如果當年有這麼神奇的動圖,我會愛上物理……

有的情景乍一看像是在拍電影，實際上只是你可能沒想到的物理現象。不信就往下看。

本文轉載自微信公眾號「科普中國」（ID：Science_China），標題為《一組超炫酷的物理動圖，看完秒變學霸！》，首發於2019年3月19日，圖文來源微信公眾號「環球物理」（ID：GLOBAL-PHYSICS），不代表瞭望智庫觀點。

光的慢動作

原理：2014年12月4日的《自然》以封面文章刊登了目前世界上最快的只接收（receive-only）2D 超高速攝像機，它的拍攝幀數達到了1000 億幀/秒，即10皮秒1幀（作為參考，真空中的光在 10 皮秒內走過的距離約為 3 毫米）。上圖就是通過這種攝像機拍攝的雷射脈衝被鏡面反射的過程，整個過程實際只經歷了 300 皮秒。 為了顯示光的軌跡，研究者利用乾冰製造了白霧，我們觀察到的實際是散射光。 

危險：對一般人不構成安全威脅，同時也是生活中完全沒有機會觀察到的現象……能夠追上光速的攝像技術將再次推進基礎物理學的研究發展。

化勺水

原理：網上一些傳言會宣稱這是神奇的熱水，能融化勺子卻不傷手……那麼為啥這杯水沒有蒸汽騰騰呢？其實水是普通的水，做手腳的是勺子。鎵單質熔點只有29.76攝氏度，放在手心都可以融化，離開手之後又能重新凝固。但不推薦赤手接觸，原因見下。

花絮：這種低熔點特性還有一個用途，那就是做溫度計。由於傳統水銀溫度計的水銀有毒，打破可能帶來風險，有些國家已經禁用了醫用水銀溫度計而用一種鎵銦錫合金代替，它的熔點約-19攝氏度。

但是鎵和水銀不同，鎵能浸潤皮膚和玻璃，難以清洗乾淨，留下灰色的汙漬斑。為了防止浸潤，這種溫度計的內表面不是乾淨的玻璃，而是鍍了一層很薄的鎵氧化物。

危險：低。鎵單質一般認為是無毒的，但是有些研究認為皮膚接觸可能導致皮膚炎。勿讓鎵接觸金屬物品，鎵對很多金屬都有極強的腐蝕性。此外，請勿用它來搞惡作劇，因為不知情者把勺子丟進茶杯後可能一仰頭把鎵喝進肚子裡。

聲波懸浮

原理：聲音具有能量，高聲強的聲波具有非線性效應，這一效應可對聲場中的物體產生壓差，將輕小物體懸浮在聲波駐波的波節附近。上圖中的這次實驗在上下左右都設置了超聲波相控陣列，從而實現了對物體的三維移動。

花絮：在原視頻中，來自日本的研究者們還用這種裝置懸浮了釘子君、螺母君、火柴君、電阻君、二極體君和肥皂泡君……夠啦快放人家下來！聲懸浮還有更多應用場合，例如利用它可以使液滴脫離容器的影響，由此便可以製備深度過冷的液體，並更好地控制晶體形成的過程。

危險：較低。不過，假如硬要造出聲場極強的設備來懸浮人類，則有可能造成人體爆炸或嚴重的內出血……

「危險」的擺

原理：擺是高中力學中出鏡次數最多的裝置之一，單擺是演示動能和勢能在相互轉化的過程中機械能守恆最簡易的裝置。

花絮：上圖中就是瓦爾特·列文（Walter Lewin）教授公開課上經典的一幕：放手之後，擺錘可以擺回到非常接近他的地方，但由於機械能守恆，擺錘始終不會打到臉上。

危險：中等，小心線斷掉

隱形球

原理：讓球隱身的關鍵在於相似的折射率。這裡的小球是高吸水性材料，它們的吸水性實在太強，以至於吸滿水時的折射率已經和純水沒有多大差別，因此當浸入水中時，它們自然就與背景融為一體了。

花絮：事實上，只要調配一種折射率合適的液體，用同樣的方法也可以讓玻璃棒消失不見。植物油+嬰兒油就是一種可行的方案。

危險：很低。這些高吸水性材料廣泛地應用在生活用品中，只要避免誤食、誤吸，就不會有什麼危險。

神奇的小球

　　

原理：卡車上射出的炮彈到底是運動還是靜止的？這取決於你選擇的參考系。這是《流言終結者》節目中進行的一個經典的實驗：在一輛時速60英裡的卡車上向正後方以時速60英裡發射一顆「炮彈」。在運動參考系的速度遠低於光速的情況下，速度的合成按照伽利略變換，即對地速度 = 對車速度 + 車速，因此若車速和炮彈的出膛速度相反，炮彈君便會被無辜地遺棄在原地。

花絮：在地面參考系看來，開炮後炮彈的動能反而減少了，這是因為火藥爆炸的能量提供給車加速了。

危險：中低。炮彈比較難找。

錫疫

原理：你有沒有聽過一個「錫紐扣在嚴寒中變成粉末」的故事？這張動圖呈現的就是這個過程。隨著溫度的降低，銀白色的金屬錫會逐漸轉化成另外一種同素異形體——不具有金屬特性的灰錫粉末。這個過程也被叫做「錫疫」。

花絮：在錫中加入銻或鉍可以抑制灰錫的產生。

危險：很低。(不過，把錫器凍成粉末還是挺浪費的……)

