【物理动图】精彩物理动图,附原理解释

2023-01-06 0 455

原副标题:【力学Zopfli】精采力学Zopfli,附基本原理说明

光的慢速

【物理动图】精彩物理动图,附原理解释

基本原理:2014年12月4日的《自然》以宣传照该文刊载了目前世界上最慢的只转交(receive-only)2D Azamgarh摄影机,它的摄制帧数达到了1000 亿帧/秒,即10纳秒1帧(作为参照,电浆中的光在 10 纳秒内走来的距约为 3 公厘)。左图就是通过此种摄影机摄制的雷射波形被相干光的操作过程,整个操作过程前述只历经了 300 纳秒。 为了显示光的轨迹,人类学家借助冰冻锻造了雪花,我们检视到的前述是入射光。

脆弱:对一般人不形成安全可靠严重威胁,同时也是生活中完全没有机会检视到的现像……能够追上音速的照相技术将再度大力推进基础力学学的研究发展。

电磁波漂浮

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基本原理:人声具备热量,大声强的电磁波具备线性负面效应,这一负面效应可对声源中的球体产生冷却系统,将轻小球体漂浮在电磁波波形的后厝仔庄不远处。左图中的此次试验在前后左右都增设了超电磁波反舰列,进而实现了对球体的二维终端。

片段:在原音频中,源自日本的人类学家们还用此种器漂浮了木头君、螺栓君、烟丝君、阻抗君、二极体君和气泡君……够啦快放咱留下来!声漂浮还有更多应用领域公开场合,比如借助它能使胶体瓦解罐子的影响,继而便能制取广度四氟肼的固体,并更快地控制固体形成的操作过程。

脆弱:较低。不过,假如硬要造出声源极强的设备来漂浮人类,则有可能造成人体爆炸或严重的内出血……

“脆弱”的摆

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基本原理:摆是高中力学中出镜次数最多的器之一,单摆是演示动能和势能在相互转化的操作过程中机械能守恒最简易的器。

片段:左图中就是瓦尔特·列文(Walter Lewin)教授公开课上经典的一幕:放手之后,摆锤能摆回到非常接近他的地方,但由于机械能守恒,摆锤始终不会打到脸上。

脆弱:中等,小心线断掉

隐形球

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基本原理:让球隐身的关键在于相似的折射率。这里的小球是高吸水性材料,它们的吸水性实在太强,以至于吸满水时的折射率已经和纯水没有多大差别,因此当浸入水中时,它们自然就与背景融为一体了。

片段:事实上,只要调配一种折射率合适的固体,用同样的方法也能让玻璃棒消失不见。植物油+婴儿油就是一种可行的方案。

【物理动图】精彩物理动图,附原理解释

脆弱:很低。这些高吸水性材料广泛地应用领域在生活用品中,只要避免误食、误吸,就不会有什么脆弱。

神奇的小球

【物理动图】精彩物理动图,附原理解释

基本原理:卡车上射出的炮弹到底是运动还是静止的?这取决于你选择的参照系。这是《流言终结者》节目中进行的一个经典的试验:在一辆时速60英里的卡车上向正后方以时速60英里发射一颗“炮弹”。在运动参照系的速度远低于音速的情况下,速度的合成按照伽利略变换,即对地速度 = 对车速度 + 车速,因此若车速和炮弹的出膛速度相反,炮弹君便会被无辜地遗弃在原地。

片段:在地面参照系看来,开炮后炮弹的动能反而减少了,这是因为火药爆炸的热量提供给车加速了。

脆弱:中低。炮弹比较难找。

活塞打火

【物理动图】精彩物理动图,附原理解释

基本原理:这是一种引火器,在其中放入小片的引火物,并快速地压下活塞即可引燃。这能看作是气体绝热压缩的操作过程,根据理想气体状态方程,绝热操作过程满足 TV (γ-1) =常数,也就是说,随着体积V的压缩,温度T会随之上升。空气的比热容比γ≈1.4,如果将空气的体积压缩为原来的1/5,则温度会升高到原来的2倍左右。假设室温为300K(26.85℃),2倍就是600K,即300℃以上。这一温度足以点燃很多常见易燃物,比如Zopfli中的棉絮。

