拿不下来的锅盖...

文摘   2024-07-10 11:48   北京  

刷短视频,刷到有个人把锅盖扣在了桌子上,结果拿不下来了。鬼使神差,顺手拿起桌子上的笔算了算,感觉也有点意思,分享一下。

我想这是很多人都碰到过的事情,这篇文章就用最简单的大学物理知识,来分析一下这其中的物理过程,看看为什么拿不下来,以及怎么样才能拿下来。

首先,你如果想获得一个结结实实扣在桌子上的锅盖,必须在做饭时或者刚刚做完饭后,也就是锅盖温度还比较高的时候,把它扣在一个平整度比较好的平面上(比如桌子,而且锅盖、桌子都没有透气的孔洞)。温馨提示:不要真的去扣锅盖...

做饭时,不管是炒菜还是煲汤,上升的水蒸气会将锅盖加热。不妨假设锅盖的温度加热到了水的沸点,即100℃(热力学温度T≈370K),这时我们把锅盖从锅上拿下来,为了一步步理解,先别着急往桌子上扣,先让锅盖停在半空中,如下图

上面的“实心点”代表空气分子,在锅盖周围的空气分子(红色点)被锅盖加热到了较高的温度,而离锅盖较远的空气分子(蓝色点)的温度则比较低,但温度高的气体与温度低的气体都具有相同的气体压强。

当把锅盖扣在桌子上,锅盖外面的热空气由于空气流动很快就消散了,但这时锅盖内部的空气还足够热产生的压强仍然等于锅盖外部的冷空气的压强(即标准大气压,此时锅盖还是可以轻松拿下来),根据理想气体物态方程,有

其中p为压强,n为气体分子数密度,k为玻尔兹曼常数,T为气体的热力学温度,下角标hot代表气体温度高时对应的物理量,p0为标准大气压。

随着时间流逝,锅盖内部的空气慢慢冷却下来,直到冷却到室温(25摄氏度,即大约300开尔文)。锅盖内部的空气分子总数没有变化,锅盖内部空间的体积也没有变化,所以分子数密度也不变,我们可以写出冷却到室温时的气体方程

联立以上两式得

假设锅盖的上表面面积为S,那么大气给予的锅盖竖直向下的压力为

假设锅盖的半径为20厘米,上表面面积就是0.126平方米,代入标准大气压p0=1.013×10^5帕斯卡,T_cold=300K,T_hot=370K,那么压力为

也就是如果想用蛮力把锅盖向上拔下来,需要大约240公斤的力气,就算真能使上这么大的力气,锅盖的把手也不一定能承受得住。那如果沿着桌面滑动锅盖,从桌子的边缘拿下来可不可行?一般来说桌子表面都有点摩擦系数,在正压力高达240公斤的情况下,横向的摩擦力也不会很小,而且这么大的压力也会在锅盖接触桌面的地方导致桌面微微向下凹陷,这都会进一步加大摩擦力。

唯一一个能将锅盖不损坏,而且比较优雅地拿下来的方法就是——让锅盖扣住的那部分空气重新热起来。把锅盖紧紧地扣在桌面上的力的来源就是锅盖内外的压强差(内部的压强小于外部的大气压)。如果能加热锅盖内部的空气,根据方程p=nkT,T升高,压强p就会升高,而当锅盖内部气体压强升高,与外界大气压的差距就会减小,锅盖的压力就会减小,当减小到一定程度,锅盖就可以轻松地拿下来了。

那怎么加热被锅盖扣住的那部分空气呢?当时看评论区里,有个评论就指出了方法(一看就有生活经验!)——给锅盖盖上个毛巾,然后往上面浇开水


本文完。

地球远征军
普通一本毕业的物理大学生,在普通一本继续读物理研究生,当个普通人的同时多多思考宇宙。记录学习物理之路上的有趣见闻,一起保持住刚学习物理时的惊喜感和好奇心,希望有生之年看到人类遨游宇宙,走向星空。
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