[黑人问号]燃烧后的火柴有磁性？！ | No.47
摩擦摩擦
魔鬼的步伐~
在春天这个干燥的季节
真的是各种静电啊。。
小编现在看见门把手还心有余悸。。
今天就来说说摩擦吧~
奔着火柴来的童鞋
请不要快进到第五题啊~
动摩擦因数为什么不能大于一？
By ，，，，
A
这个可能是个误导：在中学物理课中，给出的的动摩擦系数都小于1，而其他的很多给出例子也是动摩擦系数小于1。在实际中，存在动摩擦因数大于1的材料。
实验测得，金属与橡皮之间的动摩擦因数介于1和4之间，铟之间的动摩擦因数介1.5和2之间，金属经过一定的处理（加压，加热，去除表面污物）后，动摩擦因数可达5到6之间。
多数学者认为，摩擦力是因为两物体接触面间的分子间的内聚力引起的。只有突起的地方才会接触，一般情况下，微观接触面积小于宏观接触面积。同时，增大压力会增大微观接触面积，所以得到摩擦力正比于正压力。
为什么滑动摩擦力小于最大静摩擦力？和接触面的分子结构有关么？
By 第一性原理计算
A
这是一个很好的问题，摩擦学是一个比想象中要复杂得多的学科。对于干摩擦（静摩擦和滑动摩擦）至今也没有很好的模型能够从理论上预测摩擦力的大小。但对于为何静摩擦力普遍大于滑动摩擦力，一个比较流行的解释是：由于摩擦力是由两个物体接触面之间的原子相互作用而产生的，而物体间又存在扩散作用，因此静止时会比相对滑动时有更多的原子参与到相互作用中，而因此做大静摩擦力会大于滑动摩擦力。值得一提的是，这一定律作为实验定律并不总是成立的，如在费曼在他著名的讲义中提到“很多人认为，使物体运动所需克服的摩擦力（静摩擦）大于保持物体滑动所需的力（动摩擦）。但是用干燥金属很难显示出有什么差别。”
我想问问，我们知道宇宙中的电荷量代数和一定，那这个代数和到底为正还是为负，还是不可知呢？
By 安然
A
这个问题真的很难回答，一谈到宇宙，就马上显出人类的无知与渺小。以宇宙的尺度来看，目前为止还并没有一个十分公认而完整的理论。对于宇宙中的总电荷有一点是值得思考的，就我们不能简单的以“对称”的角度思考问题，比如正反物质某种意义上是“对称”的（湮灭产生能量），然而我们身边的世界是由正物质所组成。再有，尺度的变化，对我们认知的规律产生的影响往往是巨大的，所以考虑全宇宙尺度下电荷量的代数和可能就没有意义了。
浮力为什么总是竖直向上的，或者说跟重力的方向总相反？
By 耽兮耽兮
A
用高中物理力的分解与合成就能解决。在液体中某个不规则面上作用的合力的水平分量等于压强乘以竖直投影面积之和；合力的竖直分量等于压强乘以水平投影面积之和。当你进行这部处理后可以看到，水对不规则的物体的合力，取决于水平和竖直两个投影面积之和（而物体表面积往竖直和水平方向投影后，等效于一个方块）。同一深度水在水平方向的压力总是对称相等的，但是不同高度竖直压力则不一样了。水越深，压强越大。
最后的结果就是：水平方向抵消，竖直方向合力向上，表现为物体在水中受到浮力。
为什么燃烧后的火柴具有磁性，可以被磁铁吸引？
By 莫-逆
A
首先感谢这位读者的热心关注，这个问题您提过很多次了，并且小编确实发现这里涉及一个冷知识。我们要说的是，后台问题众多，我们选择的问题要兼顾趣味性、知识性和科学性，也要照顾很多读者群体。当然，也会考虑迫切性。
好了，闲话少续。先上一段腾讯上的视频：https://v.qq.com/x/page/q0376s0uwnl.html 确实存在题主所说的现象。当然我们要澄清一点，没有点燃的火柴头也会被吸引。这里有一段小编自己录的视频：http://v.youku.com/v_show/id_XMjYxMDg3NTUzNg==.html?from=s1.8-1-1.2&spm=a2h0k.8191407.0.0
把火柴头放到水里，开始是静止的，旁边放上磁铁后，火柴头开始受到吸引而运动（小编在实验室搞事情千万别告诉老板）。显然，火柴头里加入了磁性物质，考虑成本问题，铁粉是最有可能的。那么为什么燃烧后现象变明显了呢？分析来看有下面两个原因，首先，火柴燃烧后大部分的可燃物被氧化，火柴更轻了，其次，磁性粉末分布更加集中，磁化效果更强。
问题是为什么火柴头里要加入磁性粉末呢？其实，细心的同学会发现，火柴一般都是头朝一边躺在火柴盒里的。没错，加入铁粉等后，我们再用个磁铁来吸一下，就可以高效地把火柴头顺到一边了。我国早在上世纪80年代就拟定了技术标准，颠倒头的火柴是不允许装盒的。传统的方法靠火柴头尾重量不同然后用震动的方法实现顺头，这种方法一是分离不完全，二是容易失火，安全性差，三是会出现大量的残余，造成浪费。所以现在大都采用掺磁性粉末的方法，这个点子还在1991年的时候申请了国家专利呢。
现代的数码相机还是用小孔成像原理吗，镜头是咋工作的?
