如果身邊的一切都靜止了,我們能看到什麼?|No.241

2021-01-16 騰訊網

我們的世界是一個運動的世界

運動是絕對的

靜止是相對的

但如果哪天所有東西都靜止了

會出現什麼景象?

(是誰?誰用了砸瓦魯多?)

Q1

衝泡布洛芬顆粒的時候,杯壁沒有完全溶解的顆粒變成了類似小雪花狀的圓形晶體,這是怎麼生成的呢?by Fplayed

答:

這是一個重結晶過程。布洛芬是一種有機酸,其在水中的溶解度隨溫度升高迅速增大。在衝泡的過程中,顆粒劑先是溶於熱水,形成高溫的布洛芬飽和溶液。接下來,溶液逐漸冷卻,成為過飽和溶液,並析出鱗片狀結晶。之所以會在杯壁上析出,一方面是因為杯壁附近的溶液溫度較低,過飽和度較大;另一方面是杯壁上附著有開始就沒有完全溶解的顆粒,提供了凝結核。之所以形成雪花狀圓形晶體,和布洛芬分子的結構有關,布洛芬分子的主體是一個苯環,晶體生長時存在優勢方向,長出的晶體就呈鱗片狀。

by 樂在心中

Q2

Q.E.R.Q2飛機機翼上的裝置(可以像翅膀一樣扇動的板子)有什麼用途?為什麼機翼末端要翹起來?by 匿名

答:

我們先來看一下機翼。

其中可以活動的板子主要有擾流板、襟翼、副翼。

擾流板:顧名思義,當其打開時可以擾亂氣流,破壞機翼的氣動布局,使得阻力增大,從而達到減速的目的。同時,擾流板也會導致升力降低,所以當飛機速度較大時,飛行員還能通過升起飛機一側的擾流板,迅速降低一側機翼的升力,讓飛機失去平衡向一邊傾斜,從而達到轉向的目的。

副翼:由駕駛員控制,用於幫助飛機橫滾從而達到轉向的目的。

襟翼:用於增加升力,同時也會增加阻力。當飛機起飛、降落時,速度低於正常飛行速度,升力會大幅度降低,所以必須通過打開襟翼的方法增加升力,使得飛機能夠在更低的速度下平穩飛行。而在高空高速飛行時,為了減小阻力,則會關閉襟翼。

如果你在飛機上看到一塊像翅膀一樣扇動的板子,那麼大概率是副翼或者擾流板了,因為地面的氣流非常複雜,它們需要不斷地「扇動」來保持飛機的平衡。

對於機翼末端的翹起,它的名字叫做翼梢(尖)小翼。

因為飛機維持正常飛行時所需的升力是靠機翼上下表面的壓力差產生的,由於上下表面壓差的存在,翼尖附近機翼下表面空氣會繞流到上表面,形成翼尖渦流,如圖所示。

而翼梢小翼通過翹起的結構,可以很好的減弱翼尖渦流的強度,從而達到減小阻力,提高升阻比的目的,也可以節約航油提高經濟效益,所以越來越多的飛機都安裝了這個裝置。

by whyerror

Q.E.R.Q3

為什麼中國古建築中的榫卯結構很牢固呢?

by 匿名

答:

這可能是因為榫卯結構在抵抗地震衝擊時具有一定的優勢。

榫卯結構早在7000年前就已經被我們的祖先應用在建築中了,是世界建築文明最偉大的發明之一,其由榫(凸出的部分)及卯(凹進的部分)相互咬合而成,靠摩擦力連接,用於中國建築中柱、梁、枋、墊板、桁檁(桁架檁條)、鬥拱、椽子、望板等基本構件的連接。

想要構建牢固的榫卯結構,需要認真的設計。不同的榫卯結構要做到完整統一,並能夠「左右逢源,上下貫串」,也就是說,榫卯的設計要使建築的應力儘可能均衡得施加到各部件。當然,這也是所有建築設計都應遵循的原則。

榫卯結構在應對地震衝擊方面具有一定優勢。中國古建築多為木建築,榫與卯的結合可以有效限制木構件之間各自的扭動,相當於半固結半活絞的狀態;榫卯結構能承受一定的彎矩,構件與構件之間有縫隙,可以吸收和消解能量;木材作為一種非均質的、各向異性的材料,表現出介於彈性體與非彈性體之間的粘彈性,當受到衝擊時,也可以通過形變緩解載荷對構件的壓力;當受到地震的垂直衝擊波時,榫卯還可以通過「彈跳」來化解。這都使得以榫卯連接的建築擁有不錯的抗震性。山西應縣佛宮寺釋迦塔便是中國古代建築抗震能力的傑出代表。

事實上,榫卯結構不僅在建築中被大量應用,在家具中也非常常見。當然,除開榫卯結構,我們現在也有了許多新的連接方式,但榫卯結構仍然對我們的建築設計具有重要意義。

參考文獻:

[1]宋琛輝. GFRP加固榫卯節點的研究[D].上海師範大學,2016.