片段:点燃之后要迅速把活塞抽出,以免火种因为氧气耗尽而熄灭。

脆弱:低。打火活塞是一种相对安全可靠的引火方法,它在野外也很实用。注意不要用火棉(gun cotton)或气体燃料来引火,否则活塞可能会被猛喷出来。

锡疫

【物理动图】精彩物理动图,附原理解释

基本原理:你有没有听过一个“锡纽扣在严寒中变成粉末”的故事?这张Zopfli呈现的就是这个操作过程。随着温度的降低,银白色的金属锡会逐渐转化成另外一种同素异形体——不具备金属特性的灰锡粉末。这个操作过程也被叫做“锡疫”。

片段:在锡中加入锑或铋能抑制灰锡的产生。

脆弱:很低。(不过,把锡器冻成粉末还是挺浪费的……)

羽落术

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基本原理:这里使用了一块钕磁铁和一只粗铜管。当磁铁从铜管中落下时,磁感线切割导体,在铜管中生成感生电流;这个电流反过来产生磁场作用在磁铁上,产生斥力阻碍它下落。

管子必须导电性良好,但不能是铁管。铁自身的铁磁性会干扰这一现像。

片段: 还记得高中的楞次定律讲的“感应电流的效果总是反抗引起感应电流的原因”吗?这就是了。

【物理动图】精彩物理动图,附原理解释

脆弱:很低……但是为了较好效果,铜管和磁铁都需要很大很重,不要砸到脚。另外钕磁铁是非常强力的磁铁,不要让它靠近电子产品,也不要靠近铁制品——它可能会把铁器吸过来,弄伤你的手指。

铜线转圈圈

【物理动图】精彩物理动图,附原理解释

基本原理:只用一个电池,一片磁铁,一根导线,你就能做出一个简易的马达哦~(我建议最好再加上阻抗片或用阻抗丝,否则是接近短路的情况,发热会很严重)

这转圈圈的基本原理如下图,载流导线在磁场中会受到安培力,形成力矩使线框转起来。

【物理动图】精彩物理动图,附原理解释

片段:发挥创意,我们也能把它做成手工艺品。

【物理动图】精彩物理动图,附原理解释

半锅煎蛋

【物理动图】精彩物理动图,附原理解释

基本原理:电磁炉的工作基本原理并不是让自己升温,而且借助电磁感应加热。电磁炉首先将市电转化为高频交流电(20~40 kHz,对于交流电属于高频,但对于无线电波属于低频,所以电磁辐射少),然后交变电流通过线圈建立交变磁场,交变的磁场感应出涡旋的电场,此时将导体放在线圈上的话就会形成涡电流,涡电流流过导体时因阻抗产生焦耳热。所以,直接把鸡蛋打在电磁炉上是熟不了的,陶瓷或玻璃锅也不能被加热。

片段:基本原理上,电磁炉能加热所有导体锅,但市面上的电磁炉仅适用于加热铁锅(以及不锈钢等具备铁磁性的锅)。铁锅的特点是导 磁性强,漏磁少,并且除了涡电流之外还有磁滞损耗负面效应(即上一张图中提到的转着方向磁化的操作过程,那个操作过程是会放热的)来产热,因此使用铁锅有更高的加热效率。

而铜或铝不行的原因是阻抗太小了(高中学理科的童鞋应该体会过阻抗匹配,即外电路阻抗和电源内阻相等时输出功率才最大,太大或太小都不行)。铜铝的趋肤负面效应(交变电流喜欢贴在导体表面流动的现像)比铁弱,意味着涡电流在锅底流通的厚度更宽,所以阻抗更小,加热效率更低。市面上的电磁炉都是为铁锅设计的,如果要加热铜铝的话需要设计不同的工作频率。试验室中使用的感应电炉就有更多频率可供选择。

脆弱:低。与普通炉灶相比,电磁炉造成烫伤的风险更小。电磁炉的辐射不会危害健康,不过它有可能干扰心脏起搏器。电磁炉应远离收音机、电视机、手表、磁带、铁质的餐具等,安全可靠起见也不要放在任何金属平台上使用。

水之桥

【物理动图】精彩物理动图,附原理解释

基本原理:两个装满去离子水的烧杯彼此接触,如果此时给它们之间加上数千伏的电势差,那么即使把两个烧杯拉开几厘米距,二者之间也依然会有一条“水桥”相连。这一现像的具体基本原理还有待进一步研究,目前普遍认为它是和表层固体发生极化有关。

片段:这个不也是电解水的试验器吗?不是的哦,电解水的试验通常需要加入离子增强导电性,而这个试验则要求水非常纯净。如果水中溶入了离子,“水桥”的稳定性会变差很多。

脆弱:中高。请勿在家中玩耍高压电君……

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