By Jett
A
现代相机，不论是之前用胶卷的老式相机，还是数码相机，都是利用的透镜成像的原理。凸透镜成像的原理在物理课本（北师大版）八年级下册有详细的介绍，在此我就简单的解释一下：凸透镜（实际通常是透镜组，凸透镜只是简化模型）可以成倒立缩小实像，将胶片放在像的位置，曝光之后显影就可以得到照片。数码相机也只是把胶片换成了某种光电传感器，可以转换影像信息，并且存储在数码相机的SD卡内。
至于小孔成像，的确有利用这种方法制成的针孔照相机，然而，想得到更清楚的像，就需要小孔更小，这样通过小孔的光线更少，像也就更暗，所以针孔照相机的用处较小。
史瓦西半径是如何计算的？这个半径内的东西我们是不是无法看到也无法感知到？
By 快乐的三俗生活
A
关于史瓦西半径，这里不得不介绍一下广义相对论的一些基本知识了。广义相对论认为引力来源于时空结构的几何效应，当有质量的物体存在时，时空结构便不再平直（想象有一个蹦蹦床，原本是平直的，现在放上一个重物，床面的形状便会改变），爱因斯坦场方程便是用来解决物质对于时空的影响。那么最简单的情形是如何的呢？一个真空中的球对称引力场~（类似于研究电磁学先开始研究真空中的点电荷）物理学家们想要知道此时的时空结构我们该如何描述。在爱因斯坦场方程发表不久后，德国物理学家史瓦西就找到了这个问题的答案，也就是此情况下时空的度规表示：
（关于史瓦西半径还有一个较为简单的理解方法，想象一个星球的引力如此之大以至于光都被束缚住，换而言之，这个星球的逃逸速度就是光速，那么根据逃逸速度的公式
上一期说给非金属加压会把非金属变成金属，这是什么原理?为什么质子数会改变?
By 薛定鄂的高雪瑞
A
同学你问的是这个答案吗：
这个答案里列举了一些条件下物质形态的变化，不过这里其实还没有包括所有已知的物态变化（包括一些人们比(ting)较(shuo)熟(guo)悉的超流态超导态等等，当然从某种角度来说他们只是特殊的液态与固态）。而且，就算是这里已经写出来的过程，就已经是极其的简化了。
比如你问的这句：
“将固态物质施以高压，非金属会变为金属……”
这里的金属指的应该不是化学元素中的金属，而是凝聚态物理中的金属，更多地强调物质的组织形式及其物理性质，特别是导不导电。所以在这个过程中没有质子数的改变
常见的物质，都是由原子构成的（废话），它们的导电性就要由原子的相互作用方式，空间分布形式给出。如果我们逐渐增大压强，原子的组织形式就可能发生变化，物质的导电性就可能被改变，至于具体怎么变，情况就可能很丰富了。
比如有一类绝缘体叫Mott绝缘体，这个物态差一点就称为金属了，但是因为电子间的相互作用使得能带劈裂而变得绝缘，但是人们发现只要加大压强就使能带移动并交错，使之变为导体。
又比如金属氢，这一变化就更加剧烈了。我们知道通常情况下，氢原子都是两两组成分子，再以范德华力结合为液体与气体。但是理论上人们预言，只要加上足够的高压，氢原子就会像金属一样构成晶格，而它的电子也会像在金属中一样巡游。这是，原子间的相互作用就更类似于金属键了，以类似非金属形式存在氢也就变成了完全类似金属形式存在的氢了。类似地，人们也预言了许多富氢的材料在高压下也会变得类似金属。比如，人们已经成功观察到了H2S的金属化，但是金属氢与其他材料的制备还是不是很顺利。一个有趣的地方是，氢离子是裸的质子，所以金属氢可以视为一种电子简并物质。
高压下的物态 变化应该还有很多种，我估计物质金属化的过程还有许多可能性，不过我水平有限现在就只能想到这两个。不过我觉得相反的过程也应该是存在的，举一个可能不太恰当的例子，石墨是一种导体，但是在高压下石墨可以被压成钻石，这就是一种绝缘体了。
本期答题团队：
清华 物理系41的同学、北理工 文卿、大化所 J.Baker
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编辑：WQD
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