[2]董森森. 榫卯結構體系在現代建築的應用研究[D].長春工程學院,2018.

[3]佟佳.中國古建築榫卯結構在地震區運用的優勢[J].現代裝飾(理論),2012(04):149.

by 霜白

Q.E.R.Q4

橋的前面都會有一塊牌子,上面註明限重多少噸,如果一輛車超重過橋會導致橋塌掉嗎?by 匿名

答:

對於一個裝置或者建築而言,其發生斷裂的原因有很多。或許許多人都知道材料在受到過大的拉伸或擠壓時,材料的受力會超過其能承受的強度極限,突然發生明顯的變形(屈服)甚至斷裂,這種斷裂常常可以根據材料的自身屬性分為韌性斷裂和脆性斷裂。韌性斷裂就像橡皮泥一樣,在斷裂前會發生頸縮和部分材料的伸長,而脆性斷裂就像拉粉筆一樣,啪地一下就斷了。

但材料的斷裂原因不僅僅有過大的載荷,在許多情況下用了幾十年的橋梁即使不超過強度極限也會有更大的安全風險,這多是因為另一種常見的斷裂形式——「疲勞斷裂」。疲勞斷裂主要是受到了來回變化的受力(交變應力)所導致的。生活中常見的例子是多次在同一個地方掰彎金屬絲,雖然每次掰彎金屬絲並不會導致它斷裂,但對同一個地方多次彎折金屬絲也會最終斷裂在彎折處。此外材料也有可能在很長的時間(一般需要幾十年甚至上百年)下受到較小的力(相對於突然斷裂的力而言)造成過大形變而斷裂,這種斷裂被稱為「蠕變斷裂」。

在橋梁等建築物的設計中,通常工程師會根據具體的建築需求(如設計車流量等),考慮整個裝置的強度極限給出一個極限載荷(極限應力)。但是,如果直接使用這個極限應力橋梁依舊可能會由於疲勞、蠕變等原因產生斷裂造成破壞,因此通常會選取一個安全因數,並記極限載荷與安全因數的比值為最大的使用載荷(許用應力),這個載荷才是最終我們看到的限重。一般工程上會取不小於1.5左右的安全因數,安全因數越大越安全,但成本就越高。根據裝置或建築的設計安全性也會適當增加安全因數。

所以,橋梁的限重並非指橋梁上的重量一旦超過這個重量就會斷裂,超重一般並不會導致馬上斷裂,但會給橋梁造成較大的安全隱患,長時間的超重將會縮短橋梁的壽命,並增加可能導致的安全事故風險。

最後還想提醒下大家:道路千萬條,安全第一條。大家要時刻遵守交通規則喲~

【參考文獻:《工程材料》《材料力學》等】

by 巨大的眼睛

Q.E.R.Q5

如果身邊的一切都靜止了,原子光子等微粒都不運動了,那我們會看到什麼?by 匿名

答:

這個問題細思極恐啊。

其實我們小學二年級就學過,光子不能靜止,只有以真空光速c運動時它才能存在,否則光子總能量將為0,而這也就等於說它不存在。但讓我們暫且回到小學一年級,設想一下如果真的一切都靜止了會發生什麼。

顯然我們看到的會是一片漆黑,因為不再有光子撞擊我們的視網膜了;我們聽到的是一片寂靜,因為空氣分子不再振動也就無法傳遞聲波了。但還有遠比失明失聰更可怕的事情。我們知道,四種基本力是由規範玻色子傳遞的,其中電磁相互作用、強相互作用和弱相互作用分別由光子、π介子和中間玻色子來傳遞,傳遞萬有引力的「引力子」至今還只是理論上的預言。如果這些粒子都停止運動了,基本作用力將不復存在——強相互作用的消失使得原子核分崩離析,電磁力的消失使得微觀粒子無法再結合成宏觀物體,我們所熟悉的世界將會淹沒在基本粒子的「一鍋粥」中;更有甚者,如果現在的膠子模型正確的話,負責傳遞夸克之間相互作用的膠子一旦罷工,夸克禁閉可能會被打破,我們就能在亂成一鍋粥的宇宙中找到自由夸克了!