羽落術

原理：這裡使用了一塊釹磁鐵和一隻粗銅管。當磁鐵從銅管中落下時，磁感線切割導體，在銅管中生成感生電流；這個電流反過來產生磁場作用在磁鐵上，產生斥力阻礙它下落。

管子必須導電性良好，但不能是鐵管。鐵自身的鐵磁性會干擾這一現象。

花絮：還記得高中的楞次定律講的「感應電流的效果總是反抗引起感應電流的原因」嗎？這就是了。

危險：很低……但是為了較好效果，銅管和磁鐵都需要很大很重，不要砸到腳。另外釹磁鐵是非常強力的磁鐵，不要讓它靠近電子產品，也不要靠近鐵製品——它可能會把鐵器吸過來，弄傷你的手指。

電磁學篇：銅線轉圈圈

原理：只用一個電池，一片磁鐵，一根導線，你就能做出一個簡易的馬達哦~（我建議最好再加上電阻片或用電阻絲，否則是接近短路的情況，發熱會很嚴重）

這轉圈圈的簡易馬達原理如下圖，載流導線在磁場中會受到安培力，形成力矩使線框轉起來。

　　

花絮：發揮創意，我們也可以把它做成手工藝品。

　　

危險：強磁鐵是危險物品，如果你手裡拿著這貨然後它把附近什麼東西吸過來了（比如另一個磁鐵），那效果就跟一錘砸在手上一樣。另外，小磁珠吞下肚子或吸入也會帶來危險，不要給太小的孩子玩。

土豪的遊戲： 強磁鐵夾壞Apple  Watch，你肯定不希望夾在中間的是自己的手吧。

半鍋煎蛋

原理：電磁爐的工作原理並不是讓自己升溫，而且利用電磁感應加熱。電磁爐首先將市電轉化為高頻交流電（20~40 kHz，對於交流電屬於高頻，但對於無線電波屬於低頻，所以電磁輻射少），然後交變電流通過線圈建立交變磁場，交變的磁場感應出渦旋的電場，此時將導體放在線圈上的話就會形成渦電流，渦電流流過導體時因電阻產生焦耳熱。所以，直接把雞蛋打在電磁爐上是熟不了的，陶瓷或玻璃鍋也不能被加熱。

花絮：原理上，電磁爐可以加熱所有導體鍋，但市面上的電磁爐僅適用於加熱鐵鍋（以及不鏽鋼等具有鐵磁性的鍋）。 

鐵鍋的特點是導磁性強，漏磁少，並且除了渦電流之外還有磁滯損耗效應（即上一張圖中提到的轉著方向磁化的過程，那個過程是會放熱的）來產熱，因此使用鐵鍋有更高的加熱效率。

而銅或鋁不行的原因是電阻太小了（高中學理科的童鞋應該體會過阻抗匹配，即外電路電阻和電源內阻相等時輸出功率才最大，太大或太小都不行）。

銅鋁的趨膚效應（交變電流喜歡貼在導體表面流動的現象）比鐵弱，意味著渦電流在鍋底流通的厚度更寬，所以阻抗更小，加熱效率更低。市面上的電磁爐都是為鐵鍋設計的，如果要加熱銅鋁的話需要設計不同的工作頻率。實驗室中使用的感應電爐就有更多頻率可供選擇。

危險：低。與普通爐灶相比，電磁爐造成燙傷的風險更小。電磁爐的輻射不會危害健康，不過它有可能干擾心臟起搏器。電磁爐應遠離收音機、電視機、手錶、磁帶、鐵質的餐具等，安全起見也不要放在任何金屬平臺上使用。

水之橋

原理：兩個裝滿去離子水的燒杯彼此接觸，如果此時給它們之間加上數千伏的電勢差，那麼即使把兩個燒杯拉開幾釐米距離，二者之間也依然會有一條「水橋」相連。這一現象的具體原理還有待進一步研究，目前普遍認為它是和表層液體發生極化有關。

花絮：這個不也是電解水的實驗裝置嗎？不是的哦，電解水的實驗通常需要加入離子增強導電性，而這個實驗則要求水非常純淨。如果水中溶入了離子，「水橋」的穩定性會變差很多。

危險：中高。請勿在家中玩耍高壓電君……

豐饒之杯

原理：聚丙烯酸鈉是高吸水性高分子的一種，能夠和大量水分子形成相對穩定的氫鍵從而實現吸水效果，在蒸餾水裡可以吸收500倍自重的水分子，但溶液中離子會嚴重影響效果。所以請儘量不要用較硬的自來水或者礦泉水做這個實驗。

花絮：由於它的吸水性極強，很多尿不溼的成分裡有它。此外它還是很多人造雪的原料。

危險：很低，別吃下去就好。大部分物理實驗還是比化學實驗安全的。 

　　

過冷水冰沙

原理：結晶過程需要一些凝結核的引發。當純淨的水放在光滑潔淨的容器中冷凍時，由於凝結核的缺乏，可以在低於凝固點之後依然保持液態，形成過冷水，而當過冷水受到擾動、凝結核引入之後，結晶就會迅速發生。

花絮：事實上，人工降雨的關鍵就是往「過冷雲」裡加點凝結核。

危險：很低。居家物理實驗好選擇，記得要用純淨水。

總監製：王磊

監製：夏宇

責編：戴麗麗 李逸博

編務：黃俊峰