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为什么会有风

2016-06-24 sym等 中科院物理所

有好几个刚高考完的小同学问我们

暑假可以看一些什么物理书呢

我们表示只要一本就够了

《费曼物理学讲义》

绝对受益匪浅

快去买




1
Q

如果在失控的、做自由落体运动的电梯中有一个人,此人在电梯即将落地时跳起(电梯在人落地前落地),那么此人会受伤吗?

逍遥客(王健)

A

别笑,很多人小时候都这么想过啦。答案当然是不行了。我们来详细的分析下为什么不行。人类的男子跳高世界纪录是2米45,但别忘了这是背越式,实际的重心升高高度不到两米,而且别忘了这还是在有助跑的情况下。NBA的韦伯原地起跳最高纪录1米33,但也别忘了这是在有下蹲蓄力加抬腿的前提下。 而很不幸的你在自由落体的电梯里面,所以别说助跑了,下蹲都做不了。

现在假设我们什么都不管了,我们疯了,我们认为你骨骼清奇原地一蹦2米高。可那又怎样?比如电梯从10米高的地方失控,那你蹦完之后速度一抵消的效果,等于你从8米高的地方开始失控。一样是妥妥的嘛。

现在我们假设你是不世出的绝顶高手,苦修四十年就是为了今天,你一蹦10米高!而且电梯天花板也非常懂事的先自己消失一会。这回终于活下来了吧!

很遗憾,并不能......你还是会妥妥的。

要记住,真正杀死你的不是速度,是加速度。


2Q

家用电器一般都是三插接地防触电,电磁炉用的铁锅也是金属会产生电流,为什么人又可以直接接触不会触电?

物理小白

A

小鸟站在高压线上也没事嘛。

第一,铁锅的电阻远小于人体的电阻。第二,能够作用于你的电压并不高,绝大部分电压用来克服电流湍流变化带来的感抗了,少部分作用于纯电阻。第三,铁锅内部的湍流自成一个闭合回路,而很多家用电器外壳的闭合回路却要经过大地,如果不接地就有可能把比较大的电压加到你身上了。




3Q

火是什么物质

two b young

A

一言以蔽之,你看到的火就是原子中的电子在高温下激发到高能级,而后又从不稳定的高能级掉回到低能级时所发出来的光子。



4Q

夏天 ,地面附近会有类似火焰一样的透明的跳动。为什么?

沐风


A

空气是透明的没有办法直接吸收太阳光的能量——太阳光透过空气把地面加热——地面通过热传导把紧挨着地面的空气加热——空气受热膨胀,体积增加密度变小——密度变小之后空气开始上浮,并与上方的冷空气不断碰撞——空气中形成了很多不同密度的交界面,这些交界面随着冷热空气的碰撞不断改变——不同密度的空气有不同的折射率,光线穿过密度的界面时发生折射——于是你就看到了像火焰一样透明的跳动。




5Q

太阳温度那么高为什么没蒸发?

沐风


A

第一,太阳表面已经是气态和等离子态了;第二,太阳表面引力很大,是地球的28倍,气体无法逃逸到太空中去。(耀斑和日珥另说





6Q


摩擦力的示意图是画接触面上还是画中心处,如果画接触面和二力平衡的条件又不相符,如果画中心处和力的作用点也不符,怎么解决?

侯鹏


A

应该画在接触面上,这里二力就是无法平衡的。受摩擦力之后木块有旋转的倾向。(这也是为什么刹车的时候汽车车头总是会往下铲)当然它没有真的旋转起来是因为地面挡着它呢,具体体现在前半部的地面支持力会大于后半部的地面支持力,给出一个反向力矩抵消了旋转。



7Q

我放学骑自行车回家的时候,一辆中型货车从我身边不远处飞驰而过,我感觉气流把我往外推。根据气流流速越快的地方压强越小,不是应该感觉被吸近吗?还是说我感觉错了?

茶凉


A

因为货车正前方和侧前方还顶着一个激波,激波靠近车身的一方压强比外边大,你在穿过这个激波的时候会被压强差往外推。然后货车又太短了,你还没来得及感受侧面的低气压他就已经开过去了。所以你试试火车就不一样了(不要试!)





