做一条物理的“舔狗“
2019-02-19 14:00

做一条物理的“舔狗“

本文来自微信公众号:中科院物理所(ID:cas-iop),作者:Cloudiiink,编辑:Cloudiiink,文内动图来自 Giphy 以及 Reddit,头图来自:视觉中国


曾经,


那些美妙的物理定律


摆在我面前,而我没有珍惜


直到考试用到的时候,才追悔莫及


人世间最痛苦的事情莫过于此


如果上天能够给我一个再来一次的机会,


我会对物理老师说:


老师,我想再学一次! 


如果非要在这份约定上加点 BGM 的话,


我希望可以是——


“被伤过的心还可以爱谁,没人心疼的滋味”。



那些伤心的事 Those Sad Things


你哭着对我说


“动量守恒和能量守恒不是骗人的”


▲ 理想中的别人的课堂上,老师向大家演示,什么是能量守恒。财神争霸_[官网首页]只要你释放单摆,那么在它再次荡回来的时候,因为能量被摩擦阻力等消耗掉,高度肯定没有原来的高,虽然直面一个大球飞过来还是一件很可怕的事情,你要相信科学,它肯定撞不到你。图片来自 MIT 公开课


▲ 现实中的老师向大家演示,什么是能量守恒。


▲ 相信大家都知道,如果两个质量相同的物体发生弹性碰撞,它们会互相交换速度。如果有两个质量差别很大的物体相撞,那么小物体将会获得加速。这背后的原因其实是一样的,都是因为弹性碰撞,两者的接近速度等于两者最后的分离速度。


▲ 上图中看似是一个物体和多个物体同时发生碰撞,但是我们思考的过程还是不断地发生两体碰撞。因为它们的质量都相同,所以在弹性碰撞以后交换速度,第一个球和第二个球交换速度,前者静止,后者继续碰撞和第三个球交换,依次类推。


财神争霸_[官网首页]▲ 但是如果是一个质量很小的物体与质量很大的物体相对运动,速度均为 v,那么碰撞以后,大质量的物体速度接近不变,小质量的物体将会变为约为原来的 3 倍速度,也就是 3v。财神争霸_[官网首页]原因很简单,因为两者的接近速度为 2v = v -(-v),所以分离速度,也就是小物体相对大物体的速度也为 2v。


▲ 这是一个我们看了有点心疼,鼠类动物看了想打人的一个演示。利用接近速度等于分离速度,我们同样可以分析出飞翔的小仓鼠的速度将会是其落地速度的 2~3 倍。


▲ 演示这个实验的时候,我们一定要注意小球弹起的方向,否则就会发生上面这一幕惨剧……


▲ 碰撞过程动量改变其实是通过物体形变,支持力产生积累效应,只不过一般我们看不到或者看不清形变


▲ 上面的速度交换我们也可以通过另外的方式完成,比如跷跷板。本质上就是利用两边对称,利用跷跷板就可以交换动量,从而交换速度。


▲ 不过我们肯定不能像上面的大佬们一样……


合格的“舔狗”


Nice dog


所谓物理伤我千百遍,


我还待它如初恋。


说的大概是,怎么做一个合格的“舔狗”


打上引号防止友军误伤


尽管上面被物理伤得那么深


但是对它还是那么真


看到好玩的现象


忍不住就嗷嗷嗷地冲上去了


财神争霸_[官网首页]▲ 我们用高速摄影机可以记录下如果我们松开弹簧,会发生什么。这张图直观地展示了“声音”在弹簧中是怎么传播的。一端施加变动以后,在弹簧的另一端并不是实时就会有反应的,因为动态来看,另一端的弹簧弹力并没有发生变化,依旧处于平衡位置。


▲ 现在有很多动画片,但是其里面有科学的地方,也有不科学的地方。财神争霸_[官网首页]抛开上图里面水流出的动力来自哪里的问题,我们可以看到,因为动量守恒,如果我们向后抛出物体,那么我们就能不断地向前加速。现在的火箭发动机就是建立在这个原理上,只不过它们向后扔的是高温高速的气体。其实可以想见,这种火箭的效率并不高,想要往天上发射几吨的物质,往往需要十分巨大的火箭。比如曾用于阿波罗登月计划的“火星五号”,起飞质量高达三千吨,最后只能把几十吨的重量送到月球轨道上。


▲ 我们都知道在马鞍上直接放上一个东西,并不能平衡,但是如果把马鞍面旋转起来,在一定情况下,中间的物体就可以稳定地放住。该课题同样也是 2014 年国际青年物理锦标赛(IYPT)的一道题,看起来很反直觉


▲ 在上面的关于动量的分析中,似乎水应该会把球推开,不会形成一个稳定位置?但其实因为水在碰到球的表面以后,其速度变为沿着球面方向,球对其施加了向心力。力的作用是相互的,所以水流也会对球产生“吸引力”,从而拽住球球不让它跑掉。


▲ 现在的人们可以设计反馈系统,从而反抗重力。虽然看起来就像是那种没啥卵用的机器里面可以排上号的……


▲ 这个现象被称为链条喷泉(chain fountain),因为在 YouTube 上的科学博主 Mould 的视频而变得广为传播。这种现象和链条的形状密切相关,我们用软绳并不能做出这种现象。一种说法认为,链条的局部是刚性的,所以在下方链条拉动其上升的过程中,会对下方施加一个压力,从而获得喷泉的喷出的力量。


看点“好看”的,物理还是爱我的 Satisifing Pictures



本文来自微信公众号:中科院物理所(ID:cas-iop),作者:Cloudiiink,编辑:Cloudiiink,文内动图来自 Giphy 以及 Reddit

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