神奇的反重力現象:誰能用高中物理知識給個解釋

2020-11-14 佰思科學

作者:佰思科學 |沈東旭 邱亞明


反重力簡直是人類的最終夢想。目前只有傳說中的UFO具有反重力的能力,隨心所欲,愛咋飛咋飛。對人類來說,在物理學理論取得重大突破之前,反重力就只能是一個夢想。只不過"反重力現象",還真被一些人給實現出來了。

UFO:我想咋飛就咋飛

2020年9月3日,《自然》(Nature)雜誌發表了一篇文章,報告了一種匪夷所思的反重力現象。閒話少說,先給大家看個動圖。

反重力漂浮的小船

怎麼樣,神奇吧。你沒看錯,這不是電腦特效,這是懸浮在玻璃容器的一層液體--反重力現象一;液體的上表面漂浮著一艘小船,這很自然,沒啥好說的;液體的下表面還漂浮著一艘小船,是的,倒著漂浮的--這是第二個反重力現象。

懸浮的液體層

凡是看到這裡的讀者,請先思考兩個問題,看看自己能不能想明白原因:第一、為什麼液體能漂浮起來:第二、為什麼液體的下表面能漂浮小船且不掉下去。之前佰思科學發了一個視頻,專門講解這一現象,也可以先看那個視頻再來思考()。不過根據很多看過視頻的人的反饋,還是有點看不懂,所以我們專門寫這篇文章來講解。


甘油

先讓我們解釋第一個現象:為什麼液體能漂浮起來。就好像把大象關進冰箱只需要三步一樣,讓液體層懸浮,也就是三步而已。首先說一下液體的成分。在室溫條件下(20℃),在直徑不超過20cm的玻璃容器中放入高粘度的油,比如甘油,就是平日裡我們擦皮膚的那種東西。

水和甘油的粘度對比

甘油的粘度比較高,常見甘油產品的粘度在0.2~1.2 Pa·s之間,Pa是帕斯卡,s是秒;實驗要求液體的典型粘度在0.5 Pa·s以上。對比一下,水的粘度是8.90x10-4 Pa·s。因此,讓液體懸浮第一個關鍵點就在這裡--液體要有足夠的粘性。

實驗設置

然後讓我們看看實驗設置。在玻璃容器旁邊有一個針頭,用來將空氣注入液體下部,所以液體下部的空氣就是這麼來的。

液體逐漸懸浮起來的過程


再之後,通過上下振動容器,且適當地選擇振動的幅度和頻率,慢慢地液體就懸浮起來了。

振動幅度與頻率的關係

這層液體之所以能夠懸浮,原因在於液體與容器壁之間的毛細效應,為液體層提供了一個向上的拉力。再有就是如上圖中右上角部分所示,液體下部的空氣層被壓縮,密度增加,起到了類似於彈簧的作用,再為液體層提供了一個向上的支持力。兩種力的結合抵消了液體層向下的重力。

使液體懸浮起來的全過程

上下的振動起到了什麼樣的作用呢?我們都知道,液體下落的時候,先在底部形成小液滴,然後再下落。上下的振動使得液體下表面產生類似於共振的效應,阻止液體層下表面形成小液滴,從而保持相對平坦的形態。

兩層懸浮的液體

更有意思的是,使用同樣的技術,可以實現多個懸浮的液體層。上圖中分別顯示了一層和兩層懸浮的液體。理論上來說,懸浮液體層的數量並沒有上限。

兩層懸浮的液體


至於小船為什麼能倒著漂浮,很多人對這一點感覺特別不能理解。其實很簡單。阿基米德定律說,物體受到的浮力大小等於物體排開液體的體積。此外,浮力與物體的重力是作用力與反作用力的關係,二者方向相反。因此,雖然小船處於液體的下表面,但浮力的方向,仍然如下圖所示,是向上的,因為重力總是向下的。總之,浮力的計算規律,與物體在哪個表面漂浮並無關係,這是很多人沒意識到的核心所在。

液體上下表面重力與浮力的方向


也可以從另一個角度來解釋。浮力本質上來說是分子間的作用力。當船在液體上表面時,液體分子阻擋船向下的趨勢,浮力是向上的;當船在液體下表面時,分子之間的吸引力起了作用,液體在儘量拉著船不要向下,浮力還是向上的。

小船處於穩定狀態

最後,小船的漂浮還是穩定的。如果稍微偏移當前的位置,小船還會被推回平衡點附近。這和在液體層上面的小船的行為是一樣的。


怎麼樣,是不是覺得這些反重力現象很有趣呢?

