解釋宇宙中的科學,包括許多複雜的物理連接和需要花時間的計算公式看似枯燥乏味甚至束之高閣,但其實它們就經常出現在我們日常的生活中,很多現象跟我們日常生活息息相關!當你司空見慣了,你就變得麻木了。背後的神奇之處,又有幾個人會去探究呢?今天咱們就來聊一聊。
假設在周末某天的下午,汽車行駛證在高速公路上,突然一個急轉彎,輪胎就會發出與地面摩擦之後的響聲。如果這天很炎熱,那麼你可能會通過一瓶冰鎮啤酒來降低體溫,由於在路上行駛會有所顛簸,還沒來得及打開的啤酒經過搖晃會產生泡沫甚至在打開瓶蓋時會噴湧而出。這兩個現象大家都習以為常,大多數人都不會去思考為什麼會這樣!其實這就是物理的作用,不管你做什麼,物理作用就在我們日常生活中,即使你沒有用物理的相關知識和公式去加以計算和解釋,但它依然屬於物理的範疇。下面就來談談幾個常見的生活例子背後的神奇之處。
1、電磁爐
電磁爐,相信大家都用過。它剛一誕生,就顛覆了我們對爐灶的認識:居然沒有一點火,就能把鍋裡的食物煮熟。媽媽再也不用擔心油鍋著火了。而且使用方便,只要有電的地方,就能使用電磁爐。這就是它受歡迎的原因。
而電磁爐產生的這個效應在物理學上被稱為:感應原理。即在玻璃板下面放置一個感應線圈,如果提供交流電,則會產生一個磁場,該磁場的電流頻率會發生變化(50 Hz),然後在鍋底產生了所謂的渦流,渦流經筒管轉移到鍋中,由於電子的運動,只有鍋的底部變熱。這與傳統烹飪方法相比快很多,而且也不必害怕會觸電。
原則上,這項技術與手機的非接觸式充電的原理是相同的。只不過,沒有可磁化的接收器就沒有任何作用。所以,電磁爐也需要特殊的電位器。
2、產生泡沫的啤酒
喝啤酒的人都知道,啤酒會產生泡沫,甚至還能像噴泉一樣噴湧而出。
對於這些現象,站在科學的角度還未能完全解釋清楚,但有一點是值得肯定的,那就是二氧化碳的作用。由此人們就可以把蓋著蓋子的啤酒瓶想像成熱力學上的封閉系統。由於密閉環境的壓力下,碳酸會溶於酒中,所以不會產生泡沫。二啤酒在發酵的過程中會產生一種特殊的蛋白質,同樣溶於酒裡。一旦打開瓶蓋,瓶內的壓力瞬間變小,二氧化碳就會被釋放出來,而這時候,原有在瓶內的平衡被打破,那種特殊的蛋白質開始發揮作用,由於這種特殊蛋白質不容易與水反應,於是它就「看上」了二氧化碳,並隨著二氧化碳的釋放一起上升到啤酒液的頂部。由於這種特殊蛋白質可以將二氧化碳包裹起來,於是就產生了我們常見的泡沫。
3、汽車轉彎輪胎作用
一開始提到了汽車急轉彎輪胎發生的反應,這當中依然存在物理學。而且車輛的駕駛員越了解物理定律對駕駛汽車的影響,就能更好的在駕駛過程中做出正確的判斷。當你駕駛汽車高速行駛在路上,這時經過一個急轉彎,輪胎就會發出「吱吱」的響聲。這是因為當汽車進入彎道時,它的行進路徑是圓形的,而慣性讓它產生了一個向外漂移的趨勢,這就是離心力,並且隨著速度的加快而作用力更大,這時候汽車四個輪子已經失去了抓地力,由離心力推動著輪胎與地面發生激烈的摩擦,因此發出了「吱吱」的響聲。
