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以太坊的k线图(为什么不打车时周围全是空车,而到我打车时却半天不来一辆?|No.139)


科研搬砖之余,小编常常喜欢周末去看看电影放松一下,但是看完电影经常碰到打不到车这个让人头疼的问题。印象中大街上空车很多啊!怎么车到用时就没了呢?

搭配BGM食用效果更佳~

1

Q

为什么湿衣物在身上很难脱下,而光脚踩在湿的地面上就容易滑倒?

by 機鋒

A

当衣服被水浸湿之后,原本那些与皮肤没有接触到的缝隙就填满了水,水对于衣服以及人的皮肤都具有较强的吸附力。另一方面,即便是浸湿的衣服,在皮肤与衣服之间也会存在一点空气,因此由于有拉普拉斯附加的作用使得衣服不容易被脱下。比如湿袜子不好脱,但是当把脚伸到水里脱就很容易脱下去了。

至于光脚踩在湿的地面上会打滑,首先这一地面即便是干燥时也具有较小的摩擦因数,也就是说并不是任何湿润的地面踩上去都容易滑倒。容易滑倒的地面其表面比较光滑,因此此时水分子的作用更多的是润滑。

By Patwf

2

Q

为什么最近气温回升,地上的雪都化了,堆起来的雪人却没化?

by 匿名

A

雪会化是因为它通过各种渠道吸收到了热能,热能的传递对于不同介质来说效率是不同的。雪从物质上来看是水,而水的比热容是很高的,因此想让雪的温度升高升到融点还是需要很长时间的,所以雪本身就不是特别容易化的。地上的雪会和地面之间进行热传递,通常地面的温度要比雪高,再加上雪比较薄,因此当气温回升或者太阳长时间照射后就会化掉。

而对于堆积起来又高又厚的雪人来说,它的密度比天然的积雪要大,因此外部的雪开始化时内部仍能在很长时间内保持低温。事实上雪挤压之后的绝热效果还是很不错的,因此才会有雪屋这一存在。另一方面,雪人在融化时是不均匀的,并不是由外而内一点点化掉的。当融化掉一部分之后,间隙被导热性很差的空气填充之后就会较长时间的维持这一状态。比如有些雪或者冰实际上并不是和地面直接接触的,它们之间存在一层薄薄的空气,这是因为与地面直接接触的时候热传递快容易化,而融化掉一部分后空气进去了,空气的导热性差因此化的慢。所以即便雪人从外表上看似乎没有化,但其内部其实已经不饱满了,有很多微小的空洞。

By Patwf

3

Q

为什么在我不打出租车时候,周围一看全是空车,而到我打车时候怎么空车一下变少了?

by 匿名

A

以北京为例,在上下班的高峰期道路会比较拥挤,但并不是全城都处于拥挤状态,而是在极个别道路上拥挤非常严重,有些道路则没有那么拥挤。也就是说,同一时刻在不同的地方、或者同一地方的不同时刻,车流量是不同的。对于常年开出租车的老司机来说已经有经验了,知道什么时候该去哪片拉客。因此首先由于出租车的分布本就存在地区性、时间性差异,使得客观上确实在你需要打车的时候整体上的打车需求都很高,进而打不到车。

其次,这当中也包含了心理学要素。当你不需要打车时,一方面可能你是不紧不慢地在压马路,此时时间的流逝对你来说没有那么敏感;另一方面空车的标记牌亮着使得你更容易发现它,所以事实上你的观察就存在偏差,因为很多载客的车被你忽略掉了。而当你想打车时,你的注意力会集中在每一辆路过的出租车上,之前被你忽略掉的载客的车就能够看见了。而当你着急地想前往目的地时也会觉得时间漫长,因此就会更加觉得车难打。

By Patwf

4

Q

通过捂住发声物体来降低声音的原理是什么?