如果題主能夠置身事外地觀察這一切並能將其恢復原樣的話(比如被鬧鐘叫醒),那麼可以肯定的是,他/她今年年底就會看到

by Eosia Leaf

Q.E.R.Q6

僅僅在地球上發現的物理規矩,怎麼就能說明整個宇宙都遵循這個規律?by 匿名

答:

這是一個好問題。畢竟人類目前生活的範圍僅僅是地球(充其量太陽系),這個範圍相對於浩瀚的宇宙實在不值一提,憑什麼說我們的物理規律就適用於整個宇宙呢?

在發現物理規律的過程中,物理學家遵循的是經典的「假說-演繹」範式,即猜想一個物理學原理,從中推導出一些可觀測的現象,再通過實驗驗證是否成立。這裡的實驗不一定局限在地球上的實驗室裡,宇宙本身就是一個大實驗室。通過觀測太陽系中天體的運動,我們可以肯定牛頓萬有引力定律在太陽系的範圍內是(近似)有效的;通過提高觀測的精度,我們甚至可以驗證廣義相對論在太陽系的範圍內成立(水星進動角的計算)。對於遙遠的恆星,我們可以觀測其光譜,從而說明量子力學規律在極大的範圍內成立。通過這類光譜觀測,我們還能確定宇宙中元素的豐度,從而驗證一些更為基礎的理論(例如大爆炸)的正確性。

同時,對於宇宙的觀測,確實能對物理學的發展起到重要的推動作用。粒子物理標準模型預言中微子具有零質量,但正是通過對太陽中微子的觀測,人們發現了三代中微子振蕩現象,確定了中微子具有非零質量。目前理論物理上空的「烏雲」之一——暗物質猜想,也正是基於對遠處螺旋星系旋轉角速度的測定而提出的。

所以說,物理學家總是傾向於相信,在地球上的實驗室裡發現的物理規律,也適用於宇宙的其它角落,這是基於經驗的一種樸素信仰,但其正確與否,還是要依靠宇宙學的觀測來檢驗。

by 樂在心中

Q.E.R.Q7

用電池給電子產品供電時消耗的什麼東西?電子從負極跑出來轉了一圈回到正極去了,那我們用掉的東西又是什麼?電子的動能嗎?by 匿名

答:

以化學電池為例,使用電池給電子產品供電消耗的是電池自身的化學能,而在電子繞一圈運動的過程中,電子不斷地會因為電阻和做功消耗動能,但是這些動能又會不斷地通過電池產生的電場得到補充。所以總結一下,我們消耗掉的東西首先是電子的動能,然後電子的動能來源於電池產生的靜電場的靜電能,這些靜電能最終又來源於電池的化學能。

放電時候,電勢高的是正極(陰極),電勢低的是負極(陽極),電子總是傾向於從電勢低的地方遷移到高的地方。所以在外電路中,電子會從正極流向負極。但是在電池內部,電子並不應該會從負極流向正極。(雖然教科書上都是這麼畫的:在電池裡面畫一個箭頭,看上去電子理所當然地就應該這麼跑,但是這恰恰是電池最核心的部分,不是一個箭頭那麼簡單的)。所以不加外力電子肯定是不會走完這電池內部的最後一小段路的,所以電池內部要想讓電子循環起來,是要花一番功夫的。

這番功夫就由化學反應補足。以氫氧燃料電池為例(為了接下來的閱讀,讓我們複習一下化學上的一個小原理:氧喜歡得電子-電負性高,氫喜歡失電子-電負性低),原本的反應被拆分成兩部分,一部分是氧吸收電子,然後進入水裡,一部分是氫失去電子,然後進入水裡。陽極上不是有多餘的電子嗎,我們就可以把氧通向陽極讓氧把這些電子吸收掉,然後再讓陰極的氫釋放出來電子給陰極。這就完成了「電子繞場一周的最後一釐米」。

而氧雖然喜歡搶電子,它也得能夠從陽極得到電子。陽極電勢很高,會不那麼願意給出自己的電子,而氫是比較喜歡給出自己的電子的。所以氧和氫反應的時候非常愉快劇烈放出大量能量(一個願給/打一個願得/挨),而現在他們中間多了一個陰極陽極作為中間人,反應更艱難了,放熱也少了。這部分少釋放出的熱能,就是把電子從陽極搬運到陰極的代價(這當然是我們電池的使用者願意看到的)。

所以氫氧燃料電池就是這樣,消耗了氫氧的化學能,把原本燃燒中的化學能-熱能轉換中的一大部分熱能截流下來變成了電池陰極陽極上的靜電能。其他的電池雖然反應物不一樣,但是原理也是類似的。

by Luna

Q.E.R.#投票

#本期答題團隊

樂在心中、whyerror、霜白、巨大的眼睛、Eosia Leaf、Luna

編輯:他和貓

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