這裡有一些軸幾何形式的物理學。由於技術上的妥協,驅動軸上的傾斜度必須與「共同驅動器」上的傾斜度略微不同。專家談到了所謂的阿克曼角,既汽車在轉彎的時候,由於車輪內外側轉向半徑的不同,內側輪總是要比外側車輪的角度更大一點,才能保證車身轉彎的穩定性,此時外側輪和內側輪的轉向角度不一致所產生的夾角。這個阿克曼角的大小會影響汽車的轉向特性。如果汽車內側輪的轉向過度,就說明阿克曼角設計的過大;如果汽車內側輪的轉向不足,則說明阿克曼角設計的過小。
4、令你產生視物錯覺的裝著葡萄酒的玻璃杯
在一個比較舒適的夏日夜晚,你可以坐在舒舒服服的陽臺上,手裡拿著一杯冰鎮的葡萄酒,這時你透過裝著葡萄酒的酒杯看看酒杯後面的景象,你會發現你目之所及的景象不但不變形,而且還上下顛倒了。這是因為酒精的作用?不!還是物理作用。
它源於玻璃的曲率產生的作用,會使視圖失真。水杯只不過是一種與玻璃類似的透光鏡片,只有產生彎曲和裝著酒的情況下,光線發生折射,而眼睛自我調節的能力可以儘可能的使失真的圖像變得清晰,且杯子裝的酒越多,圖像就越扭曲,然後在物理的作用下以三維形式呈現出來。當玻璃杯裝滿了葡萄酒時,這裡不僅涉及到透鏡物理學,還涉及到光在空間中的折射,當光線從低密度(空氣)向更高密度(酒)投射過去時,介質的密度越大,光線就會被折射得越厲害。這些圖像甚至是顛倒的,而不是僅僅是模糊和扭曲的。
5、流汗
如今氣候變暖,夏天越來越炎熱,長時間的高溫已讓我們苦不堪言,我們在很熱的情況下就會大量出汗,這時我們是不是很想跳入冰冷的湖水裡面降低體溫?不過我們的汗水會從我們的毛細血管中冒出來將熱量帶走。這是身體自身調節的作用,而從物理學角度來講,為什麼流汗會幫助我們降低體溫呢?
很簡單:大自然就好比是一個優秀的物理學家,賦予我們很多神奇的功能,這不僅指給予我們皮膚有了溫差調節能力,還包括跟外界環境蒸發冷卻的相互作用。
水分子不會固定不動,它們總是在移動。並且溫度越高,單個分子離開液體(例如汗液)從液態到氣態的轉變的可能性越大。這就是所謂的蒸發。但蒸發需要熱量。而在汗液下面的皮膚所散發的熱量恰好就能為其提供熱量。所以它引發的蒸發分子會消耗一些熱量,分子越多消耗的熱量就越大,人的身體就越涼快。
但是這裡出現了一個來自大自然的錯誤。因為為了更好的蒸髮帶走熱量,液體層就要儘可能薄並且廣泛分布。現在,當我們非常熱的時候,身體會像瘋了似的冒汗;但往往適得其反。因為汗液只積蓄在水滴表面較小的區域中,因此會蒸發得更快,就不能持續的帶走熱量。
這裡順便提一下,我們身體上有毛髮的原因之一是:在毛細血管的作用下能讓汗液更厚以便更好地蒸發。而頭髮更是非常的密集,頭髮之間的空氣隔熱效果遠遠大於任何冷卻蒸發的效果。
不過,大自然母親也知道如何更好的幫助我們:她給了我們這樣一種反射,當我們大量出汗時,我們會反覆擦汗汗水——因為它也能更好地將汗分散到蒸發過程中。
以上講到的日常生活中的物理作用或許有些深奧,但卻與我們生活密不可分,如果懂得一定的原理,或許能讓我們生活質量得到更好的提高呢。不知大家看後有什麼感受,可以在下方評論發表看法,一起探討。
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