为什么踮起脚尖旋转起来更轻松? | No.84

旋转 跳跃

我闭着眼

白雪 夏夜

我不停歇

为什么踮起脚尖

旋转起来更轻松呢

1Q

为什么离得很远就可以闻到花香?

By 冬日烈火

A

花香来自于花朵内部的芳香物质,一般是由油细胞产生的芳香油。芳香油具有挥发性,当芳香油分子被人类的嗅觉器官捕捉到人就能闻到花香。想必读者的问题是,花香分子是怎么从花朵上跑到人的鼻子里的?我们先讲一种便于理解的原因:靠风。风可以帮助分子“旅行”到达距离花朵很远的地方。即便是没有风,我们也能闻到花香,这就要靠分子的扩散。在微观的视角下,分子是无时无刻不在杂乱无章地运动,这是分子的内在性质。这种混乱的运动造成的结果就是分子有能力只靠自己运动到很远的地方,这样即便是距离花朵很远,只要鼻子可以捕捉到芳香油分子,鼻子就可以闻到花香。在现实情况中,往往是风和扩散共同帮助“分子”旅行。

2Q

洗洁精为什么要把水和油融合在一起?

By 李少岩

当油渍粘在衣物上后,油渍会渗入到织物纤维里,一般方法很难将油渍和纤维分离开。我们常用的办法就是用洗洁精去清洗被污染的衣物,不过油渍不仅可以用洗洁精加水清洗,使用不含水的化学溶剂也可以清洗油渍,这就是干洗。但是归根到底,两种清洗方式的原理是相似的: 干洗是用无水溶剂溶解污渍,溶剂将污渍带走。对于水洗,虽然油渍不会直接溶于水,但是在洗洁精的帮助下油渍就会进入水里,而水会将污渍带离衣物表面,这就达到了清洁的作用。可以看出,两种办法都是通过令污渍脱离衣物然后用溶剂(化学溶剂或者水)把污渍运到衣物之外来清理油渍的。可以想象,如果没有水的帮助,即便使用了洗洁精,污渍依然留在衣服上无法清理掉。

3Q

暖气的长度越长房屋内温度越高吗?

By tissue low

A

想要分析这个问题当然要先限制实验条件,假定两种情况下只有暖气的长度有区别,为方便起见假设暖气就是一根管子,其他条件包括暖气里水温、管道材质、粗细、颜色、房子结构、外界环境条件都完全一样。那么,答案是,暖气越长室内温度越高(当然前提是暖气水温高于室内气温)。

这个问题可以这么分析:房子从暖气吸热同时向环境放热,当吸热速度和放热速度相等时房间就达到了稳定的温度,这就是房间能达到的最高温度。房间的放热速度和室内与室外的温度差有关(房子的表面积等因素是固定的),房间的吸热速度不仅和房间、暖气之间的温度差有关好正比于暖气的表面积,当加长暖气长度时,暖气的表面积增加,房间的吸热速度相应的增加,所以房间会在更高的放热速度下维持平衡,也就是说可以保持更高的房屋/环境温度差,换句话说就是房间的温度更高。

4Q

两小儿辩日中,如何解释中午太阳离地球近,但看起来却比早上和傍晚的小?

By  箫声默

A

首先,太阳在中午和傍晚距离观察者的距离是几乎不变的:地球自转引起的距离的变化和地球的直径相当,大概在10000km量级;但是地球公转轨道半径大概是150000000km,地球自转引起的距离改变只占日地距离的万分之一,这个变化肉眼根本无法察觉,所以我们可以认为在一天内观察者和太阳之间的距离是不变的。

    早上和中午太阳的大小看起来不一样主要有以下原因:1、早晨地面空气含水量大,阳光穿过的大气层更厚,大气对阳光的散射作用更强,散射作用会在太阳的周围形成类似光晕的光芒,这使太阳看起来比实际大小要大。2、早晨天空背景较暗,明亮的物体在较暗的背景下看起来显得大。3、早晨太阳大小的参照物是房屋和树木,中午则是天空,不同的参照物使人们对太阳大小的判断产生偏差。

5Q

大象牙膏是什么?