相關焦點

  • 神奇的反重力現象:誰能用高中物理知識給個解釋?
    只不過「反重力現象」,還真被一些人給實現出來了。閒話少說,先給大家看個動圖。 反重力漂浮的小船 怎麼樣,神奇吧。你沒看錯,這不是電腦特效,這是懸浮在玻璃容器的一層液體--反重力現象一;液體的上表面漂浮著一艘小船,這很自然,沒啥好說的;液體的下表面還漂浮著一艘小船,是的,倒著漂浮的--這是第二個反重力現象。
  • 高中物理教學的一個問題,萬有引力什麼時候等於重力
    在宏觀世界裡,能顯示其作用的只有兩種:引力和電磁力。牛頓前無古人地發現了引力作用。牛頓認為萬有引力是所有物質的基本特徵,這成為大部分物理科學的理論基石。萬有引力是我們高中物理必修二中獨立的一個章節,在高考物理試卷中幾乎每年必考。
  • 2015福建高中會考物理考試大綱
    三、考試目標要求   普通高中物理學業基礎會考的考試目標水平要求,主要包括以下三個方面:   1.知識性目標   (1)了解(知道):指對知識的再認或回憶;在具體問題中識別、辨認事實或證據;舉出例子;描述對象的基本特徵。
  • 動畫中難以用科學解釋的四大現象,無視重力竟只是最初級的
    不過畢竟動畫的創作基礎是建立在想像力之上的,所以動畫中還是有許多現象是難以用科學知識來解釋的,今天喵娘就帶大家來看一看動畫中那些難以解釋的現象。就比如說《貓和老鼠》這部動畫片吧,故事發生的世界只不過是個普通的人類世界,可是主角湯姆與傑瑞卻能夠隨意的無視重力,就算跑出懸崖的邊界也可以如履平地,前提是只要不往腳下看就行了。
  • 如何學好高中物理的電磁學內容
    北京新東方學校優能一對一部 高中物理組 彭寶聰提起高中的物理來,絕大部分的高中學生都感覺難,表示大學專業再也不要選物理了。有的同學說,高中物理課上分明就是物理老師和學霸在秀恩愛;也有的同學說,物理課上我與我的靈魂時不時就來一場說走就走的旅行;更有的同學說,當年就因為低頭撿了個筆帽,再抬頭就跟不上老師的節奏了。
  • 拋出後的皮球每次反彈都比上次低,如何用初中物理知識解釋?
    如果將皮球從某一高度處水平拋出,以我們平時的經驗,皮球每次反彈都會比上次低,最終會靜止在地面上,如何用初中物理知識解釋這種物理現象呢? 乍一看,這似乎是高中物理題,但是,如果不深究此過程中的運動過程、受力情況和能量變化,用初中物理知識是可以解釋的,實際上,這是一道中考物理題。
  • 神奇物理現象|據說300多年來沒幾人能破解
    基礎科學經過幾百年的探索能發現的越來越少,笛卡爾浮沉子新現象為我們提供了百年機遇。為紀念笛卡爾逝世369周年,我們結合發明的技術路線制定了七級思維,體驗科學之路之艱辛,發掘中華民族之智慧。作為普通實驗初中物理,涉及到的知識中學生和科學家區別不大,關鍵在於思考思維方式。提出的問題從下面的視頻中你看到了什麼?
  • 高中物理人教版必修2《重力勢能》說課稿
    今天我說課的篇目是《重力勢能》,對於本節課,我主要從教材分析、學情分析、教學目標、教學過程等幾個方面加以說明。一、說教材(過渡句:首先談一談我對教材的理解)《重力勢能》選自人教版高中物理必修2第七章第4節,本節課的教學內容為重力做功的特點,重力勢能的概念及與重力做功的關係,重力勢能的相對性和勢能是系統所共有的。
  • 【高中物理】這37張高中物理實驗動圖,你能看懂幾個?
    刷一千道題不如搞明白這些動圖,你可以藉助這些動圖梳理高中物理力學知識體系,讓自己的物理思維提升一個層次。這些物理問題,你還記得多少?1、作用力與反作用力的特點是什麼?9、通過三幅動圖我們能得出什麼結論?▼
  • 10個神奇少見的物理現象!全見過的都是物理高手!什麼物理原理?
    物理知識來源於生活,最終又要運用於生活當中去,萬物之理謂之物理,因此,中學生朋友們學習物理知識時,一定不要把理論知識與生活脫離開來,做到「見物思理」是能否學好物理的標誌之一。而物理不僅有趣,並且特別有用,在三百多年前,牛頓在做物理實驗時就曾經發現,太陽光原來可以分解成七種不同的單色光。
  • 千萬不要讓沒學過物理知識的人解釋這種物理現象!