by 匿名

A

声音的传播实际上是振动在介质中的传播,不同的介质对于振动的传递能力是不同的。所谓声音的高低实际上是振幅的大小,振幅大则声音就大。举一个例子,当把一个球以相同的高度分别在坚硬的地面和在松软的泥土上释放后,其弹起的高度是不一样的,松软泥土上的球会更快的静止在地面上。

声音的传递也是同样的道理,捂住声源的那一物体其对于振动的传递能力弱,很容易就吸收并耗散掉了振动的能量,因此就能起到降低声音的作用了。

By Patwf

5

Q

证明光速不变的实验有哪些?

by 匿名

A

证明光速不变的实验有很多,但其基本思路有两个,一个是在同一个惯性系中比较不同方向上的光速,一个是观察不同惯性系中的光速。从具体的实验操作来看可以分为两大类,一类是专门设计的各种实验仪器去验证,一类是通过观测天文现象来验证,比如观测双星系统的光速与光源的运动无关。鉴于篇幅关系就不逐个介绍了,感兴趣的读者可以参考《狭义相对论实验基础》。在此我们简单的介绍一下著名的迈克尔逊-莫雷实验。这一实验最初的目的其实为了验证以太的存在,在狭义相对论诞生之后被认为是光速不变原理和狭义相对性原理以及否定以太论的重要实验基础。

其实验原理如图所示:


(图片来源:百度百科)

如果存在以太,则当地球穿过以太绕太阳公转时,在地球通过以太运动的方向测量的光速(当我们对光源运动时)应该大于在与运动垂直方向测量的光速(当我们不对光源运动时)。因此当两束光到达观测屏时便具有了光程差,可以形成干涉条纹。同时如果将仪器旋转90度则能够观察到干涉条纹的移动。但实验结果却并没有观测到干涉条纹。因此否定了以太的存在,并证明了光速在不同惯性系和不同方向上都是相同的。

By Patwf

6

Q

微波炉加热食物的原理是什么?

by 华

A

微波炉加热的其实并不是食物,而是里面的水。

回答这个问题我们需要从微波是什么开始说起。微波实际上就是频率为 GHz,也就是每秒振动数十亿次的电磁波。我们都知道电磁波其实就是周期性变化的电场和磁场。而水分子的是一个正负电荷中心并不重合的一个分子。在电场的作用下,正电荷中心被拉着往电场方向跑,而负电荷中心被拉着往反方向跑。如果这个电场是周期性变化的电场,那么它就会拉着水分子周期性地摆动,从而把电磁波的能量转化为水的内能,也就是热。用一个很老的歌来唱大概就是:水分子跟着电场,让我们一起摇摆~


万千水分子,在线给你打 call,蓝色的是氢原子,黄绿色的是氧原子

当然,我们知道微波炉的工作频率为 2.4 GHz,这个频率并不是随便取的。原因并不是网上很多资料里面说的为了让微波和水分子产生共振,事实上恰恰是为了避开共振。下面这张图里面的蓝线代表不同温度下的水,吸收各个频率的电磁波的能力。黑线画出来的是 2.4 GHz所在位置,显然并不是共振吸收,也就是吸收峰所在的位置。道理其实也很简单,如果我们选择的是水共振吸收的频率,也就是频率大约为 10 GHz 的电磁波,那电磁波大部分的能量都会被表面的水吸收,从而无法穿透到食物内部加热里面的水。这种微波炉加热出来的食物只能是外部火热,内心冰冷。


介电常数和介电损耗随温度变化曲线

有心的读者肯定发现了,我们平时用的 Wi-Fi,2.4 GHz 的。我们平时用的蓝牙,频率也是 2.4 GHz 的。这些其实不是巧合,大家都用这个频率是因为 2.4 GHz 的 ISM 频段无须申请许可证。这个频率是公开频段,不管是民间还是政府都可以使用。而在 ISM 频段 2.4 GHz ~ 2.5 GHz 这个波段信道有限,却要传递这么多东西,难免拥堵,因为设计之初(1947 年确定标准)这只是给当时还是 baby 状态的微波加热应用留的,没想到后来还起到了通信的用途,承担了太多他不该承担的责任。所以现在我们也见到越来越多的 5G 频段工作的 Wi-Fi,就穿墙能力特别差的那个,但是信号稳定,不容易受到干扰。