By 球

A

大象牙膏指的是一种实验现象,就像动图里的一样。

这个实验的原理如下,实验中使用的是双氧水、碘化钾、和发泡剂的混合物,其中碘化钾主要充当催化剂的作用。碘化钾会分解双氧水生成大量的氧气,大量的气体遇到发泡剂(可以用洗洁精)就会产生大量的气泡,气泡体积较大会迅速涌出容器,产生一条长长的泡沫柱,因为泡沫柱看起来很像一条巨大的牙膏,就像是给大象准备的一样,所以被称为大象牙膏。“大象牙膏”被列入常见158项化学实验。

参考:https://baike.baidu.com/item/%E5%A4%A7%E8%B1%A1%E7%89%99%E8%86%8F/3839848?fr=aladdin

6Q

为什么有失重有超重,我们的体重并没有改变啊?

By 伊文斯

A

所谓轻盈与沉重,实际上我们日常所说的失重与超重。假如你某天没有吃晚饭,并且晚上还去操场跑了几圈,那么晚上睡觉前或者第二天早上起床你一定要做一件事,那就是上秤看看自己的体重有没有减小。在对秤的测量值进行读数之前,我们先想一想但是秤是怎样工作的。它实际上测量的是你对它的压力,在正常情况下,也就是你所受的重力,即F=mg。有关重力,请参考本期关于g的问答。当你快速往下蹲时,实际上做的是一个向下的加速运动。既然产生了向下的加速度a,那么就需要力来提供加速度,这个力来源于你的重力。此时F=mg-ma小于mg,也就是失重了。而当你需要减速时,则需要向上的加速度。还记得初中物理学的重力的方向永远竖直向下吗?所以此时的加速度并不是源于重力,而是源于秤给你的支持力。依据牛顿第三定律,你对秤的表面会产生额外的压力,因此便超重了。所以,所谓的超重失重实际上是因为产生了加速度,并不是你体重发生了变化。

终于,你满怀期待地开始读数,却惊讶的发现自己居然胖了!不要灰心,不要气馁,这并不是因为你在做向下的减速运动,而是你记错了之前的体重。当然还有一个可能,那就是秤长期高负荷测量超重的物体,久而久之变的不灵了。

7Q

摩擦力与接触面积无关。但为什么踮起脚尖身体旋转起来更轻松?

By 哆啦哆啦

A

我们一般是这样旋转的:扭动身体,准备发力,在发力的一瞬间抬起一只脚,则身体便转动了起来。因此,当我们一只脚离地开始转动的时候,实际上肢体便不会再做功了。相当于是给定了初动能,在摩擦力做负功的情况下的转动问题。理想的情况便是我们的动能全部转化为摩擦力的热能,停止转动。虽然动摩擦力的大小与接触面积无关,即f=μmg,但我们脚与地面的接触面积变化会影响摩擦力的做功。脚在地面上摩擦转动,越靠近转动中心,圆周运动的半径越小,此时摩擦力做功的路径便越短。为了简单的说明问题,我们用一个简化的模型,假设脚与地面的接触面是一个半径为R的圆,则单位面积的摩擦力为f/πR2。那么当转动的角度为θ时,摩擦力做功。因此,接触面积越小,转动的时候摩擦力做功的速率就越慢,也就是说我们的动能被摩擦力消耗的速度越慢,故而速度减缓的速度变慢,也就会感觉转动更加轻松了。

8Q

假如说挖一口非常深的井,那么越往下,重力加速度g越大吗?

By 随心而行

A

在回答这个问题之前,先明确一个概念,那就是万有引力等不等于重力?答案是不等于!因为地球在自转,所以地球表面的我们在随着地球做圆周运动。既然做圆周运动,就需要向心力,而向心力来源于地球对人的万有引力。因此,万有引力减去人做圆周运动的向心力便是人所受的重力,即。越往极点靠近圆周运动的半径越小,而万有引力几乎不变,因此越靠近极点的地方重力加速度越大。当人沿着一口很深的井逐渐下降时,人距离地心越来越近,此时地球内部的人可以看做是处于一个半径比地球小的的球体上,这个球体的质量比地球要小,同时外侧被一个球壳所包围。假设地球的质量是均匀分布的,数学上可以证明,外侧的球壳对其内部的物体万有引力为0。因此,当我们下降h时,距离地心的距离r=R-h,此时有。因此g’小于g,即越靠近地心,重力加速度越小。

本期答题团队:

物理所 螳吉呵呵、patwf


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为什么高速转动的机械经常会发生振动? | No.83

编辑:Fi、J.C.


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