    可是,如果讓只有這種生活經驗,卻沒有學過物理知識的人來解釋其中的物理原理,他們是肯定無法嚴格按照物理原理解釋出來的。雖說實踐出真知,但是一般老百姓出來的只是結果,而其中的深刻原理卻必須用物理知識來解答,不能隨便按照感覺來解釋。特別是在中考當中,如果出現類似的習題,絕不可憑經驗、用生活語言來解答,而是應該用嚴格的物理公式和邏輯語言來推理。
  • 反重力、反浮力、上下顛倒,科學家在實驗中看到了不可思議的現象
    而且我們還知道船可以漂浮在流體的上表面,但是不能上下顛倒漂浮在流體下表面,你可能無法理解這個現象,因為我們在生活中從來沒有見過這種反直覺的現象。而在中間懸浮液體的下液面居然也漂浮著同樣一個塑料小船,這就是一個反浮力和反重力的現象。
  • 反重力、反浮力、上下顛倒,科學家在實驗中看到了不可思議的現象
    液體居然能夠漂浮在空氣之上,很明顯任何液體的密度都大於空氣的密度,它應該在自然狀態下在重力的重用下下沉,為什麼會漂浮呢?還有一個更為奇怪的現象是,在中間懸空的那一層液體上液面漂浮著一個塑料小船,這並不奇怪,因為這種漂浮現象就是我們常見的浮力原理。
  • 重力是什麼?反重力又是什麼
    這種重力來自太陽並作用於地球。這解釋了水星軌道上的奇怪現象(歲差解釋了水星軌道上的奇怪現象(近日點的進動),而不是牛頓引力解釋了近日點),不是牛頓引力解釋的. 什麼是反重力?什麼不是反重力裝置? 氣球不是反重力裝置,它是因為質量位移而漂浮的(阿基米德原理) 螺旋槳/噴氣式發動機/火箭發動機不是反重力裝置。它通過將物體從一個地方移到另一個地方來產生推力。
  • 對於反重力,科學家們一直試圖阻斷重力,或是產生反重力
    重力似乎對人們的作用並不大,人們即使傾斜走路也不會摔倒。同時兩個人站在屋內,你會發現相互呈現奇怪的傾角。在這些神奇現象的吸引下,很多遊客都慕名而來體驗「失重」的感覺。這裡是個典型的引力異常點。對於反重力,科學家們一直做著不懈的努力:試圖阻斷重力,或是產生反重力。歷史上不斷有人研究反重力裝置,但均已失敗告終。
  • 反重力現象存在麼?反物質是不是沒有引力?有
    反重力(也稱為無重力場)是一種假想的現象,從地心引力的力量中解放出來。反重力不會導致在自由落體或繞地飛行中所體驗到的清醒狀態下的體重不足,也不與其他力量(如電磁力或空氣動力升力)相等。在廣義相對論下,任何具有時空的能量都能創造出幾何圖形。一個長期存在的問題是,相對論的方程是否也適用於反物質。這個問題在1960年隨著CPT輻射的發展而得到解決,CPT輻射表明反物質遵循與「正常」物質相同的物理定律,因此具有正能量,也像正常物質一樣具有引力。
  • 「反重力」飛行器:離子飄升機原理大揭秘!
    反重力一向是各種科幻片科幻小說裡經常出現的名詞,在這些作品中人類或者外星生物往往會製造出一種可以對抗地球引力的飛行器,可以隨意懸停飛升,仿佛開掛般在空間自由移動,製造出不依靠傳統推進方式而自由在天空飛翔的反重力飛行器,是很多人心目中的夢想。
  • 高中物理,機械能守恆定律,重力勢能、彈性勢能、流體模型這樣做
    即將參加高考的物理寶寶們,還有高一的物理寶寶們,是否對於高中物理中的流體,用動量定理、微元柱狀模型懸停【分析】(1)連續流動的水流對玩具的平均衝擊力F與玩具的重力(2)若水流衝擊玩具的速度為v,考慮以很短時間Δt內衝擊玩具的水流Δm為研究對象,它在重力和玩具對它的反作用力F′作用下在Δt時間內動量減為零,利用動量定理可列出F′、v、Δm的關係,從而利用F′=F=Mg求出速度v,再求速度v對應的高度.
  • 高中物理-動量守恆知識總結
    :高中物理;高中知識;高中學習;高中必備;高中學習群⑴系統不受外力或者所受外力之和為零;⑵系統受外力,但外力遠小於內力,可以忽略不計;(例如爆炸)⑶系統在某一個方向上所受的合外力為零,則該方向上動量守恆。
  • 探秘反重力技術
    要運用反重力技術,就要懂得如何調動或調整物場、能、體(空間尺度參量)的動態量。反重力技術的本質,實際上就是物場、能、體的調控技術。    反重力技術的宏觀經典觀察,會感到是一種力的表現形式;微觀觀察會感到是一種虛場的作用,甚至會感到是一種障眼術。