蹦10米高!而且电梯天花板也非常懂事地先自己消失一会儿。这回你终于能活下来了吧?

很遗憾,并不能。你还是“妥妥滴”......

要记住,真正杀死你的不是速度,而是加速度。

QQ图片20190315110554.png

Q:为什么光可以用东西挡住,声音却不可以?

其实声音也是可以用东西挡住的,光也可以不被东西挡住。你问题

中的光指的是我们能够看见的可见光,你问题中的声音也只是可以听到的声音。

在物理上,光和声音都是一种波动现象。只不过一个叫电磁波,一个叫机械波而已。而决定一个波会不会被一个东西挡住的因素很简单:波长的尺度与物体的尺度。如果波长远小于物体的尺度,那么这样的波就会被物体挡住。反之则不会。

人能够听到的声音的波长在17毫米到17米这样一个尺度范围内。日常生活中的绝大多数东西也恰好都在这个尺度范围内。结果就是声波很容易绕过这些物体被我们听到。这种现象就叫衍射。

另一方面,可见光波长的数量级只有几百个纳米,这个尺度远远小于日常生活中物体的尺度。所以光看上去几乎就是直线传播的。

问题的关键不是光或者声音,而是波长。声波波长很短时就不能绕开物体了,超声波就是准直线传播的声波。同样,波长长的光波/电磁波也可以绕开物体。这就是你在家到处都能收到Wi-Fi信号的原因。(Wi-Fi信号是电磁波,2.4GHz协议,它的波长差不多就跟你的脸一样宽。)

Q:据说孙悟空是以音速飞行的,因为他的筋斗云就是音爆云,这是真的吗?在水中以音速运动又是怎样的情况呢? 

声音的本质就是介质振动的疏密波(纵波)。一架飞机飞行的过程中碰撞空气产生振动,这种振动就以声波的形式向外扩散。

当达到音速的时候,飞机在碰撞自己跟前的空气,而空气却来不及将这种挤压扩散出去,因而被紧密地压在一起,对飞机产生剧烈的阻力和扰动,这一现象叫音障。

在这一过程中,被挤压的空气有很大的压强,高压下空气中的水蒸气被液化成小水滴,形成一片白色的“云”。这一现象就叫音爆云。

音爆云和音爆都只在飞机突破音速的那一刻产生,一般来说持续几秒钟—没有飞机会一直卡着音速飞行。速度完全超过音速以后,飞机自身反倒平静了许多。飞机仍在碰撞空气,但它将自己发出的声音甩在了身后,本来应该以球面波形式传播出去的声波波前此时形成了一个锥形面—飞机在锥尖的位置。

飞机外面的你在“声锥”之外什么都听不到。当声锥界面经过你的位置时,空气压强的突变会使你听到如爆炸一般“砰”的一声,这就是音爆现象。之后你在声锥之内了,听到的就是正常的飞机飞行声。

上面描述的“声锥”有个学名叫激波。在任何介质中,点波源的速度超过介质中的波速,都会产生激波现象。水中声速为 1500 米/ 秒左右,如果一个物体能在水中超过这个速度,想必会产生比空气中更加剧烈的激波现象,只不过这样的现象很少被观察到。

虽然水中声速很快,但水面波(就是一枚石子投入水中产生的涟漪) 往往波速很慢—一般每秒只有几米。跑得快的船在水面可以产生艏波,这也是一种激波现象。

事实上,这一现象甚至对光也成立。真空光速是不可超越的,但介质中的光速却可以。一些高能粒子可以具有比介质中光速更高的速度,这也会发生类似的激波现象,学名叫切连科夫辐射。这一现象在高能粒子的探测中有重要应用。

Q:外星人的眼睛有没有可能接收红外线或者紫外线?他们会不会比地球人的视野更宽阔? 

可能啊,相当可能!其实我们不需要提外星人—难道题主忘了江湖上名震天下、红极一时的皮皮虾?我们要说的不是吃货嘴里那种土里土气的皮皮虾,而是它的亲戚,色彩艳丽的齿虾蛄科孔雀螳螂虾。这家伙至少有 16 种视觉感受器,其中 6 种可分辨普通颜色,6 种可分辨紫外线,还有 4 种可以分辨圆偏振光!是不是很逆天? 

其实,视觉方面的能力与生物拥有的视觉感受器种类直接相关,且往往与其生活环境及生存需求密切相关。人类拥有负责感应光强的视杆细胞和负责捕捉颜色的三种视锥细胞;汪星人和喵星人更关心黑夜里捕捉猎物的能力而对颜色需求不大,故视杆细胞更发达而视锥细胞种类比人少;蜜蜂和蝴蝶天天在太阳下面拈花惹草,可以在紫外线图景下分辨各种花瓣;响尾蛇需要精确感应温度变化、判断猎物位置,红外视觉对其非常重要。

至于皮皮虾嘛,这么逆天的能力居然用来谈恋爱!色彩艳丽的外壳只有它能欣赏,圆偏振光的交流暗号也只有它能看懂......同在一个地球,尚且如此不同、各怀绝技,那远在宇宙深处的外星人,你猜会怎样呢? 

QQ图片20190315110623.png

Q:太阳温度那么高为什么没蒸发? 

第一,太阳表面已经是气态和等离子态了;第二,太阳表面引力很大,是地球的 28 倍,气体无法逃逸到太空中去。(耀斑和日珥是例外。) 

Q:一只苍蝇在汽车里飞,没有附着任何东西,它为什么会相对地面跟汽车保持一样的速度? 

它并不是没有附着任何东西。它附着空气。空气附着车。

其实常见的一类问题个个都可以用上面这句话回答。比如:为什么飘在空中的热气球还是会跟着地球自转?因为空气跟着地球自转。空气之所以跟着地球自转,是因为如果不这样,地表就会不停地摩擦空气,使它慢慢转起来,直到达到稳态。

QQ图片20190315110714.png

《1分钟物理:中科院物理所趣味科普专栏(第1辑)》

编者:中国科学院物理所

北京联合出版公司2019年3月出版

0 0 0 0
分享到:0

相关阅读

最新发布
热门标签
点击排行
热点推荐

工信部备案号:京ICP备05071141号

互联网新闻信息服务许可证 10120170024

中国菲律宾 太阳网城官网新闻网版权所有,未经书面授权禁止下载使用

Copyright@2000-2018 www.jyb.cn All Rights Reserved.

京公网安备 11010802025840号