8Q

为什么会有风

小事情

A

因为有太阳。太阳光把地面加热,地面把空气加热。这里有点关键点在于地面不一定是相同的。比如海洋和陆地。海水比热容比陆地大,所以陆地在同样的日照下升温比海洋快,这样就会使得陆地上方的空气比海洋上面的空气更热。我们刚刚说了,热空气要往上运动,它们走了之后在地面留下一个低气压区域。虽然海洋上方的空气也在往上运动制造低气压,但由于它们没有那么热,所以上升得不如陆地上的快,使得相对于地面来说它们是高气压区域。于是气体从高压流向低压,海风就从海洋吹向陆地了。而到了晚上,陆地迅速降温,这时候海洋表面比陆地热,风又会从陆地吹向海洋了。

(思考:季风是怎么形成的?)

本质上,风就是太阳光驱动的热对流现象。






9Q

真诚求教如何学懂学好量子场论?具体些的建议?

by 小白菜

A

首先把经典场论,数理方法,还有量子力学学精一些。然后根据自己的想法选择合适的教程,想快速了解物理思路看A Zee,想一步步稳扎稳打的初学看Mark Srednicki是很好的选择,想做凝聚态理论看Ben Simons, Mahan,nagaosa,想做粒子物理计算精读Peskin,想搞一辈子场论,时时翻阅Weinberg。

选好一本书之后就以这本书为主,其它书对照着看。不要指望一遍就完全学懂,多看几遍没啥。多做计算,多做计算,多做计算。 



10


Q

薛定谔方程的应用?

大河马喵喵


A

化学。



11Q

你好 我想请教下 为何在极低温时固体比热会趋近0,而在其他温度环境下都是定值?(不觉得神奇吗~( ̄▽ ̄~)~)

死磕物理的高中生


A

~( ̄▽ ̄~)~就是很神奇呀,这就是量子效应哦。因为能量只能一份一份传递,所以在极低温下温度物理自由度分到的能量(1/2)kT还凑不够的一整份,这个自由度干脆全部不要了。表现了物理自由度被量子力学的有限能隙抑制。物理自由度全都被抑制了,那自然比热就趋于0咯。



12Q

量子通信“绝对保密”应该怎么理解?

Lycee

A

量子通信中有一个很基本的定理叫做:量子不可克隆定理。它的意思是一个量子态不可能复制成一模一样的另一个量子态而不对原来的量子态产生影响。

窃听恰好就是一个复制过程:接受原始信息——窃听信息——将窃听到的信息复制再继续发送。

在经典情况下,信息的发送者和接受者无法察觉信息在传输的过程中有没有经历过窃听,所以存在着泄密的风险。

而在量子通信中,由于量子不可克隆定理,一个信息在传输途中遭到窃听,原来的量子态一定会发生改变,窃听者无法复制出一模一样的原始信息发送给接受者。这样接受者和发送者一核对马上就能发现信息遭到窃听的痕迹:发出端的量子态接受端的量子态不一样。于是他们就可以及时地更换密文或者更换传输通路,实现通信的“绝对保密”。


13Q

自旋-轨道耦合系数为什么和核电荷的四次方成正比。它的组里图像是怎样的。是否能定性地通过分析运用方式从量纲上得到这个四次?

by Muon

A

那个不是自旋轨道耦合系数,自旋轨道耦合系数和核电荷是一次关系,最终结论是氢原子的单电子近似下的自旋轨道分裂能与核电荷的4次方成正比。具体的推导参见氢原子的狄拉克方程解。



14


Q

复数的虚部到底表示什么?
在一本固体理论里,i几乎无处不在,有时说是表示外场在振荡,有时说是准粒子寿命,有时导致阻尼,在格林函数里虚时对应温度……所以它到底如何理解?

金鱼猪


A

我猜你可能指的是Mahan 的 Many-particle physics那本书。

虚数i 的数学意义,在于构成复数 a+ib。复数a+ib 可以写成(a,b), 因此复数是有两个部分(都是实数)的特殊的数,称为二元数,满足特殊的加法和乘法。

把复数表示成二元数, 就无需引入i, 也就没有了理解i意义的必要,一切都在二元数的算法里了。

至于在物理中有些物理量被表示成虚数的问题,这要严肃考虑了。 物理量都是实数。 一个物理量是否可技巧性地表示成虚数,或者两个物理量是否可以构成一个复数,那要看它们被许可的算法是否是二元数的算法。



特别致谢 H. Li  Z. X. Cao 老师参与部分问题的讨论和回答!




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