这里的 5G 是指 5 GHz 的电磁波频率,和现在正在蓬勃发展的 5th Generation 的 5G ,第 5 代通信技术不是一回事。

By Cloudiiink

7

Q

从物理学的角度分析“斑羚飞渡”是否可能?

by 匿名

A

让我们先回顾一下斑羚飞渡的原文。文中关于斑羚飞渡的描述是半大的斑羚先跑,老斑羚在后边跟着,半大的跳的高,老的跳的低,当老斑羚到达空中最高点时,半大的斑羚正好落在老斑羚身上,完成二次跳跃。

从物理学角度来看,半大的斑羚能够完成二次跳跃其原理是动量守恒,它踩在老斑羚身上再次起跳可以获得一次加速,而代价则是老斑羚会获得相反方向的动量而快速下坠。在二次跳跃的过程中,仅有半大的斑羚在做功提供动能,其肌肉做的功一部分用于自身二次加速,一部分传递给了老斑羚,因此这个二次跳跃其初始动能大约只有第一次跳跃的一半,正如文章中所描述“这半大斑羚的第二次跳跃力度虽然远不如第一次,高度也只有地面跳跃的一半,但已足够跨越剩下的最后两米路程了。”

我们不考虑两只斑羚能否精确地在空中对接,事实上这一过程是非常难的,其默契度不亚于双人跳水,对于自然界中的斑羚来说,想要完成这一配合是不可能的,即现实中的斑羚飞渡是假的,在这里我们假设它们可以精确对接,仅从物理角度分析这一对接是否可能。

在进行物理的分析与计算之前,我们需要把这个问题稍微简化一下,我们假设这是两只真空中的球形斑羚,近似可以认为是两个质点

从物理学角度来看,斑羚飞渡这一过程是两个质点在做斜抛运动,它们的初速度不同,初速度与水平方向的夹角不同,并且有一个Δt的时间差,然后要求这两条轨迹能够有交点。文章中给出了一个约束条件,即两只斑羚对接时老斑羚正好处于它的最高点。物体做斜抛运动到达最高点时意味着竖直方向上速度正好减为0。利用这些条件我们可以建立如下的方程:


可以看出一共有6个自由度,但是只存在3个方程,因此方程的解有无数组。当然,这些参数并不是任意取值的,首先Δt不可能无限大,应该是在1s以内的一个值。除此之外,v1和v0也不可能无限大,并且v1与v0的差值也不能无限大。从数学上来看,只要对方程里的参数进行调整,总可以得到解,即数学上斑羚飞渡的解是存在的,因此对于学数学的而言斑羚飞渡是可行的。对于学物理的人来说,通常并不能理解费尽心思去证明解的存在而不进行具体的求解,因此在此让我们进行一个简单的计算来得到一个合理的物理解。

我们以跳羚为例,其奔跑速度可以达到96km/h,腾空跳跃可以达到3米。跳跃离地瞬间的速度要小于奔跑速度,我们假设跳羚是以45度角起跳最高能够达到3米,因此可以计算出其起跳的初速度为10.8m/s,文章中说半大的斑羚二次跳跃的距离是两米,因此我们假设半大的斑羚使出洪荒之力能够跳出4米远,因此其跳跃初速度为6.3m/s。我们假设它是以这一速度45度角起跳的,并假设老斑羚比它晚起跳0.5s。利用这一组数据,可以先计算出t≈0.3s,进一步可以计算出两只斑羚对接时的水平位移为3.56米,而此时半大的斑羚距离地面的高度为0.44米。因此断崖的宽度大约有5.5米,半大的斑羚确实是跳不过去的。

by Patwf


本期答题团队:

物理所 Patwf、Cloudiiink

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编辑:望江楼

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