8个生活中看似简单其实挺复杂的物理现象

教育   2024-10-16 18:01   江苏  


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其实在我们的生活中
有很多平时不会去思考的事
比如
骑自行车为什么不会倒
秒针为什么总是指向“9”
热牛奶会比冷牛奶先结冰...
这些看似简单的事情背后
其实隐藏着复杂的物理原理
今天就让爆爆带大家一起探索
生活中无处不在的物理奥秘吧!




01骑自行车为什么不会倒


自行车不动就会倒,骑起来反而不会倒,这个看起来经典力学就能解决的问题,其实相当复杂,科学家们争论了一百多年,观点一直都在反复。


原理:


之前大家认为,自行车车轮旋转起来后获得了一个角动量个角动量在重力矩的作用下,会把倾倒转换为进动,所以能依然保持平衡。但这并不完全正确,1970年Jones做了一种自行车,它的轮子由两个分轮组成,两个轮子转动方向相反,这完全抵消了角动量,可这辆自行车依然能在运动保持平衡。


自行车保持平衡的秘诀在于,把倾倒变成了转向这样轮胎与地面的接触面会重新移回到整体重心的下方,就再次保持了平衡。



如果你拼死不转方向把,那倾倒就很难转换成转向,这样就会摔倒咯。




02总爱指向“9”的秒针


挂在壁墙上的石英钟,当电池的电能耗尽而停止走动时,秒针经常都停在刻盘上“9”的位置,这是为什么呢?


原理:


石英钟的秒针是依靠齿轮传动来运转的,当秒针从 “12” 位置向 “6” 位置运动时顺着重方向,重力会起到一定辅助作用,秒针运动相对轻松。而当秒针从 “6” 位置向 “12” 位置运动,尤其是走到 “9” 位置时,逆着重力方向运动,需要克服重力和齿轮传动的阻力,此时所需能量最大。


当电池电能逐渐耗尽,无法提供足够能量,让秒针克服这些阻力继续运动时,秒针就会停在这个对能量需求最大的 “9” 位置




 03静电是怎么产生的呢?


在干燥的天气里,我们脱毛衣的时候,可能会看到火花并听到 “噼啪” 的声音

,就连不小心互相碰到也有可能会突然被电一下,人为什么会产生静电呢?


原理:


静电现象的产生,涉及到物质的微观结构和电荷的转移物质是由原子组成的,原子中包含带正电的原子核带负电的电子在一些情况下,由于摩擦等作用

不同的物质之间会发生电子的转移,使得一个物体失去电子带正电,另一个物体得到电子带负电。


当带有不同电荷的物体靠近时,就会产生静电吸引力或排斥力,而静电放电时产生的火花,则是由于电荷在短时间内大量转移,形成了瞬间的高电压和强电流。




04为什么双层玻璃能隔热?


为什么双层玻璃就能有效隔热和隔音呢? 是因为厚度增加了吗?


原理:


因为双层玻璃中间,有一个相对静止的空气层空气不易传热能够有效地阻止热量传递,起到隔热和隔音的作用,并且空气层可以阻碍空气的对流运动,热空气上升、冷空气下降,自然对流在这个相对封闭的空间内受到限制,进一步减少了热量的传递


目前像窗户和杯子等,都有在使用双层玻璃。




05手机为什么能刷视频


每天打开视频软件,两眼一睁就是刷!这是不是现在很多人每天起床前的准备工作呢?其实刷视频这看起来很简单的行为,背后却藏着不少物理学原理。


原理:


首先是显示原理通过控制液晶分子对光的透过和阻挡,利用光的折射、反射、偏振等原理呈现图像。


其次是触屏交互原理电容式触摸屏利用人体电容效应,手指触摸改变屏幕电容分布来确定位置,电阻式触摸屏通过手指按压,使两层导电膜接触产生电阻变化确定触摸位置。


然后是数据传输与处理原理手机通过天线接收基站发出的电磁波信号,涉及电磁波的发射、接收、调制和解调。


最后是电磁学原理,将信号转换为电信号后,进行解码处理还原视频数据,同时手机处理器利用半导体导电特性,通过控制电流通断进行数字信号处理实现视频播放。




06热牛奶比冷牛奶结冰快?


奇怪,按能量守恒定律来看,不应该冷牛奶更快结冰吗?反而热牛奶比冷牛奶先结冰,这到底是为什么呢?


原理:


这个现象叫做姆潘巴现象,是姆潘巴在制作冰淇淋时发现,热的牛奶混合物比冷的牛奶混合物先结冰。


可能是由于热牛奶温度较高,蒸发速度比冷水快;也有可能是热水在加热过程中,其中的一部分溶解气体被排出,所以在冷却结冰过程中,受到的气体干扰相对较小;又或者是热水在降温过程中,会形成较强的对流,这种对流能够使热水内部的温度,更快地趋于均匀,从而使得整个水体,能够更快地达到结冰所需的温度。


然而并非在所有情况下,热水都比冷水结冰快,姆潘巴现象的出现还受到许多其他因素的影响。如容器的形状和材质、水质、环境温度等,也会有冷牛奶比热牛奶先结冰的情况。




07步伐越有节奏,拎的水越容易撒?


拎着水走路的时候,开始桶里的水随着人的走动,有些摇晃并且振荡起来,越走到后面,水可能会振动得更厉害而溅出桶外。


原理:


其实这就是共振现象,当桶里的水振荡的频率,与人的步伐合拍的时候,外界的激励还在不断地,为水的振动提供能量,使得水的振幅逐渐增大。


如果在水桶上放一块木板或是叶子,能破坏这种共振现象,水就不会溅出来了。




08彩虹怎么形成的呢?


雨后的天空经常会出现一道彩虹,小时候看电视广告,总觉得彩虹是彩虹糖变而且在彩虹的尽头,一定有个老爷爷和长颈鹿。


原理:


彩虹的形成是光的折射、反射和色散三种物理现象共同作用的结果,当阳光穿过雨滴时,由于不同颜色的光波长不同,在折射过程中折射角度也略有不同产生色散现象,形成红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫等颜色的顺序排列,同时光线在雨滴内部会发生反射,特定角度的反射光,再次通过雨滴的另一面折射出去最终形成彩虹。


而且彩虹实际上是一个圆形,由于地平线的遮挡,通常只能看到半圆形的彩虹。


以上图片来源皆来自网络


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